مطيافية الامتصاص الذري

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة
جهاز مطيافية الامتصاص الذري باللهب
عالمٌ يُحضّر محاليل لمطيافية الامتصاص الذري، منعكسًا في النافذة الزجاجية لباب غطاء مرذاذ اللهب الخاص بمطيافية الامتصاص الذري.

يُعد التحليل الطيفي للامتصاص الذري ( AAS ) طريقة تحليل عنصرية لتحديد تركيز المعادن في عينة معينة. [ 1 ]

يعتمد مبدأ مطيافية الامتصاص الذري (AAS) على تبخير المعادن داخل العينة عند تعريضها للهب. يمتص كل معدن في حالته الأرضية الإشعاع الضوئي (ويُثار) عند طول موجي مختلف. هذه الخاصية الفريدة تُمكّن كل عنصر معدني من امتلاك طيف امتصاص خاص به يُحدد هويته. يتناسب إجمالي الإشعاع الممتص عند طول موجي محدد بواسطة عنصر ما في العينة طرديًا مع كثافة ذرات ذلك العنصر. يُستخدم قياس هذه العلاقة لتحديد تركيز معادن معينة في العينة. [ 2 ]

تاريخ

تم تطوير الشكل الحديث لتقنية الامتصاص الذري بشكل كبير خلال الخمسينيات من القرن الماضي من قبل فريق من الكيميائيين الأستراليين بقيادة السير آلان والش في منظمة الكومنولث للبحوث العلمية والصناعية ، قسم الفيزياء الكيميائية، في ملبورن ، أستراليا . [ 3 ] [ 4 ]

وصف آلان والش تقنية الامتصاص الذري لأول مرة في مقال بعنوان "تطبيق أطياف الامتصاص الذري في التحليل الكيميائي"، نُشر عام 1955 في مجلة "سبكتراكيميكا أكتا" . في هذا المقال، أكد والش على أهمية ابتكار تقنية جديدة توفر طريقة مطلقة لإنتاج معايير كيميائية موثوقة، وهو ما لم يكن متاحًا آنذاك. واقترح أنه بدلًا من استخدام طرق التحليل الطيفي الانبعاثي، يمكن استخدام طريقة التحليل الطيفي الامتصاصي لتحقيق نتائج دقيقة. [ 5 ] في عام 1960، أكد جيمس دبليو روبنسون أن الميزة الرئيسية للامتصاص الذري هي عدم تأثره بالعوامل البيئية، مثل العناصر الأخرى الموجودة في حيز التجربة. قبل ظهور الامتصاص الذري، كان يُستخدم قياس اللهب الضوئي بشكل شائع لتحديد تركيز أيونات المعادن، والذي قد يُنتج مجموعة واسعة من النتائج نظرًا لحساسيته لعوامل مثل العناصر الموجودة في الهواء، ودرجة حرارة اللهب، والمذيبات. تتجاوز تقنية الامتصاص الذري هذه المشكلات بشكل شبه كامل بفضل اعتمادها على الخصائص الفيزيائية وتفاعلات الذرات الموجودة في الغالب في الحالة الأرضية، مقارنةً بالذرات الموجودة في الغالب في الحالة المثارة في قياس اللهب الضوئي. تُبرز هذه المقارنات فائدة تقنية الامتصاص الذري كتقنية مبتكرة في ذلك الوقت. [ 6 ]

في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، اتجه العلماء نحو تقنية الامتصاص الذري الخطي المتصل عالي الدقة (HS LC AAS)، والتي اعتُبرت ثورة في هذا المجال، إذ مكّنت هذه التقنية من التغلب على القيود السابقة، كصعوبة قياس الخلفية وتصحيحها بدقة. وفي نفس الفترة تقريبًا، أصبح أول جهاز تجاري لهذه التقنية متاحًا. [ 7 ]

الأجهزة

مخطط كتلة مطياف الامتصاص الذري [ 2 ]

يحتوي مطياف الامتصاص الذري على العديد من المكونات، مثل مصدر الإشعاع، والمرذاذ، وعدسات التركيز، وموحد اللون ، والكاشف ، والمضخم، ومعالج الإشارة، وأخيرًا العينة. ومع ذلك، فإن أهم أجزاء هذا الجهاز هي مصدر الإشعاع والمرذاذ.

مصادر الإشعاع

مصادر الإشعاع في أجهزة قياس الطيف هي التي تُثير الذرات في العينة المُعطاة. وتُنتج هذه الأجهزة نوعين من المخرجات: مصادر متصلة ومصادر خطية. تُصدر المصادر المتصلة إشعاعًا كهرومغناطيسيًا ضمن نطاق واسع من الأطوال الموجية، بينما تُصدر المصادر الخطية إشعاعًا كهرومغناطيسيًا بأطوال موجية محددة. [ 8 ]

مصباح الكاثود المجوف (HCL)

مصابيح الكاثود المجوفة

تُعدّ مصابيح الكاثود المجوفة (HCL) مصدرًا شائعًا للإشعاع في مطيافية الامتصاص الذري (AAS). يُملأ مصباح الكاثود المجوف بغاز خامل تحت ضغط منخفض. ويحتوي بداخله على تجويف، هو الكاثود ، الذي يضم العينة. أما الأنود فهو سلك من التنجستن. عند تطبيق جهد عالٍ بين الأنود والكاثود، يبدأ الغاز بالتأين. تتسارع أيونات الغاز نحو الكاثود، وتصطدم بالمعدن، وتقذف ذرات من المادة. تُثار هذه الأيونات المعدنية وتُصدر أطوال موجية محددة من الإشعاع تسمح بتحديد العناصر. [ 2 ]

