flame and plasma atomic emission spectroscopy - yazd of as/atomic spectrosco… · atomic emission...

sdadfarnia@yazd.ac.ir1

Flame and Plasma

Atomic Emission

Spectroscopy

Out Line

1- the ideal atomic emission spectrometric system

2- flame atomic emission source

- properties of flame

- atomization and excitation characteristics

- comparison to ideal source

3- plasma emission sources

- inductively coupled plasma

- microwave plasma

- DC plasma

4- flame and plasma emission spectrometers

- wave length selection

- transducer and electronic components

Out Line

5- signal and noise consideration

- read out signals

- signal to noise expressions

- signal to noise optimization

6- performance characteristics

- linearity

- precision

- accuracy

7- methodology and applications

Flame and Plasma Atomic

Emission Spectroscopyر را می طیف نشری دارای پتانسیل زیاد به عنوان یک وسیله کمی و کیفی است زیرا تمام عناص

.توان در شرایط خاص وادار به نشر کرد

.اولین دستگاه نشر اتمی شعله ای بود

,Ti.)از نشر اتمی برای شناسایی کیفی عناصر استفاده کرد1800Bunsen, Kirchoffدر سال Ga, In, Cs)

1920 مطالعات کمی با نشر شعله ای توسط فیزیولوژیست گیاهی سوئدی آقایLura degardh.شروع شد

.در اروپا ساخته شدSiemens and Zeissاولین دستگاه تجاری نشراتمی شعلهای توسط 1930

1951 مشعل تمام مصرف کن به وسیلهBeckman Instrumentationساخته شد

1955جذب اتمی شعله ای معرفی شد

1960عالقه به منابع برانگیختگی جدید و ابداع منابع با ثبات افزایش یافت

1970منابع پالسما پذیرفته شد

The ideal atomic Emission

Spectrometric system

اچیز یک شیسمیستها نیاز به روشی برای تعیین اجزاء اصلی، فرعی و نمنبع نشری ایده آل باید قادر .نمونه به صورت کمی و کیفی دارند

:باشد تا

(کیفی و کمی)شناسائی و تعیین اجزاء نمونه مجهول: الف

مقایسه سریع نمونه های مختلف: ب

(ngl-1تا mgl-1از )گستره وسیع غلظتی: ج

صحت و دقت خوب:د

آنالیز همزمان چند عنصر با دقت و صحت یکسان: و

Characteristics of the ideal

emission source

.در نشر اتمی منبع دارای دو هدف است

باشد%( 100)انرژی کافی برای اتمی کردن آنالیت با بازده خوب: الف

.انرژی کافی برای برانگیختگی عنصر و یا عناصر مورد نظر را داشته باشد: ب

:خصوصیات مورد نیاز برای یک منبع ایده آل عبارتند از

Characteristics of the ideal

emission source

توجه به این دو هدف منبع ایده آل بایستي داراي خصوصیات زیر باشدبا اتمیزه کردن کامل عنصر-1

قابلیت کنترل انرژي تحریک -2

انرژي تحریک کافي براي تحریک تمام عناصر-3

محیط شیمیایي خنثي-4

نداشتن طیف زمینه-5

توانایي پذیرش نمونه بصورت جامد ،مایع و گاز-6

توانایي پذیرش شرایط مختلف محلول ها و حالل ها-7

آنالیز همزمان چند عنصر-8

تکرار پذیر بودن اتمیزه کردن-9

نتایج دقیق و صحیح-10

نگهداري ارزان دستگاه-11

سادگي عمل -12

Characteristics of the ideal emission source

Atomizer Temperatureاکتور دمای اتمساز عالوه بر جمعیت اتمها ی حالت پایه بر کسر اتمهای برانگیخته نیز طبق ف-

.موثر استe-Ej/kTبولتزمن

Flame Atomic Emission Sources

در طیف سنجی اتمی شعله یک محیط داغ و شیمیایی است که در آن واکنشهای انرژی زا و خود -.کاتالیزور در بین فاز گازهای سوخت واکسیدکننده انجام می گیرد

Premixed Flames Unpremixed flames

Properties of flames

Laminarشعله پیش مخلوط شده، یک شعله آرام است و گازها دارای خصوصیت -.دارند و اغلب شعله در فشار اتمسفر می سوزد

