مطيافية الانبعاث الذري

مطيافية الانبعاث الذري ( AES ) هي طريقة تحليل كيميائي تستخدم شدة الضوء المنبعث من اللهب أو البلازما أو القوس الكهربائي أو الشرارة عند طول موجي محدد لتحديد كمية عنصر ما في عينة. يُحدد الطول الموجي لخط الطيف الذري في طيف الانبعاث هوية العنصر، بينما تتناسب شدة الضوء المنبعث طرديًا مع عدد ذرات العنصر. ويمكن إثارة العينة بطرق مختلفة.

يُمكّننا التحليل الطيفي للانبعاث الذري من قياس التفاعلات بين الإشعاع الكهرومغناطيسي والذرات والجزيئات الفيزيائية. ويُقاس هذا التفاعل على شكل موجات كهرومغناطيسية تُمثل تغيرات الطاقة بين مستويات الطاقة الذرية. فعندما تحترق العناصر باللهب، تُصدر إشعاعًا كهرومغناطيسيًا يُمكن تسجيله على شكل خطوط طيفية . ولكل عنصر خط طيفي فريد خاص به نظرًا لاختلاف ترتيب ذراته، لذا تُعد هذه الطريقة أداةً مهمةً لتحديد تركيب المواد. وكان روبرت بنسن وجوستاف كيرشوف أول من أسس التحليل الطيفي للانبعاث الذري كأداة في الكيمياء. ^{[ 1 ]}

عند احتراق عنصر ما في اللهب، تنتقل ذراته من الحالة الإلكترونية الأرضية إلى الحالة الإلكترونية المثارة. وعندما تعود الذرات من الحالة المثارة إلى الحالة الأرضية، فإنها تُصدر ضوءًا. يُستخدم تعبير بولتزمان لربط درجة الحرارة بعدد الذرات في الحالة المثارة، حيث تشير درجات الحرارة الأعلى إلى زيادة عدد الذرات المثارة. تُكتب هذه العلاقة على النحو التالي:

${\frac {n_{upper}}{n_{lower}}}={\frac {g_{upper}}{g_{lower}}}e^{-(\varepsilon _{upper}-\varepsilon _{lower})}/k_{B}T$

حيث يُمثل n _{upper} و n _lower عدد الذرات في مستويي الطاقة الأعلى والأدنى على التوالي، و g _{upper} و g _{lower} عدد حالات التحلل في مستويي الطاقة الأعلى والأدنى على التوالي، و ε _{upper} و ε _{lower} طاقة مستويي الطاقة الأعلى والأدنى على التوالي. يمكن تشتيت أطوال موجات هذا الضوء وقياسها بواسطة مُوحِّد اللون ، ويمكن الاستفادة من شدة الضوء لتحديد عدد الإلكترونات الموجودة في حالة الإثارة. ^{[ 2 ]} في مطيافية الانبعاث الذري، يُقاس الإشعاع المنبعث من الذرات في حالة الإثارة تحديدًا بعد إثارتها.

يمكن الحصول على معلومات قيّمة من خلال استخدام مطيافية الانبعاث الذري، وذلك بتفسير الخطوط الطيفية الناتجة عن إثارة الذرة. يوفر عرض الخطوط الطيفية معلومات حول درجة حرارة الذرة الحركية وكثافة الإلكترونات فيها. كما أن دراسة شدة الخطوط الطيفية المختلفة مفيدة في تحديد التركيب الكيميائي للمخاليط والمواد. تُستخدم مطيافية الانبعاث الذري بشكل أساسي لتحديد تركيب مخاليط الجزيئات، لأن لكل عنصر طيفه الخاص والمميز. ^{[ 3 ]}

لهب

تُقرّب عينة المادة ( المادة المراد تحليلها ) إلى اللهب على شكل غاز، أو محلول مرشوش، أو تُدخل مباشرةً في اللهب باستخدام حلقة سلكية صغيرة، عادةً ما تكون من البلاتين. تعمل حرارة اللهب على تبخير المذيب وكسر الروابط داخل الجزيئات لتكوين ذرات حرة. كما تُثير الطاقة الحرارية الذرات إلى حالات إلكترونية مثارة، والتي بدورها تُصدر ضوءًا عند عودتها إلى حالتها الإلكترونية الأرضية. يُصدر كل عنصر ضوءًا بطول موجي مميز، يُشتت بواسطة محزز حيود أو موشور، ويُكشف عنه في المطياف.

تُظهر أيونات الصوديوم الذرية التي تنبعث منها الضوء في اللهب انبعاثًا أصفر ساطعًا عند أطوال موجية تبلغ 588.9950 و 589.5924 نانومتر.

