14.9 : التحليل الطيفي للانبعاث الذري: نظرة عامة

التحليل الطيفي للانبعاث الذري هو تقنية تحليلية تستخدم لتحديد التركيب العنصري لعينة ما من خلال تحليل الضوء المنبعث من الذرات المثارة. في التحليل الطيفي للانبعاث الذري، يتم إثارة الذرات في العينة إلى مستويات طاقة أعلى بواسطة الطاقة الحرارية من مصادر ذات درجات حرارة عالية، مثل البلازما أو الأقواس الكهربية أو الشرارات. عندما تعود هذه الذرات المثارة إلى حالات طاقة أقل، فإنها تبعث ضوء عند أطوال موجية محددة مميزة لكل عنصر. يسمح طيف الانبعاث الذري الناتج، والذي يتكون من خطوط منفصلة تتوافق مع هذه الأطوال الموجية، بالتعرف على العناصر المختلفة داخل العينة وقياس كميتها.

تتشابه أجهزة التحليل الطيفي للانبعاث الذري مع أجهزة قياس الامتصاص الذري ولكن مع تعديلات محددة للكشف عن الانبعاث. تعد المصادر ذات درجات الحرارة العالية، وخاصة البلازما المقترنة بالحث (ICP)، ضرورية في التحليل الطيفي للانبعاث الذري لأنها تحقق طاقة كافية لإثارة الذرات إلى حالات انبعاثها. تشمل مصادر البلازما الأخرى البلازما المستحثة بالميكروويف (MIP) وبلازما التيار المستمر (DCP). تصل درجات حرارة في النوع الأكثر استخدامًا، ICP، إلى 10000 كلفن، مما يخلق بيئة مستقرة لإثارة وانبعاث منتظمين . يتيح ICP-AES، المعروف أيضًا باسم ICP-OES (مطياف الانبعاث البصري)، تحليلًا متعدد العناصر من خلال وضع كواشف متعددة على حوامل نصف دائرية حول مصدر الانبعاث لالتقاط قراءات متزامنة عبر مجموعة من الأطوال الموجية.

يوفر AES العديد من المزايا مقارنة بطرق الامتصاص الذري التقليدية، مثل تقنيات اللهب والكهروحرارية. نظرًا للمصادر ذات درجات الحرارة العالية التي تفكك الجزيئات المعقدة، فإن AES أقل عرضة للتداخلات الكيميائية الجانبية، مما يتيح قراءات طيفية أوضح. تسمح التقنية بتحليل متعدد العناصر في وقت واحد، مما يحسن بشكل كبير من الكفاءة التحليلية. بالإضافة إلى ذلك، يغطي AES نطاق تركيز أوسع، مما يجعله مناسبًا لأنواع العينات المتنوعة.

على الرغم من هذه المزايا، فإن AES له قيود. تزيد الأطياف المعقدة التي تنتجها المصادر ذات درجات الحرارة العالية من احتمالية حدوث تداخلات طيفية جانبية، مما يزيد من تعقيد التحليل الكمي. لمعالجة هذه التحديات، تتطلب أجهزة AES أنظمة بصرية عالية الدقة، غالبًا ما تكون أكثر تكلفة من تلك المستخدمة في مطيافية الامتصاص الذري. وعلاوة على ذلك، وعلى الرغم من قوة AES في التحليل المتعدد العناصر، تظل تقنيات الامتصاص الذري ذات قيمة للتحليل الفردي للعناصر نظرًا لبساطتها وتكلفتها الاقل ودقتها.

تُستخدم AES على نطاق واسع في الرصد البيئي وعلوم المواد والمختبرات السريرية لتحليل المعادن وبقايا العناصروغيرها من المواد غير العضوية. نظرا لقدرتها على إجراء تحليل سريع متعدد العناصر فان AES مفيدة بشكل خاص لاختبار عينات التربة والمياه والعينات البيولوجية. تمكن الحساسية العالية والنطاق العنصري الواسع لأجهزة AES من إجراء قياسات دقيقة في كل من التركيزات المتناهية الصغر والكبيرة، مما يجعلها أداة متعددة الاستخدامات للتحليل العنصري عبر مختلف المجالات العلمية.

في AES، يعتمد التحليل الكمي على قياس شدة الضوء المنبعث، والذي يتناسب مع تعداد الذرات المثارة. وفقًا لتوزيع بولتزمان، يعتمد تعداد الذرات المثارة على درجة حرارة مصدر الإثارة، حيث تؤدي درجات الحرارة الأعلى إلى انبعاثات أكبر. يتم إنشاء منحنيات المعايرة، والتي غالبًا ما تكون خطية عند كميات مختلفة من الذرات المثارة، من خلال تحليل المقاييس المعروفة الرابطة بين شدة الانبعاث بتركيزات العناصر. تعد تقنيات التوحيد القياسي ضرورية للتحكم في الاختلافات في كفاءة الإثارة والعوامل الأخرى المتعلقة بالأجهزة، مما يتيح تحديد كمية العناصر في عينات متنوعة بدقة.