انجام می دهند ( PdV)گازها در اثر سوختن منبسط می شوند و کاری برابر با -انرژی مصرف می کننددمای شعله به یک حد می رسد

H2Oهمچنین بسط گرمائی باعث تفکیک مولکولهای حاصل از احتراق مانند -.می شود که انرژی مصرف می کندO2وCO2و

تمسفر مجموع این دو اثر باعث می شود که حداکثر دمای شعله شیمیایی در فشار ا-.هستندK3000-1500برسد اکثر شعله ها دارای دما در گسترهK5000به

Flame structure

شعله دارای سه ناحیه است

1- Primary combustion zone (inner Cone)

2- Interconal Zone (Interzonal region)

3- Secondary combustion Zone

Flame types and temperature

باشندPremixeشعله هایی که در هوا می سوزند به علت سرعت کم سوخت می توانند از نوع

Flame background

.نشر زمینه محدود کننده دقت و حد تشخیص روش است-

اندازه گیری شاهد می تواند نشر زمینه را جبران کند مشروط به اینکه

نشر زمینه در اثر زمان ثابت باشد-

.تغییرات جزئی در شرائط کار نشر زمینه را تغییر ندهد-

.اندازه گیری آنالیت در باالی ناحیه اول احتراق انجام می گیرد تا نشر زمینه کم باشد(شکل) طیف زمینه برای سه شعله رایج

. دونوع زمینه در شعله وجود دارد-

a: spectra continua b: band spectra (OH band at 281.1,306.1,342.8 m)

O+H2→H+OH H+O2→O+OH

، شعله هیدرو کربن حاوی رادیکالهای 250-400شعله اکسیژن و هیدروژن در ناحیه CH(314.4,390.0,431.5 + )زمینه شعله هیدروژن

اکسید نیتروژن، نوارهای مربوط -، شعله استیلن(205و245)COاستیلن، نواری مربوط به-شعله اکسیژنCN,C2,CH(300-700)به نشر

تابش جسم سیاه جامدات و نیز نشر پیوسته در ناحیه آبی و ماوراءالبنفش -1طیف پیوسته،-H+OH→H2O+hv -2-3M+e- →M+hv

شدت نشر زمینه به عوامل زیر بستگی دارد

نسبت سوخت به اکسید کننده( الف

خلوص گاز( ب

نوع مشعل( ج

ناحیه مشاهده( د

د و اجزای محلول که به سختی تفکیک می شوند می تواننایجاد نوار نشری کنند

Sample Introduction into flameاوت مه سیستمهای متف. محلولهای مایع به کمک مه پاشی به شعله معرفی می شوند

:مشعل وجود دارند که عبارتند از / پاشی

Premixed – Burner

.در این مشعل جریان گاز آرام و شعله پایدار و نوفه آن کم است

انواع سرهای مشعل مورد استفاده در مه پاشی فوق

اکسیژن شعله را تغییر می دهد-حاللهای آلی نسبت کربن

Total consumption Burners (direct injection burner

چون گاز سوخت و اکسیدان در منفذ مشعل مخلوط می شوند این مشعل ایمن تر است و برای .استمناسب( گازوئیل)گازهایی که دارای خطر انفجار هستند و آنالیز نمونه های انفجار پذیر

. ب است این مشعل برای حاللهای آلی مناس. و خطر انفجار ندارد ولی شعله ناآرام و نوفه بیشتر استاما چون قطرات درشت هم وارد می ( n=1.)در این مشعل تمام ذرات نمونه وارد شعله می شود

.شود، اغلب بازده دی سولوته شدن کمتر از یک است

تاه د شعله های ناآرام دارای خواص هموژن نیست، سرعت باالرفتن بیشتر ، دما کمتر، شعله کو.زمان اقامت در شعله کمتر و مزاحمت غیر طیفی بیشتر می شودتر

Atomization and excitation characteristics

. انتخاب شعله مناسب به فاكتورهاي مختلفي بستگي دارد

آنالیت و ژي بر انگیختگي كافي برايدر نشر اتمي نیاز به شعله اي با بازده اتمي كردن زیاد، انر.بدون مزاحمت است