غالبًا ما تُستخدم مصابيح أحادية العنصر عندما يتكون المهبط بشكل أساسي من مركبات تحتوي على العنصر المستهدف. توفر هذه المصابيح دقة عالية مع خطوط انبعاث محددة ومستقرة خاصة بكل عنصر. [ 2 ] تتوفر مصابيح متعددة العناصر بمجموعات من المركبات التي تحتوي على العناصر المستهدفة كمهبط، ولكنها أقل دقة. تتميز المصابيح متعددة العناصر بحساسية أقل قليلاً من المصابيح أحادية العنصر، لذا يجب اختيار المجموعات بعناية لتجنب التداخل الطيفي. يمكن أن تحتوي مطيافات الامتصاص الذري على 1-2 موضع فقط لمصابيح المهبط المجوف، أو قد يتوفر 8-12 موضعًا في المطيافات الآلية متعددة العناصر. عادةً ما تُستخدم مصابيح أحادية العنصر منفصلة لكل عنصر. [ 2 ]

مصابيح التفريغ الكهربائي بدون أقطاب

تُعدّ مصابيح التفريغ الكهربائي عديمة الأقطاب (EDL) مصدرًا إشعاعيًا آخر يُستخدم في مطيافية الامتصاص الذري (AAS). ويُستخدم هذا النوع من المصابيح غالبًا بدلًا من مصابيح التفريغ الكهربائي عالي الحرارة (HCL) عندما تتكون العينة المطلوبة من معادن متطايرة (مثل الزرنيخ) أو معادن ذات حساسية منخفضة (مثل الأنتيمون). تُوضع كمية صغيرة من العينة المعدنية في أنبوب كوارتز مفرغ من الهواء ومملوء بغاز خامل منخفض الضغط، وغالبًا ما يكون غاز الأرجون. ثم يُوضع الأنبوب المغلق في تجويف تفريغ الميكروويف، مما يسمح للغاز بالتحول إلى حالة البلازما . تُثير حالة البلازما ذرات المعدن، فتُصدر أيونات المعدن المُثارة أطوال موجية يتم الكشف عنها وتنظيمها في طيف. [ 2 ]

تحتاج أجهزة EDL إلى مصدر طاقة منفصل وقد تحتاج إلى وقت أطول للاستقرار.

مصابيح الديوتيريوم

تُستخدم مصابيح تفريغ الديوتيريوم هيدروكلوريد ، والهيدروجين هيدروكلوريد، والديوتيريوم في مطياف الامتصاص الذري ذي المصدر الخطي لتصحيح الخلفية. [ 9 ] تنخفض شدة الإشعاع المنبعث من هذه المصابيح بشكل ملحوظ مع زيادة الطول الموجي، لذا لا يمكن استخدامها إلا في نطاق الأطوال الموجية بين 190 و320 نانومتر تقريبًا  .

مصباح زينون كمصدر إشعاع مستمر

مصادر متصلة

عند استخدام مصدر إشعاع متصل في مطيافية الامتصاص الذري، يلزم استخدام مُوحِّد لون عالي الدقة. يُصدر المصباح إشعاعًا بكثافة أعلى بعشر مرات على الأقل من كثافة مصباح الزنك ذي القوس القصير النموذجي، بأطوال موجية تتراوح بين 190  نانومتر و900  نانومتر. وقد طُوِّر مصباح زينون خاص عالي الضغط ذو قوس قصير ، يعمل بنمط البقعة الساخنة، ليُستخدم كمصدر للإشعاع المتصل. [ 10 ]

نوع المصدر AAS

يمكن إجراء التحليل الطيفي للامتصاص الذري إما باستخدام انبعاثات مصدر خطي أو انبعاثات مصدر متصل.

مصدر خطي AAS

في مطيافية الامتصاص الذري بمصدر خطي (LS AAS)، تُوفّر الدقة العالية اللازمة لقياس الامتصاص الذري من خلال انبعاث خط طيفي ضيق من مصدر الإشعاع. يجب على أحادي اللون فصل الخط التحليلي عن الإشعاعات الأخرى المنبعثة من المصباح. يُمكن تحقيق ذلك عادةً باستخدام نطاق تمرير يتراوح بين 0.2 و2 نانومتر، أي أحادي لون متوسط ​​الدقة. من الميزات الأخرى التي تجعل مطيافية LS AAS مُخصصة لعنصر معين، تعديل الإشعاع الأولي واستخدام مُضخّم انتقائي مُضبوط على نفس تردد التعديل، كما افترض آلان والش. بهذه الطريقة، يُمكن استبعاد أي إشعاع (غير مُعدّل) ينبعث، على سبيل المثال، من المُرذاذ، وهو أمر بالغ الأهمية في مطيافية LS AAS. تُستخدم عادةً أحاديات لون بسيطة من تصميم ليترو أو (الأفضل) تصميم تشيرني-ترنر في مطيافية LS AAS. تُعدّ أنابيب التضخيم الضوئي أكثر الكواشف استخدامًا في مطيافية LS AAS، على الرغم من أن كواشف الحالة الصلبة قد تكون مُفضّلة نظرًا لنسبة الإشارة إلى الضوضاء الأفضل فيها . 