يُعدّ تنظيم المعادن القلوية في التحليلات الصيدلانية أحد التطبيقات الشائعة لقياس الانبعاثات باستخدام اللهب. ^{[ 4 ]}

البلازما المقترنة حثيًا

تستخدم مطيافية الانبعاث الذري للبلازما المقترنة حثيًا (ICP-AES) بلازما مقترنة حثيًا لإنتاج ذرات وأيونات مثارة تنبعث منها إشعاعات كهرومغناطيسية بأطوال موجية مميزة لعنصر معين . ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

تتميز تقنية ICP-AES بمزايا عديدة، منها دقة الكشف العالية، والنطاق الديناميكي الخطي الواسع، وإمكانية تحليل عناصر متعددة، وانخفاض التداخل الكيميائي، وإشارة مستقرة وقابلة للتكرار. أما عيوبها فتتمثل في التداخلات الطيفية (كثرة خطوط الانبعاث)، والتكلفة، ونفقات التشغيل، وضرورة وجود العينات عادةً في محلول سائل. يتكون مصدر انبعاث البلازما المقترنة حثيًا (ICP) من ملف حثي وبلازما. الملف الحثي عبارة عن سلك ملفوف يمر به تيار متردد، مما يحث مجالًا مغناطيسيًا داخله، وينقل كمية كبيرة من الطاقة إلى البلازما الموجودة في أنبوب كوارتز داخل الملف. البلازما عبارة عن مجموعة من الجسيمات المشحونة (كاتيونات وإلكترونات) قادرة، بحكم شحنتها، على التفاعل مع المجال المغناطيسي. تتشكل البلازما المستخدمة في الانبعاثات الذرية عن طريق تأيين تيار متدفق من غاز الأرجون. وتنتج درجة حرارة البلازما العالية عن التسخين المقاومي الناتج عن حركة الجسيمات المشحونة عبر الغاز. نظرًا لأن البلازما تعمل عند درجات حرارة أعلى بكثير من اللهب، فإنها توفر تذرية أفضل وعددًا أكبر من الحالات المثارة. الشكل السائد لمصفوفة العينة في مطياف الانبعاث الذري بالبلازما المقترنة حثيًا (ICP-AES) اليوم هو عينة سائلة: ماء مُحمَّض أو مواد صلبة مُحَوَّلة إلى محاليل مائية. تُضخ العينات السائلة إلى البخاخ وحجرة العينة عبر مضخة تمعجية. ثم تمر العينات عبر البخاخ الذي يُنتج رذاذًا دقيقًا من الجسيمات السائلة. تتكثف قطرات الماء الأكبر حجمًا على جوانب حجرة الرش وتُزال عبر المصرف، بينما تتحرك قطرات الماء الأصغر حجمًا مع تدفق الأرجون وتدخل البلازما. مع انبعاث البلازما، يُمكن تحليل العينات الصلبة مباشرةً. تشمل هذه الإجراءات دمج التبخير الكهروحراري، والاستئصال بالليزر والشرارة، والتبخير بتفريغ التوهج.

شرارة وقوس كهربائي

تُستخدم مطيافية الانبعاث الذري بالشرارة أو القوس الكهربائي لتحليل العناصر المعدنية في العينات الصلبة. بالنسبة للمواد غير الموصلة، تُطحن العينة مع مسحوق الجرافيت لجعلها موصلة . في طرق مطيافية القوس الكهربائي التقليدية، كانت عينة المادة الصلبة تُطحن وتُتلف أثناء التحليل. يُمرر قوس كهربائي أو شرارة عبر العينة، مما يؤدي إلى تسخينها إلى درجة حرارة عالية لإثارة الذرات الموجودة فيها. تُصدر ذرات المادة المُحللة المُثارة ضوءًا بأطوال موجية مميزة يمكن تشتيتها باستخدام مُوحد اللون وكشفها. في الماضي، لم تكن ظروف الشرارة أو القوس الكهربائي مُحكمة التحكم، وكان تحليل العناصر في العينة نوعيًا . مع ذلك، يمكن اعتبار مصادر الشرارة الحديثة ذات التفريغ المُتحكم فيه كمية. يُستخدم كل من التحليل النوعي والكمي بالشرارة على نطاق واسع لمراقبة جودة الإنتاج في مصانع الصب ومنشآت صب المعادن.