نشر زمینه بیشتر، طیف شلوغ تر، یونیزاسیون نیز بیشترشعله داغ تر

در زمان اقامت در شعله هیدرو كربن بیشتر از شعله هیدروژن و نشر زمینه نیز بیشتر است وتشكیل و احتمال تشكیل اكسید فلزات كاهش ميC,C2,CN,…سوخت زیاد رادیكالهاي كاهنده،

.یابد

AFت در شرایط انتخاب شعله در جذب اتمي مانند نشراست ولي نیاز به انرژي برانگیختگي نیس.زیاد است( quenching)براي فلزات قلیایي احتمال خاموش كردن

Comparison to the ideal source

انرژي كافي براي برانگیختگن تمام عناصر ندارد-

انرژي آن قابل كنترل نمي باشد-

محیط شعله، داغ بي اثر نمي باشد-

زمینه تابشي در شعله زیاد است-

.شعله محدود به آنالیز نمونه هاي محلول است-

.به علت انرژي كم و محدودیت گرمائي براي آنالیز همزمان چند عنصر مناسب نیست-

.اما شعله، راحت است ، تكرار پذیري زیاد، ارزان و كاربرد آن آسان مي باشد-

Plasma atomic Emission source

Plasma

ي خنثي پالسما، گازي كه بخشي از آن یونیزه باشد و از نظر ماكروسكوپ.بوده و هادي الكتریسیته است

دیوئي یا را)انرژي پالسما توسط میدان الكترومغناطیسي، فركانس زیاد-و با جریان مستقیم داده مي شود( میكروویو

Inductively coupled plasma

توسط 1960در سالFassel و همكاران در دانشگاهIowa آمریكا1975در سال . و همكاران در انگلستان طراحي شدGreenfieldو

.وارد بازار شد

ICP-Operation

30mmتا 15قطر داخلي

(MHz27معموال)MHz50تا4ژنراتور در فركانس

KW5تا1توان خروجي

K10000دما حدود

l/min10گاز خارجي در حدود

l/min1گاز حامل نمونه

ذرات نمونه هنگام عبور

را دریافت می کندk 8000دماي

mm20-15ناحیه مشاهده

ms2زمان اقامت

Sample Introductionمعرفي نمونه اكثرا از مه پاشي فشاري انجام مي گیرد،

ولي از مه پاشي آلتراسوند، مولد هیدرید و

.خروجي كروماتوگرافي نیز استفاده مي شود

MMn++ne

MO M+O

M+O MO

MX(s) MX(l) MX(g)

MX M+X

2H2O 2H2+O

H2O(l) H2O(g)

ICP characteristics

میلي 3تا 2مي رسد و نمونه حدود k8000-7000دماي گاز در كانال به

ثانیه در مسیر باقي مي ماند كه تركیب این دو فاكتور باعث مي شود

بازده اتمساز خوب باشد-1

اثرات ماتریس و بین عنصري كم است-2

مزاحمت یونیزاسیون را كم مي كندICPچگالي زیاد الكترون در -3

عدم وجود گونه ملكولي باعث مي شود تا بازده فلورسانس زیاد شود-4

حه خود جذبي در مقایسه با سایر منابع كم است چون چگالي جمعیت در صف-5

داغ آرگون كمتر ازکانال وسط است

از به هم ناحیه وسط ، سفید شفاف است، پیوسته بودن نشر در این ناحیه ناشي-

.پیوستن یون و الكترون و یا آهسته شدن و توقف ذرات باردار است

ICP characteristics

براي اغلب آنالیتها زیاد استS/Nسانتي متري باالي سیم پیچ3تا 1در ناحیه

و بعضي مولكولهاي OH، نوار نشري Arزمینه این ناحیه ناشي از خطوط -.دیگر است

گستره به علت گردایان زیاد دما در این ناحیه ، امكان برانگیختگي عناصر با-.وسیع انرژي برانگیختگي وجود دارد

ورت ناحیه سوم، در معرفي عناصري كه به راحتي برانگیخته مي شوند به ص-.می باشد و داراي دماي شبیه شعله هاي معمولي است( شعله مانند)دنباله

كامال مشخص نیست ولي مي دانیم كه در ناحیه ICPمكانیزم برانگیختگي در -.اندازه گیري تعادل ترمودینامیكي وجود ندارد