مصدر الطيف المتصل AAS

عند استخدام مصدر إشعاع متصل في مطيافية الامتصاص الذري (AAS)، [ 11 ] يلزم استخدام مُوحِّد لون عالي الدقة. [ 11 ] يجب أن تكون الدقة مساوية أو أفضل من نصف عرض خط الامتصاص الذري (حوالي 2 بيكومتر) لتجنب فقدان الحساسية وخطية منحنى المعايرة. تستخدم هذه المطيافات مُوحِّد لون مزدوجًا مُدمجًا، يتألف من مُوحِّد لون أولي موشوري ومُوحِّد لون محزز إيشيل للحصول على دقة عالية. تُستخدم مصفوفة أجهزة اقتران الشحنات الخطية (CCD) ذات 200 بكسل ككاشف. لا يحتوي مُوحِّد اللون الثاني على فتحة خروج؛ وبالتالي، يصبح الوسط الطيفي على جانبي خط التحليل مرئيًا بدقة عالية. نظرًا لأنه عادةً ما يتم استخدام 3-5 بكسلات فقط لقياس الامتصاص الذري، فإن البكسلات المتبقية متاحة لأغراض التصحيح. أحد هذه التصحيحات هو تصحيح ضوضاء وميض المصباح، وهي مستقلة عن الطول الموجي، مما ينتج عنه قياسات بمستوى ضوضاء منخفض للغاية. أما التصحيحات الأخرى فتتعلق بامتصاص الخلفية، وسيتم مناقشتها بمزيد من التفصيل. [ 11 ]

البخاخات

تُعدّ المرذاذات هي المسؤولة عن عملية التذرية في مطياف الامتصاص الذري. والتذرية هي عملية فصل الجزيئات إلى ذرات منفردة. وبشكلٍ خاص، تستطيع المرذاذات في مطياف الامتصاص الذري القيام بهذه العملية عن طريق تعريض العينة للهب ذي درجة حرارة عالية، مما يُنتج ذرات حرة. [ 2 ]

البخاخات اللهبية

تُعدّ اللهب من أقدم وأكثر أنواع المرذاذات استخدامًا في مطيافية الامتصاص الذري، ولا سيما لهب الهواء- الأسيتيلين ( C₂H₂ ) بدرجة حرارة تبلغ حوالي 2300 درجة مئوية، ولهب أكسيد النيتروز (N₂O ) [ 4 ] -الأسيتيلين بدرجة حرارة تبلغ حوالي 2700 درجة مئوية. يوفر اللهب الأخير بيئة اختزالية أكثر ، مما يجعله مثاليًا للمواد التحليلية ذات الألفة العالية للأكسجين.  

مقياس ضوئي لهبي مخبري يستخدم مرذاذ لهب يعمل بالبروبان

تُستخدم العينات السائلة أو المذابة عادةً مع المرذاذات اللهبية. يُسحب محلول العينة بواسطة مرذاذ تحليلي هوائي ، ليتحول إلى رذاذ ، ثم يُدخل إلى حجرة الرش، حيث يُخلط مع غازات اللهب ويُهيأ بحيث لا  تدخل اللهب إلا أدق القطرات (أقل من 10 ميكرومتر). يقلل هذا التهيئة من التداخل، ولكنه لا يسمح إلا بوصول حوالي 5% فقط من المحلول إلى اللهب.

يوجد أعلى حجرة الرش رأس موقد يُنتج لهبًا ممتدًا جانبيًا (عادةً 5-10  سم) وعمقه بضعة ملليمترات فقط. يمر شعاع الإشعاع عبر المحور الطولي، ويمكن ضبط معدلات تدفق غاز اللهب لإنتاج أعلى تركيز للذرات الحرة. كما يمكن ضبط ارتفاع الموقد بحيث يمر شعاع الإشعاع عبر منطقة أعلى كثافة لسحابة الذرات في اللهب، مما ينتج عنه أعلى حساسية.

تشمل عمليات اللهب ما يلي:

  • عملية إزالة المذيب (التجفيف)، حيث يتم تبخير المذيب تاركًا العينة الجافة على شكل جسيمات نانوية
  • التبخر ، الذي يتم فيه تحويل الجسيمات الصلبة إلى جزيئات غازية
  • التذرية التي تتفكك فيها الجزيئات إلى ذرات حرة، و
  • التأين ، حيث (اعتمادًا على جهد تأين ذرات المادة المراد تحليلها وطاقة اللهب) قد تتحول الذرات جزئيًا إلى أيونات غازية

تتضمن كل مرحلة من هذه المراحل خطر التداخل إذا اختلفت درجة انتقال الطور بين المادة المراد تحليلها في معيار المعايرة وفي العينة. وعادةً ما يكون التأين غير مرغوب فيه، لأنه يقلل من عدد الذرات المتاحة للقياس، أي الحساسية.

في تقنية الامتصاص الذري باللهب، يتم توليد إشارة ثابتة أثناء سحب العينة. تُستخدم هذه التقنية عادةً لتحديد التركيزات في نطاق ملليغرام/لتر، ويمكن تطبيقها على نطاقات تركيز منخفضة تصل إلى بضعة ميكروغرام/لتر لبعض العناصر.

البخاخات الكهروحرارية

تطوير طريقة GFAA
أنبوب جرافيت

لقد كان بوريس ف. لفوف رائدًا في مجال التحليل الطيفي الكهروحراري (ET AAS) باستخدام مرذاذات الأنابيب الجرافيتية في معهد سانت بطرسبرغ للفنون التطبيقية ، روسيا، [ 12 ] منذ أواخر الخمسينيات من القرن الماضي، وتم بحثه بالتوازي من قبل هانز ماسمان في معهد الكيمياء الطيفية والتحليل الطيفي التطبيقي (ISAS) في دورتموند، ألمانيا . [ 13 ]

على الرغم من استخدام تصاميم متنوعة لأنابيب الجرافيت على مر السنين، فإن الأبعاد النموذجية تتراوح بين 20 و25  مم طولًا و5 و6  مم قطرًا داخليًا. تتيح هذه التقنية تحليل العينات السائلة/المذابة والصلبة والغازية مباشرةً. يُوضع حجم مُقاس (عادةً 10-50  ميكرولتر) أو كتلة موزونة (عادةً حوالي 1  ملغ) من العينة الصلبة في أنبوب الجرافيت، ثم تُعرَّض لبرنامج حراري. يتضمن هذا البرنامج عادةً مراحل التجفيف - حيث يُبخر المذيب؛ والتحلل الحراري - حيث تُزال معظم مكونات المادة الأساسية؛ والتذرية - حيث يُطلق العنصر المراد تحليله إلى الحالة الغازية؛ والتنظيف - حيث تُزال البقايا المتبقية في أنبوب الجرافيت عند درجة حرارة عالية. [ 14 ]