انظر أيضاً

مراجع

↑ ثاكور، سوريا ن. (2020-01-01)، "الفصل 2 - مطيافية الانبعاث الذري" ، في سينغ، جاغديش ب.؛ ثاكور، سوريا ن. (محرران)، مطيافية الانهيار المستحث بالليزر (الطبعة الثانية) ، أمستردام: إلسيفير، ص 23-40 ، doi : 10.1016/b978-0-12-818829-3.00002-2 ، ISBN 978-0-12-818829-3تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 نوفمبر 2024.
↑ إنجل، توماس؛ هير، وارن جيه؛ أنجرهوفر، أليكس (2019). الكيمياء الكمية والتحليل الطيفي: الكيمياء الفيزيائية ( الطبعة الرابعة). نيويورك: بيرسون. ISBN 978-0-13-480459-0.
↑ لاجونين، لوري هـ.؛ بيراماكي، ب.؛ لاجونين، لوري هـ. ج. (2004). التحليل الطيفي الكيميائي بواسطة الامتصاص والانبعاث الذري . الجمعية الملكية للكيمياء ( الطبعة الثانية). كامبريدج: الجمعية الملكية للكيمياء. ISBN 978-0-85404-624-9.
↑ ستاهلافسكا أ (أبريل 1973). "[استخدام طرق التحليل الطيفي في تحليل الأدوية. 1. تحديد المعادن القلوية باستخدام قياس طيف اللهب الانبعاثي]". فارمازي (بالألمانية). 28 (4): 238-239 . PMID 4716605 .
↑ ستيفانسون أ، غونارسون إ، جيرو ن (2007). "طرق جديدة لتحديد الكربون غير العضوي والعضوي والكلي المذاب مباشرةً في المياه الطبيعية باستخدام كروماتوغرافيا الأيونات الخالية من الكواشف ومطيافية الانبعاث الذري للبلازما المقترنة حثيًا". مجلة التحليل الكيميائي . 582 (1): 69-74 . doi : 10.1016/j.aca.2006.09.001 . PMID 17386476 .
↑ ميرميت، ج.م. (2005). "هل لا يزال من الممكن والضروري والمفيد إجراء البحوث في مطيافية الانبعاث الذري بالبلازما المقترنة حثيًا؟". مجلة التحليل الطيفي الذري . 20 : 11-16 . doi : 10.1039/b416511j .|url= http://www.rsc.org/publishing/journals/JA/article.asp?doi=b416511j|format=|accessdate=2007-08-31

فهرس

رينولدز، آر جيه؛ طومسون، كيه سي (1978). مطيافية الامتصاص الذري، والتألق، وانبعاث اللهب: منهج عملي . نيويورك: وايلي. ISBN 0-470-26478-0.
أودين، بيتر سي. (1992). الكشف الكروماتوغرافي النوعي للعناصر باستخدام مطيافية الانبعاث الذري . كولومبوس، أوهايو: الجمعية الكيميائية الأمريكية . ISBN 0-8412-2174-X.

روابط خارجية

"دليل تعليمي حول مطيافية الانبعاث الذري" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2006-05-01.
وسائط متعلقة بتحليل طيف الانبعاث الذري على ويكيميديا كومنز

[1] ثاكور، سوريا ن. (2020-01-01)، "الفصل 2 - مطيافية الانبعاث الذري" ، في سينغ، جاغديش ب.؛ ثاكور، سوريا ن. (محرران)، مطيافية الانهيار المستحث بالليزر (الطبعة الثانية) ، أمستردام: إلسيفير، ص 23-40 ، doi : 10.1016/b978-0-12-818829-3.00002-2 ، ISBN 978-0-12-818829-3تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 نوفمبر 2024.

[2] إنجل، توماس؛ هير، وارن جيه؛ أنجرهوفر، أليكس (2019). الكيمياء الكمية والتحليل الطيفي: الكيمياء الفيزيائية ( الطبعة الرابعة). نيويورك: بيرسون. ISBN 978-0-13-480459-0.

[3] لاجونين، لوري هـ.؛ بيراماكي، ب.؛ لاجونين، لوري هـ. ج. (2004). التحليل الطيفي الكيميائي بواسطة الامتصاص والانبعاث الذري . الجمعية الملكية للكيمياء ( الطبعة الثانية). كامبريدج: الجمعية الملكية للكيمياء. ISBN 978-0-85404-624-9.

[pmid4716605-4] ستاهلافسكا أ (أبريل 1973). "[استخدام طرق التحليل الطيفي في تحليل الأدوية. 1. تحديد المعادن القلوية باستخدام قياس طيف اللهب الانبعاثي]". فارمازي (بالألمانية). 28 (4): 238-239 . PMID 4716605 .

[pmid17386476-5] ستيفانسون أ، غونارسون إ، جيرو ن (2007). "طرق جديدة لتحديد الكربون غير العضوي والعضوي والكلي المذاب مباشرةً في المياه الطبيعية باستخدام كروماتوغرافيا الأيونات الخالية من الكواشف ومطيافية الانبعاث الذري للبلازما المقترنة حثيًا". مجلة التحليل الكيميائي . 582 (1): 69-74 . doi : 10.1016/j.aca.2006.09.001 . PMID 17386476 .

[6] ميرميت، ج.م. (2005). "هل لا يزال من الممكن والضروري والمفيد إجراء البحوث في مطيافية الانبعاث الذري بالبلازما المقترنة حثيًا؟". مجلة التحليل الطيفي الذري . 20 : 11-16 . doi : 10.1039/b416511j .|url= http://www.rsc.org/publishing/journals/JA/article.asp?doi=b416511j|format=|accessdate=2007-08-31

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