ICP characteristics

با منبع نشر ایده آلICPمقایسه

مزایا

توان برانگیختگي تعداد زیادي از عناصر را دارد-1

.اتمیزاسیون و برانگیختگي در اتمسفر بي اثر آرگون انجام مي گیرد-2

ولي آنالیز نمونه جامد مشكل . آنالیز كردICPنمونه هاي گاز و مایع را مي توان مستقیما با -3است

.تكرار پذیري، دقت و صحت آن خوب است-4

محدودیتها

انرژي آن قابل كنترل نیست-1

مزاحمت همپوشاني طیفي وجود دارد-2

.دستگاه از نظر خرید ونگهداري گران است-3

4-ICPیك منبع ساده براي عملكرد نیست و نیاز به مهارت اپراتور دارد

نیز استفاده شده استICP-MSبه عنوان منبع یونیزاسیون در جرم سنجي ICPاز-

انواع پالسماهاي القائي

پالسماي تولید شده القائي به دوگروه تقسیم مي شود

ICP -I(یا سرد شده به وسیله ازت، مشعل بزرگ)آرگون با توان باال -ازت

ПICP(استمشعلها كوچكتربراي نمونه آبي و ترکیبات معدنی مناسب)آرگون با توان پایین یا متوسط

با توان باالICPبا توان پایین یا متوسطICPپارامتر

50-2727-7(MHZ)فركانس

2-17-3(KW)توان

20-15(N2)50-20(Ar)(L min-1)جریان گاز بیرون

1-0(Ar)20-10(Ar)(L min-1)جریان گاز میاني

1-5/0(Ar)2-1(Ar)(L min-1)جریان گاز داخلي

18-1210-4(mm)ارتفاع مشاهده باالي سیم پیچ

2-12-1(ml min-1)سرعت مكش نمونه

Microwave Plasmas

MHZ2450پالسماي امواج ریز به دو گروه تقسیم مي شودولي هردو نوع پالسما اكثرا از فركانس

.استفاده مي كند

Microwave induced Plasma (MIP)پالسماي امواج القائي یا : الف

Capacity coupled microwave plasma (CMP)پالسماهاي جفت شده خازني یا : ب

Microwave Plasmas

سطح مقطع یک مگنترون

Microwave Plasmas

پالسماي ریز موج القائي

اجزاء اصلي عبارتند از

لوله موئینه كوراتزي-3ژنراتور امواج ریز -1

سیستم تزریق-4تشدید كننده امواج ریز یا هادي موج -2

گاز پالسما، آرگون است اما از هلیم و ازت نیز استفاده مي شود

در فشار 5000-6000، درجه حرارت W250-25، توان ml/min1000-50سرعت جریان گاز Pa100دمایK8500چگالي الكترون بین . گزارش شده استcm-11015-1012 متغیر است و به

ماهیت گاز پالسما، توان درونی و فشار بستگي دارد

:بستگي داردبهMIPشدت خطوط نشري

توان جذب شده در پالسما-1

درجه حرارت گازی و الكترونی-2

تبخیر نمونه -3

ماهیت، فشار و سرعت جریان گاز پالسما-4

اندازه و تركیب نمونه-5

منطقه مشاهده در پالسما-6

Microwave Plasmas

. اما درجه حرارت گاز نسبتا پایین است( K5000)درجه حرارت الكترون باالست MIPدر (k2500-1000)انرژي سنتیك كافي براي تفکیک تركیبات پایدار حرارتي ندارد.

. استفاده می شودGCبه عنوان آشکار سازی MIPاز -

پالسماي امواج ریز جفت شده خازني

.ابداع شد1952در سال Cobin and Wiberتوسط

l/min8-4سرعت جریان گاز2450فركانس KW3-.5/0توان مولد

:اجزاء آن عبارتند از

مگنترن ومنبع تغذیه در مولد امواج ریز--1

سیستم هادي موج-2

CMPتوان تجزیه مستقیم محلولها را دارد زیرا توان آن باالتر است

k5700-4500درجه حرارت گاز و تحریک به یك دیگر نزدیك و بین -

و تقریبا برابر با درجه k8150-4900درجه حرارت تحریك از درجه حرارت گاز نیز بیشتر است-استMIPحرارت تحریك