تُسخّن أنابيب الجرافيت عبر مقاومتها الأومية باستخدام مصدر طاقة منخفض الجهد وعالي التيار؛ ويمكن التحكم بدرجة الحرارة في كل مرحلة بدقة متناهية، كما تُسهّل تدرجات الحرارة بين المراحل فصل مكونات العينة. يمكن تسخين الأنابيب عرضيًا أو طوليًا، وتتميز الطريقة الأولى بتوزيع أكثر تجانسًا لدرجة الحرارة. إن ما يُسمى بفرن منصة درجة الحرارة المستقرة (STPF)، الذي اقترحه والتر سلافين استنادًا إلى أبحاث بوريس لفوف، يجعل تقنية الامتصاص الذري الكهروحراري (ET AAS) خالية من التداخل بشكل أساسي. [ 15 ] تتمثل المكونات الرئيسية لهذا المفهوم في تذرية العينة من منصة جرافيت مُدخلة في أنبوب الجرافيت (منصة لفوف) بدلًا من جدار الأنبوب لتأخير التذرية حتى تصل المرحلة الغازية في المرذاذ إلى درجة حرارة مستقرة؛ واستخدام مُعدِّل كيميائي لتثبيت المادة المراد تحليلها عند درجة حرارة تحلل حراري كافية لإزالة غالبية مكونات المصفوفة. وتكامل الامتصاص على مدار وقت إشارة الامتصاص العابرة بدلاً من استخدام امتصاص ذروة الارتفاع للقياس الكمي.

في تقنية الامتصاص الذري عبر الأنبوب الجرافيتي (ET AAS)، تُولَّد إشارة عابرة تتناسب مساحتها طرديًا مع كتلة المادة المراد تحليلها (وليس تركيزها) المُدخلة في الأنبوب الجرافيتي. تتميز هذه التقنية بإمكانية تحليل أي نوع من العينات، سواءً كانت صلبة أو سائلة أو غازية، بشكل مباشر. وتفوق حساسيتها حساسية تقنية الامتصاص الذري باللهب بمقدار 2-3 مراتب، مما يسمح بإجراء قياسات في نطاق الميكروغرام/ لتر (لحجم عينة نموذجي يبلغ 20  ميكرولتر) ونطاق النانوغرام/ غرام (لكتلة عينة نموذجية تبلغ 1  ملليغرام). كما تتميز بدرجة عالية جدًا من عدم التداخل، مما يجعل تقنية الامتصاص الذري عبر الأنبوب الجرافيتي (ET AAS) من أكثر التقنيات الموثوقة المتاحة لتحديد العناصر النزرة في المصفوفات المعقدة.

تقنيات التذرية المتخصصة

على الرغم من أن المبخرات اللهبية والكهروحرارية هي أكثر تقنيات التذرية شيوعًا، إلا أن هناك العديد من الطرق الأخرى المتاحة للاستخدامات المتخصصة. [ 16 ] [ 17 ]

التذرية بالتفريغ المتوهج

يُعد جهاز التفريغ المتوهج مصدرًا متعدد الاستخدامات، إذ يُمكنه إدخال العينة وتذريرها في آنٍ واحد. يحدث التفريغ المتوهج في جو من غاز الأرجون منخفض الضغط، يتراوح بين 1 و10 تور . في هذا الجو، يوجد زوج من الأقطاب الكهربائية يُطبّق جهدًا مستمرًا يتراوح بين 250 و1000 فولت لتحليل غاز الأرجون إلى أيونات موجبة الشحنة وإلكترونات. تتسارع هذه الأيونات، تحت تأثير المجال الكهربائي، نحو سطح المهبط الذي يحتوي على العينة، فتقصفها وتتسبب في قذف ذرات العينة المتعادلة عبر التذرية. يتكون البخار الذري الناتج عن هذا التفريغ من أيونات وذرات في حالتها الأرضية وجزء من الذرات المثارة. عندما تعود الذرات المثارة إلى حالتها الأرضية، ينبعث توهج منخفض الشدة، ومن هنا جاء اسم هذه التقنية.

يشترط في عينات البخاخات ذات التفريغ المتوهج أن تكون موصلة للكهرباء. ولذلك، تُستخدم البخاخات بشكل شائع في تحليل المعادن وغيرها من العينات الموصلة. مع ذلك، يمكن استخدامها، بإجراء تعديلات مناسبة، لتحليل العينات السائلة والمواد غير الموصلة عن طريق مزجها بمادة موصلة (مثل الجرافيت).

تذرية الهيدريد

تستخدم تقنيات توليد الهيدريد محاليل متخصصة لعناصر محددة. توفر هذه التقنية وسيلة لإدخال عينات تحتوي على الزرنيخ، والأنتيمون، والسيلينيوم، والبزموت، والرصاص إلى جهاز التذرية في الحالة الغازية. مع هذه العناصر، يُحسّن تذرية الهيدريد حدود الكشف بمقدار يتراوح بين 10 و100 ضعف مقارنةً بالطرق البديلة. يتم توليد الهيدريد بإضافة محلول مائي مُحمّض من العينة إلى محلول مائي بنسبة 1% من بوروهيدريد الصوديوم، وكلاهما موجود في وعاء زجاجي. يُنقل الهيدريد المتطاير الناتج عن التفاعل إلى حجرة التذرية بواسطة غاز خامل، حيث يتحلل. تُشكّل هذه العملية شكلاً مُذرّراً من المادة المراد تحليلها، والذي يمكن قياسه بعد ذلك باستخدام مطيافية الامتصاص أو الانبعاث.