.درجه حرارت پالسماي آرگون و هلیم بسیار پایین تر از ازت است-

عناصر با درجه یونیزاسیون كم: مزاحم-

Microwave Plasmas

Sample Introduction

استICPتوان پالسماي ریز موج كمتر از

انرژي كافي براي دي سولواته كردن و تبخیر

محلولها ندارد اما نوفه آن كمتر است

GCپالسما ی میکرویوبراي آنالیز گازهاي خروجي

.و یا تولید هیدرید و یا كلرید مناسب است

سرعت جریان مه پاش فشاري براي معرفي-

نمونه به این پالسما مناسب نیست

از مه پاشي آلترا سوند و الكتروترمال با-

روش تخلیه، نوار یا سیمهاي

.استفاده شده استPt,W,Taاتمساز

Microwave Plasma Characteristics

ICP(K3000-2000)تعادل ترمودینامیكي وجود ندارد، دماي گاز كمتر از

بازده اتمي كردن كمي بهتر از شعله است

انرژي زیاد دماي برانگیختن بیشتر از دماي گاز است و براي برانگیختن عناصر با.استفاده شده است

.برانگیخته شده اندC,H,N,P,B,Oعناصر GC-MIPدر

آرگون و هلیم ساده و داراي شدت كم استMIPطیف نشري زمینه تولید شده،

.داردUVنشر پیوسته در ناحیه

. محیط اتمي شدن و برانگیختگي بي اثر است

.استMIPمحدودیت ، معرفي نمونه به

Direct- current plasma (DCP) or plasma Jet

بین دو یا چند الکترود ایجاد می DC)مشابه با قوس )DCپالسما توسط یک تخلیه ود ناحیه خارجی پالسما توسط یک جریان گاز با سرعت زیاد سرد می ش. شود

تا به هم فشرده شود و در نتیجه چگالی جریان و دما زیاد می شود ولی .ویسکوزیته پالسما زیاد می شود و واردسازی نمونه مشکل است

آن اولیه از الکترودهای کربن حلقه مانند و الکترود کاتد در باالیdcپالسمای احیه در ن( الکترون–ترکیب یون )اشکال آن زمینه پیوسته . ساخته شده بود

.مشاهده بود

.(را ارائه نمودندDCدو گروه مستقل جت پالسمای 1959در سال ) -

آرگون یا هلیم، جت : ، گاز پایدار کنندهA25-15شدت جریان پالسما در حدود -.سانتی ظاهر می شود1-2پالسما در باالی کاتد و به بلندی

.مشکل معرفی نمونه بود

ار دادندو سپس از یک میله تنگستن به عنوان کاتد خارجی در باالی دو الکترود قر.پایداری پالسما بهتر شد

قوس های ناپایدار که در سطح الکترود سرگردان بود-1:محدودیتها

فرسوده شدن الکترودها به وسیله قوس سرگردان-2

نمونهرضایتبخش نبودن اختالط ذرات ریز معلق-3

Direct- current plasma (DCP) or plasma Jet

Valenta,Schreak در سالs1970 تغییر شکل هندسی الکترودها

نسبت به هم قرارگرفتند که باعث کاهش نشر30°دادند وآند و کاتد در زاویه

( شکل)وارونه بود Vساختار پالسما شکل . زمینه شد

ما در این ساختار درجه حرارت وسط پالس. جت پالسمای جدید سه الکترودی است

K10000 وات، مصرف 700، پالسما بسیار پایدار با توان الزم فقط

و خطوط یونی کمتر از 5/0-1%و انحراف استاندارد نسبیl/min8-7آرگون

ICPاست.

DCPسه الکترودی

:سه الکترودی عبارتند ازDCPمزایای

توانایی ( 1kv>)ثبات خوب، توان کم مورد نیاز

آنالیز مواد آلی و معدنی، قبول محلولها با مقادیر

جامد نسبتا زیاد

:سه الکترودی عبارتند ازDCPمحدودیتهای

.تآنالیز نمونه هایی که به سختی تبخیر می شوند مشکل اسزمان اقامت در پالسما کوتاه است-1

سنج زمینه ، به وسایل بزرگنمایی منطقه و طیف/ ناحیه کوچک مشاهده برای شرایط بهینه خط-2اکل

سبت مشکل در آنالیز همزمان چند عنصر مخصوصا در نزدیک حد تشخیص به علت تفاوت در ن-3زمینه عناصر/ خط

.تغییر خواص پالسما توسط نمونه هایی که به راحتی یونیزه می شوند-4

گرانی خرید و نگهداری دستگاه-5

به نیاز به اپراتور ماهر-6

Flame and Plasma Emission Spectrometer

Wavelength selection

:روند کلی قسمتهای نوری در اسپکترومتر نشری عبارتند از

انتخاب حداکثر تابشی نشر شده از منبع بر انگیخته در ناحیه مشاهده-1

جدا سازی خط نشری مورد عالقه از دیگر خطوط و نشر زمینه-2

متمرکز کردن طول موج انتخاب شده بر روی تبدیل کننده حساس نوری-3

S/Nدر صورت لزوم مد وله کردن پرتوبرای بهبود -4

تصحیح نشر زمینه در طول موج آنالیت با نزدیک آن-5

Entrance Optics

تمرکز می با استفاده از آئینه یا عدسی تصویر منبع بر روی انتخابگر طول موج م-.استf2و فاصله منبع و شکاف ورودی برابر با . شود

اهمیت ابعاد شکاف ورودی-

:اجزاء تکفا ساز عبارتند از-

شکاف ورودی، : الف

متوازی کننده جهت تولید پرتوموازی: ب

(منشور یا شبکه)جزء جدا کننده طول موج : ج

جزء متمرکز کننده تابشی: د

یک یا چند شکاف خروجی: ه

انواع اسپکترومتر شبکه ای برای اندازه گیری متوالی یا همزمان

(Paschen-Runge)رونگ /اسپکترومتر با ساختار پاشن-الف

(Echeleاسپکترومتر با شبکه اکل -ب

(Ebert)اسپکترومتر با ساختار ابرت -ج

(Czerny-Turner)ترنر -اسپکترومتر با ساختار زرنی

(Seya-Nomioka)نامیوکا -اسپکترومتر با ساختار سیا-د

تکفاسازی زوج-ه

اسپکترومتر تبدیل فوریه-و

رونگ/اسپکترومتر با ساختار پاشن

متر1شیار، فاصله کانون 2400شبکه دارای

میکرومتر40میکرومترو خروجی 20شکاف ورودی

اسپکترومتر با ساختار ابرت

sin2dn

ترنر-زرنی-اسپکترومتر با ساختار ابرت

نامیوکا-اسپکترومتر با ساختار سیا

شبکه حول یک محور عمودی که از مرکز

شبکه عبور می کند می چرخد

Echeleاسپکترومتر با شبکه اکل-ب

.توسط هاریسون ابداع شد1949در سال

قدرت جداکنندگی و پاشندگی ده مرتبه

.بهتر از شبکه اشل است

costan2

ICPاسپکترمتر تبدیل فوریه با

Single- channel system

دستگاه صافی دار، قیمت کم، اندازه کوچک ، خروجی زیاد-

دستگاه تکفامساز شبکه دار، قدرت تفکیک متوسط تا زیاد، عرض شکاف متغیر-

Sequential Muhielement Instruments

Slew-scan

s3در کمتر از nm900-190ناحیه

Multichannel spectrometers

اسپکتروگراف یا آشکار ساز فتوگرافیک

عیین شدت محدودیت، گستره خطی، مشکل کالبیره کردن و ظاهر کردن، نیاز به چگالی سنج برای ت-خطوط

ای بنابراین از یک کانال بر. کردن به دما و ضریب شکست هوا بستگی داردalignmentتوجه monitorکردن خط نشری یک المپ کاتد توخالی یا جیوه استفاده می کند.

Direct-reading ICP emission spectrometer

:محدودیتهای دستگاه چند کاناله

تنظیم طیف سنج مشکل است-1

محدودیت در تصحیح زمینه-2

قیمت زیاد و سرعت کم قسمتهای نوری-3

با استفاده از شبکه اکل و منشور ، تصویر دو بعدی-

:مزایا

شبکه پراش هرگز حرکت داده نمی شود-1

.اجزاء نوری در یک محیط که از نظر گرمایی و ارتعاشات کامال ایزوله شده قرار دارد-2

Transducers and electronic components

روشی دیگر استفاده از اسپکتروگراف و آرایه دیودی است که حساسیت کمتر از لوله فتومولتیپلیر دارد از

Charge injection device وCharge coupled deviceنیز استفاده شده است.