التذرية بالبخار البارد

يُعدّ التذرية بالبخار البارد طريقةً محدودةً لتحديد الزئبق، نظرًا لكونه العنصر المعدني الوحيد ذو ضغط بخاري مرتفع في درجة حرارة الغرفة. [ 18 ] ولذلك، فهي مهمة لتحديد مركبات الزئبق العضوية في العينات وتوزيعها في البيئة. تبدأ هذه الطريقة بتحويل الزئبق إلى أيونات Hg²⁺ عن طريق الأكسدة باستخدام حمضي النيتريك والكبريتيك، ثم اختزال أيونات Hg²⁺ باستخدام كلوريد القصدير الثنائي . بعد ذلك، يُمرر الزئبق إلى أنبوب امتصاص ذي مسار طويل عن طريق تمرير تيار من غاز خامل عبر خليط التفاعل. يُحدد التركيز بقياس امتصاص هذا الغاز عند 253.7  نانومتر. تقع حدود الكشف لهذه التقنية في نطاق أجزاء في المليار، مما يجعلها طريقةً ممتازةً للكشف عن الزئبق.

امتصاص الخلفية وتصحيح الخلفية

إن العدد القليل نسبيًا لخطوط الامتصاص الذري (مقارنةً بخطوط الانبعاث الذري) وعرضها الضيق (بضعة بيكومترات) يجعلان التداخل الطيفي نادرًا؛ ولا توجد سوى أمثلة قليلة معروفة لتداخل خط امتصاص من عنصر مع آخر. في المقابل، يكون الامتصاص الجزيئي أوسع بكثير، مما يزيد من احتمالية تداخل نطاق امتصاص جزيئي مع خط ذري. قد ينتج هذا النوع من الامتصاص عن جزيئات غير متفككة من العناصر المصاحبة في العينة أو عن غازات اللهب. يجب التمييز بين أطياف الجزيئات ثنائية الذرات، التي تُظهر بنية دقيقة واضحة، وأطياف الجزيئات الأكبر حجمًا (عادةً ثلاثية الذرات) التي لا تُظهر مثل هذه البنية الدقيقة. مصدر آخر للامتصاص الخلفي، خاصةً في مطيافية الامتصاص الذري الإلكتروني، هو تشتت الإشعاع الأولي عند الجسيمات المتولدة في مرحلة التذرية، عندما يتعذر إزالة المادة الأساسية بشكل كافٍ في مرحلة التحلل الحراري.

يمكن أن تؤدي جميع هذه الظواهر، الامتصاص الجزيئي وتشتت الإشعاع، إلى امتصاص مرتفع بشكل مصطنع وحساب خاطئ لتركيز أو كتلة المادة المراد تحليلها في العينة. تتوفر عدة تقنيات لتصحيح امتصاص الخلفية، وتختلف هذه التقنيات اختلافًا كبيرًا بين مطيافية الامتصاص الذري منخفضة الطاقة (LS AAS) ومطيافية الامتصاص الذري عالية الطاقة (HR-CS AAS).

تقنيات تصحيح الخلفية في LS AAS

في مطيافية الامتصاص الذري بالليزر (LS AAS)، لا يمكن تصحيح امتصاص الخلفية إلا باستخدام تقنيات آلية، وتعتمد جميعها على قياسين متتاليين: [ 19 ] أولًا، الامتصاص الكلي (الذري بالإضافة إلى الخلفية)، وثانيًا، امتصاص الخلفية فقط. ويُعطي الفرق بين القياسين صافي الامتصاص الذري. ولهذا السبب، ونظرًا لاستخدام أجهزة إضافية في المطياف، تكون نسبة الإشارة إلى الضوضاء للإشارات المصححة للخلفية أقل بكثير من الإشارات غير المصححة. تجدر الإشارة أيضًا إلى أنه في مطيافية الامتصاص الذري بالليزر، لا توجد طريقة لتصحيح التداخل المباشر (وهو أمر نادر الحدوث) بين خطين ذريين. باختصار، تُستخدم ثلاث تقنيات لتصحيح الخلفية في مطيافية الامتصاص الذري بالليزر.

تصحيح خلفية الديوتيريوم

هذه أقدم التقنيات وأكثرها شيوعًا، لا سيما في مطيافية الامتصاص الذري باللهب. في هذه الحالة، يُستخدم مصدر منفصل (مصباح ديوتيريوم) ذو انبعاث واسع النطاق لقياس امتصاص الخلفية على كامل عرض فتحة خروج المطياف. استخدام مصباح منفصل يجعل هذه التقنية الأقل دقة، إذ لا يمكنها تصحيح أي خلفية مُهيكلة. كما لا يمكن استخدامها عند أطوال موجية أعلى من 320  نانومتر تقريبًا، لأن شدة انبعاث مصباح الديوتيريوم تصبح ضعيفة جدًا. يُفضل استخدام كلوريد الهيدروجين المُشع بالديوتيريوم على مصباح القوس الكهربائي نظرًا لتطابق صورة المصباح الأول بشكل أفضل مع صورة كلوريد الهيدروجين المُحلل.

تصحيح خلفية سميث-هيفتجي

تعتمد هذه التقنية (المسماة نسبةً إلى مخترعيها) على اتساع خطوط الانبعاث وانعكاسها الذاتي من مصباح HCL عند تطبيق تيار عالٍ. يُقاس الامتصاص الكلي بتيار المصباح العادي، أي بخط انبعاث ضيق، ويُقاس امتصاص الخلفية بعد تطبيق نبضة تيار عالٍ ذات شكل خط الانبعاث المنعكس ذاتيًا، والذي يتميز بانبعاث ضئيل عند الطول الموجي الأصلي، وانبعاث قوي على جانبي خط التحليل. تتمثل ميزة هذه التقنية في استخدام مصدر إشعاع واحد فقط؛ ومن عيوبها أن نبضات التيار العالي تُقلل من عمر المصباح، وأن التقنية لا تُستخدم إلا مع العناصر المتطايرة نسبيًا، حيث إن هذه العناصر فقط هي التي تُظهر انعكاسًا ذاتيًا كافيًا لتجنب فقدان الحساسية بشكل كبير. مشكلة أخرى هي أن الخلفية لا تُقاس عند نفس الطول الموجي للامتصاص الكلي، مما يجعل التقنية غير مناسبة لتصحيح الخلفية المنظمة.

تصحيح الخلفية بتأثير زيمان

يُطبَّق مجال مغناطيسي متناوب على المرذاذ (فرن الجرافيت) لفصل خط الامتصاص إلى ثلاثة مكونات: المكون π، الذي يبقى في موضعه الأصلي، ومكونان σ، اللذان ينتقلان إلى أطوال موجية أعلى وأقصر على التوالي. [ 20 ] يُقاس الامتصاص الكلي بدون مجال مغناطيسي، بينما يُقاس امتصاص الخلفية مع وجود المجال المغناطيسي. في هذه الحالة، يجب إزالة المكون π، باستخدام مستقطب مثلاً، ولا تتداخل مكونات σ مع طيف انبعاث المصباح، لذا يُقاس امتصاص الخلفية فقط. من مزايا هذه التقنية قياس الامتصاص الكلي وامتصاص الخلفية باستخدام نفس طيف انبعاث المصباح نفسه، ما يسمح بتصحيح أي نوع من الخلفية بدقة، بما في ذلك الخلفية ذات البنية الدقيقة، إلا إذا كان الجزيء المسؤول عن الخلفية متأثرًا أيضًا بالمجال المغناطيسي، واستخدام مقطِّع كمستقطب يقلل من نسبة الإشارة إلى الضوضاء. أما عيوبها فتتمثل في زيادة تعقيد المطياف ومصدر الطاقة اللازم لتشغيل المغناطيس القوي المطلوب لفصل خط الامتصاص.

تقنيات تصحيح الخلفية في نظام HR-CS AAS

في تقنية HR-CS AAS، يتم إجراء تصحيح الخلفية رياضياً في البرنامج باستخدام معلومات من وحدات البكسل الكاشفة التي لا تستخدم لقياس الامتصاص الذري؛ وبالتالي، على عكس تقنية LS AAS، لا توجد مكونات إضافية مطلوبة لتصحيح الخلفية.

تصحيح الخلفية باستخدام وحدات البكسل التصحيحية

سبق ذكره أنه في تقنية الامتصاص الذري عالي الدقة (HR-CS AAS)، يتم التخلص من ضوضاء وميض المصباح باستخدام وحدات بكسل تصحيحية. في الواقع، يتم التخلص من أي زيادة أو نقصان في شدة الإشعاع يُلاحظ بنفس القدر في جميع وحدات البكسل المختارة للتصحيح بواسطة خوارزمية التصحيح. يشمل هذا بالطبع أيضًا انخفاض الشدة المقاسة الناتج عن تشتت الإشعاع أو الامتصاص الجزيئي، والذي يتم تصحيحه بنفس الطريقة. نظرًا لأن قياس الامتصاص الكلي وامتصاص الخلفية، وتصحيح الأخير، يتمان في وقت واحد تمامًا (على عكس تقنية الامتصاص الذري منخفض التشتت)، فإن حتى أسرع تغيرات امتصاص الخلفية، كما هو الحال في تقنية الامتصاص الذري عالي الطاقة (ET AAS)، لا تُسبب أي مشكلة. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لاستخدام نفس الخوارزمية لتصحيح الخلفية والتخلص من ضوضاء المصباح، تُظهر الإشارات المصححة للخلفية نسبة إشارة إلى ضوضاء أفضل بكثير مقارنةً بالإشارات غير المصححة، وهو ما يتناقض أيضًا مع تقنية الامتصاص الذري منخفض التشتت.

تصحيح الخلفية باستخدام خوارزمية المربعات الصغرى

من الواضح أن التقنية المذكورة أعلاه لا تستطيع تصحيح الخلفية ذات البنية الدقيقة، إذ في هذه الحالة، سيختلف الامتصاص عند كل بكسل من بكسلات التصحيح. في هذه الحالة، يوفر مطياف الامتصاص الذري عالي الدقة بتقنية التشتت الانتقائي (HR-CS AAS) إمكانية قياس أطياف التصحيح للجزيء (أو الجزيئات) المسؤولة عن الخلفية وتخزينها في الحاسوب. تُضرب هذه الأطياف بعد ذلك بمعامل لمطابقة شدة طيف العينة، ثم تُطرح بكسلًا بكسلًا وطيفًا طيفًا من طيف العينة باستخدام خوارزمية المربعات الصغرى. قد يبدو هذا معقدًا، ولكن أولًا، عدد الجزيئات ثنائية الذرة التي يمكن أن توجد عند درجات حرارة المرذاذات المستخدمة في مطياف الامتصاص الذري صغير نسبيًا، وثانيًا، يُجري الحاسوب التصحيح في غضون ثوانٍ معدودة. يمكن استخدام الخوارزمية نفسها أيضًا لتصحيح التداخل المباشر لخطين من خطوط امتصاص الذرات، مما يجعل تقنية HR-CS AAS التقنية الوحيدة في مطياف الامتصاص الذري القادرة على تصحيح هذا النوع من التداخل الطيفي.