Transducers and electronic componentsه خالء و یا از تبدیل كننده فتومولتي پلیمر و در دستگاههاي صافي دار از فوتولول

.فتودیوید استفاده مي شود

-nكاناله نیاز به -nانتگرال گیر خطي بازمان انتگرال گیري متغیر، براي دستگاه .انتگرال گیر است

حساسیت انتگرال گیري براي خطوط ضعیف و قوي متفاوت است

بدیل مي ژ تبه کمک یک مدار تقویت كننده سیگنال،تقویت و به ولتاPMTخروجی .شود

خیلی ازدستگاه های جذب اتمی برای نشر اتمی نیز مناسب هستند

Computer control

Signal and noise consideration

و فاكتورهاي موثر بر آن براي بهتر كردن دقت را مي توان S/Nعبارت سیگنال خروجي به نوفه.بررسي كرد

Redout signal

G= gain of the signal modifier(V/A)

m= transducer gain

BλE= spectral radiance due to analyte emission

Y)λ(= monochromator through put factor

R)λ( = radient cathode responsivity of the transducer

Y)λ(=WH Toptλ

WH= geometric factor

Top tλ=wavelength dependent factor

Top= transmission factor

tλ= slit function

dRyBmGE EE )(

ر در حالت نشر نرمال، خط باریك طیفي ، در صورتي كه خود جذبي قابل صرفنظباشد و انتقال رزونانسی و

R)λ(در خط نشري باریك ثابت باشد.

استBEدر فصل قبل نشان داده شد که انتگرال این معادله برابر با تابش کل خط یعنی

بافرض اینكه خود جذبي قابل صرفنظر كردن باشد معادله

براي تابش خط كلی بكار مي رود که

ر در این رابطه از استفاده مي شود تا معادله فوق بر حسب انرژي تراز باالتمربوط به دماي برانگیختگي می شودTدر سیستمهایي كه تعادل گرمائي نیست . نشان دهیم

mhcE /1

n0 را می توان بر حسب غلظت اولیه محلولC نشان داد، زیرا داشتیم

در نتیجه:

(Fal/Qef)فاكتور اتمساز برحسب EEسیگنال

[WH(/4)TopmGR()]فاکتور دستگاهی

E1A10g1/g0]فاکتور اسپکتروسکوپی آنالیت و دمای برانگیختگی منبعو e(-E1/kt)]بستگی دارد.

مقدار مشخصی ) برای آنالیت خاص و انتقال خاصی EEمعادله فوق نشان می دهد که -E1,A10,g1,g0 )مستقیما متناسب با غلظت است

EEBEاگر فاکتور های دستگاهی ثابت باشد -

BE. اگر خود جذبی قابل صرفنظر و دمای اتمساز ثابت باشد- n0

و اگر فاکتور اتمساز ثابت باشد -

ی یکی از متغیر های بحرانی آزمایش، دمای منبع است که بر روی جمعیت اتمهاتور و کسر اتمی بر انگیخته بر اساسی فاکefوaحالت پایه به وسیله فاکتور

موثر استe-Ei/ktبولترمن

اثر دمای منبع

تغییر جمعیت پایه-1

e-Ei/kTتغییر جمعیت برانگیخته -2

بازده اتمساز-3

مقایسه شعله و پالسما بر اساس معادله

یکسان است( Q)در هر دو سیستم سرعت جریان گاز -

در پالسما کمتر است( F)سرعت جریان محلول -

ای و بازده اتمساز به علت سنتیک بیشتر گازها و دم( e-Ei/kt)فاکتورهای بولتزین -سیگنال خروجی پالسما بیشتر بیشتر برانگیختگی در پالسما بیشتر است

است

سیگنال نشر زمینه به وسیله معادله

می شود

m±sدر ناحیهR( λ) وBλbEاز معادالت قبلی ، و با فرض اینکه γ()با جاگذاری معادله مقدار