التطبيقات

تُستخدم تقنية الامتصاص الذري (AAS) عادةً لقياس تركيز المعادن في مجموعة واسعة من المواد. [ 6 ] على سبيل المثال، استُخدمت هذه التقنية لقياس تركيز الزنك في الشعر والنباتات، والمغنيسيوم في مصل الدم، والرصاص في البنزين، والمعادن الثقيلة في الفواكه. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] يؤدي هذا التنوع في التطبيقات إلى استخدام تقنية الامتصاص الذري في مجالاتٍ تتراوح من الزراعة إلى الطب. [ 2 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "مطيافية الامتصاص الذري (AAS)" . موسوعة المصطلحات الكيميائية للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (الكتاب الذهبي) . 2025. doi : 10.1351/goldbook.08451 . تاريخ الاسترجاع: 15 سبتمبر 2025 .
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 أكاش، محمد ساجد حامد؛ رحمن، كانوال (2025)، "رؤى شاملة في مطيافية الامتصاص الذري"، في أكاش، محمد ساجد حامد؛ رحمن، كانوال (محرران)، أساسيات التحليل الصيدلاني ، سنغافورة: سبرينغر نيتشر، ص 241-282 ، doi : 10.1007/978-981-96-5996-8_6 ، ISBN  978-981-96-5996-8
  3. ↑ مكارثي، جي جي "والش، آلان - مدخل سيرة ذاتية" . موسوعة العلوم الأسترالية . تم الاسترجاع في 22 مايو 2012 .
  4. 1 2 كويرتيوهان، إس آر (1991). "تاريخ مطيافية الامتصاص الذري". الكيمياء التحليلية . 63 (21): 1024أ– 1031أ. رمز Bibcode : 1991AnaCh..63R1024K . doi : 10.1021/ac00021a716 . ISSN 0003-2700 . 
  5. ↑ والش، أ. (1955-01-01). "تطبيق أطياف الامتصاص الذري في التحليل الكيميائي" . مجلة سبيكتروكيميكا أكتا . 7 : 108-117 . رمز Bibcode : 1955AcSpe...7..108W . doi : 10.1016/0371-1951(55)80013-6 . ISSN 0371-1951 . 
  6. 1 2 روبنسون، جيه دبليو (1960-07-01). "مطيافية الامتصاص الذري" . الكيمياء التحليلية . 32 (8): 17أ– 29أ. رمز Bibcode : 1960AnaCh..32...17R . doi : 10.1021/ac60164a712 . ISSN 0003-2700 . 
  7. ↑ ويلز، برنارد، محرر. (2005). مطيافية الامتصاص الذري بمصدر متصل عالي الدقة: الطريقة الأفضل لإجراء مطيافية الامتصاص الذري . فاينهايم؛ [بريطانيا العظمى]: وايلي-في سي إتش. ISBN 978-3-527-30736-4.
  8. ↑ هارفي، ديفيد (26 يوليو 2013). "مصادر متصلة وخطية | منتدى تبادل الصور والفيديو" . تم الاسترجاع في 8 ديسمبر 2025 .
  9. ↑ راكشيت، أميتافا. "أساسيات السلامة المختبرية: القواعد واللوائح المختبرية العامة" . الرابطة الدولية لعلم البيئة . إنتيكول. مؤرشف من الأصل في 27 سبتمبر 2016. تم الاطلاع عليه في 26 سبتمبر 2016 .
  10. ↑ "حول إمكانيات مطيافية الامتصاص الذري عالية الدقة باستخدام فرن الجرافيت ومصدر الطيف المستمر للرصد المتزامن أو المتتابع لخطوط ذرية متعددة" . مجلة Spectrochimica Acta، الجزء ب: مطيافية الذرات . 66 (5). 2011-05-01. doi : 10.1016/j (غير نشط في 6 يونيو 2026). ISSN 0584-8547 . مؤرشف من الأصل في 2024-04-18. {{cite journal}}: صيانة CS1: رقم التعريف الرقمي غير نشط اعتبارًا من يونيو 2026 ( رابط )
  11. ويلز ، برنارد؛ بيكر-روس، هيلموت؛ فلوريك، ستيفان؛ هيتمان، أوفه؛ فالي، ماريا غوريتي ر. (2003). " مطيافية الامتصاص الذري عالية الدقة بمصدر متصل: ما الذي يمكن توقعه؟" . مجلة الجمعية الكيميائية البرازيلية . 14 (2): 220-229 . Bibcode : 2003JBCS...14..220W . doi : 10.1590/S0103-50532003000200007 . ISSN 0103-5053 . 
  12. ↑ لفوف، بوريس (1990). "التطورات الحديثة في التحليل المطلق باستخدام مطيافية الامتصاص الذري في فرن الجرافيت" . مجلة سبيكتروكيميكا أكتا، الجزء ب: مطيافية الذرات . 45 (7): 633-655 . رمز Bibcode : 1990AcSpB..45..633L . doi : 10.1016/0584-8547(90)80046-L .
  13. ↑ "الأساليب التحليلية لمرذاذات الأنابيب الجرافيتية" (ملف PDF) . agilent.com . شركة Agilent Technologies. مؤرشف (ملف PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 9 أكتوبر 2022.
  14. ↑ "مطيافية الذرات - GF-AAS" . sites.chem.utoronto.ca . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2021-03-08 .
  15. ↑ سلافين، والتر؛ مانينغ، دي سي (1980). "منصة لفوف لتحليل الامتصاص الذري في الفرن" . مجلة سبيكتروكيميكا أكتا، الجزء ب: التحليل الطيفي الذري . 35 (11): 701-714 . رمز Bibcode : 1980AcSpB..35..701S . doi : 10.1016/0584-8547(80)80010-3 . ISSN 0584-8547 . 
  16. ↑ هارفي، ديفيد (25 مايو 2016). "مطيافية الامتصاص الذري" . chem.libretexts.org . مؤرشف من الأصل في 6 أكتوبر 2017. تم الاطلاع عليه في 6 أكتوبر 2017 .
  17. ↑ "تذرية العينة - وحدة تعليمية في مطيافية الامتصاص الذري" . blogs.maryville.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2017-11-02 .
  18. ↑ إي. شريدر، دوغلاس؛ بي. هوبينز، ويليام. "تحديد الزئبق بواسطة الامتصاص الذري للبخار البارد" (ملف PDF) . شركة أجيلنت تكنولوجيز . تاريخ الاسترجاع: 12 أكتوبر 2025 .
  19. ↑ بريدي، فيكتور ر. (17 أبريل 2015). الفلور: الكيمياء، والتحليل، والوظيفة، والتأثيرات . الجمعية الملكية للكيمياء. ISBN 978-1-78262-492-9.
  20. ↑ دي لوس-فولبرخت، إم تي سي؛ دي جالان، إل. (1978). "نظرية مطيافية امتصاص زيمان الذرية" . مجلة سبيكتروكيميكا أكتا، الجزء ب: مطيافية ذرية . 33 (8): 495-511 . رمز Bibcode : 1978AcSpB..33..495D . doi : 10.1016/0584-8547(78)80058-5 . ISSN 0584-8547 . 
  21. ↑ ديفيد، دي جيه (1958-01-01). "تحديد الزنك وعناصر أخرى في النباتات باستخدام مطيافية الامتصاص الذري" . المحلل . 83 (993): 655-661 . رمز Bibcode : 1958Ana....83..655D . doi : 10.1039/AN9588300655 . ISSN 1364-5528 . 
  22. ↑ بوميروي، رولاند ك.؛ دريكيتيس، نيكولايس؛ كوغا، يوشيكاتا (أغسطس 1975). "تحديد الزنك في الشعر باستخدام مطيافية الامتصاص الذري" . مجلة التعليم الكيميائي . 52 (8): 544-545 . Bibcode : 1975JChEd..52..544P . doi : 10.1021/ed052p544 . ISSN 0021-9584 . PMID 1165253 .  
  23. ↑ ويليس، ج. ب. (يوليو 1959). "تحديد المغنيسيوم في مصل الدم باستخدام مطيافية الامتصاص الذري" . مجلة نيتشر . 184 (4681): 186-187 . رمز Bibcode : 1959Natur.184..186W . doi : 10.1038/184186a0 . ISSN 0028-0836 . 
  24. ↑ روبنسون، جيه دبليو (1961). "تحديد الرصاص في البنزين باستخدام مطيافية الامتصاص الذري" . مجلة التحليل الكيميائي . 24 : 451-455 . رمز Bibcode : 1961AcAC...24..451R . doi : 10.1016/0003-2670(61)80094-9 .
  25. ↑ روي، توسار كانتي؛ حسين، إس كي عرفات؛ إسلام، محمد سيف الإسلام؛ مزرين، محجبين؛ إسماعيل، ذو الحلمي؛ إبراهيم، خالد أ.؛ إدريس، أبو بكر م. (ديسمبر 2025). "تقييم المعادن الثقيلة في الفواكه الشائعة الزراعة في بلد نامٍ: دراسة أولية لتقييم المخاطر الصحية" . مجلة تكوين وتحليل الأغذية . 148 108403. doi : 10.1016/j.jfca.2025.108403 .

للمزيد من القراءة

  • ب. ويلز، م. سبيرلينغ (1999)، مطيافية الامتصاص الذري ، وايلي-في سي إتش، فاينهايم، ألمانيا، رقم ISBN 3-527-28571-7.
  • أ. والش (1955)، تطبيق أطياف الامتصاص الذري على التحليل الكيميائي ، Spectrochim. Acta 7: 108–117.
  • JAC Broekaert (1998)، التحليل الطيفي الذري باستخدام اللهب والبلازما ، الطبعة الثالثة، Wiley-VCH، فاينهايم، ألمانيا.
  • BV L'vov (1984)، خمسة وعشرون عامًا من مطيافية الامتصاص الذري للفرن ، Spectrochim. Acta الجزء ب، 39: 149-157.
  • BV L'vov (2005)، خمسون عامًا من قياس الطيف الامتصاصي الذري ؛ J. Anal. Chem.، 60: 382–392.
  • H. Massmann (1968)، Vergleich von Atomabsorption und Atomfluoreszenz in der Graphitküvette ، Spectrochim. اكتا الجزء ب، 23: 215-226.
  • W. Slavin, DC Manning, GR Carnrick (1981), The stableed temperature platform oven , At. Spectrosc. 2: 137–145.
  • ب. ويلز، هـ. بيكر-روس، س. فلوريك، يو. هيتمان (2005)، مصدر الطيف المتصل عالي الدقة ، وايلي-في سي إتش، فاينهايم، ألمانيا، رقم ISBN 3-527-30736-2.
  • H. Becker-Ross, S. Florek, U. Heitmann, R. Weisse (1996), Influence of the spectral bandwidth of the spectral spector on the sensitivity using continuum source AAS , Fresenius J. Anal. Chem. 355: 300–303.
  • JM Harnly (1986)، امتصاص الذرات متعددة العناصر مع مصدر متصل ، Anal. Chem. 58: 933A-943A.
  • سكوج، دوغلاس (2007). مبادئ التحليل الآلي (الطبعة السادسة). كندا: تومسون بروكس/كول. ISBN 0-495-01201-7.
  • شعار ويكيميديا ​​كومنزوسائط متعلقة بتحليل طيف الامتصاص الذري على ويكيميديا ​​كومنز