:ثابت باشد،و با توجه به اینکه

نشر زمینه پیوسته نزدیک خط طیفی تقریبا برابر است با

Signal to noise expression

EE=EtE-Ebkبرابر است با EEسیگنال آنالیت

t=[(s)s2+(s)f

2 +(B)s2 +(B)f

2 +dt2]1/2

یعنی نوفه از سه منبع اولیه ناشی می شود

نوفه ناشی از سیگنال زمینه -2نوفه سیگنال آنالیزی -1

نوفه ناشی ازتقویت سیستم و جریان سیاه-3

Es=mGR)λ(s (s)s=(mGKEs)1/2

EB= mGR)λ(B (B)s=(mGKEB)1/2

Ed=mGid (d)s =(mGkEd) 1/2

Analytical and bachground flicker noice

Analytical (s)f= Es where =signal flicker factor

Background (B)f= EB where = background flicker factor

t=[mGK(Es+EB+Ed)+(Es)2+(EB)2 +(d)ex

2 +ar2]1/2

Signal to noise expression

و نوفه جریان سیاه که مستقل از shotنشر زمینه یا نوفه flickerدر غلظت کم آنالیت نوفه به وسیله فاکتور -EEاست محدود می شودS/N مستقیما متناسب با غلظت است(S/N (EE or id)

متناسب با S/Nو EE>>(Ebk+Ed)آنالیت در معادله غالب می شود shot noiseدر غلظت متوسط، -S/N ). ) ریشه دوم غلظت است (EE ) 1/2or( id)

S/N≠f(EE. مستقل از غلظت استS/Nآنالیت غالب می شود و flicker noiseدر غلظت زیاد، - oriE)

Signal and noise consideration: Signal to noise optimization

این معادله متغیر های تجربی برای بهینه سازی را نشان می دهد

آنالیت قابل صرفنظر کردن استshotوflickerدر غلظت کم آنالیت نوفه

معادله فوق تبدیل به معادله زیر می شود.

S/N=EE/[mGK(EbE+Ed)+(EEbE)2]1/2

ثابت عرض شکاف Kو یا با .افزایش یابدEE/Ebkدر غلظت کم باید S/Nبرای بهتر کردن -نشر زمینه کاهش یابدflickerکاهش یابد یا فاکتور

را معموال به صورت S/Nدر کل . هم موثر استEbkبر EEمتاسفانه اکثر فاکتورهای موثر بر تجربی و با استفاده از روابط به عنوان راهنما، بهینه می کنند

، فاکتورهای Wعرض شکاف تکفامساز : مهمترین متغیرهای دستگاهی برای بهینه سازی عبارتند از...( سرعت جریان گاز، متغیر مه پاشی، ارتفاع مشاهده و )اتمساز

بهینه سازی عرضی شکاف تکفاساز

Kثابت و نشر زمینه پیوسته در نظر گرفته شده است

Signal to noise optimization

S/NWجریان سیاه غالب است و shotدر عرض شکاف کم نوفه -

استWمستقل از S/Nنشر زمینه غالب می شود و shotدر عرض متوسط شکاف، نوفه -

S/NW-1زمینه غالب می شود و flickerدر عرض زیاد شکافه نوفه -

با مدوله کردن طول موج و نمونه بهبودی درS/N و حد تشخیصی در غلظت کم آنالیت مشاهده.شده است

به وسیله تغییر دمای شعله، EbEو EEدر شعله نوع سوخت واکسیدان و سرعت جریان آن بر -موثر است... سرعت جریان محلول، بازده اتمساز و

موثر استEbEو EEاعمال شده بر Rfدر پالسما، سرعت جریان گاز و محلول ، توان -

نشر زمینه می تواند ازمتغیرهای flicker ()موثر است و نوفه وEbEو EEارتفاع مشاهده بر -f∆)شرایط اتمساز و یا معرفی نمونه باشد 0.3-3% in 0.1-1 HZ)

S/N=1/E.استanalyte emission flickerدر غلظت زیاد آنالیت نوفه غالب -(نوفه مه پاش)استEکاهش مقدار S/Nوتنها راه بهبود

می شود flickerدر غلظت زیاد که خود جذبی قابل مالحظه است ،نوسانات خود جذبی باعث نوفه -(%3-0.3درگستره )زیاد می شودEو

Performance characteristics

Linearity

در صورتیکه فاکتورهای منبع و دستگاه ثابت باشد با توجه به اینکه

EE n0 , n0 C EE C and

رابطه خطی است

اما عوامل موثر بر غیر خطی شدن عبارتند از

در 100g/l-10در نشر شعله ای در گستره )در غلظت زیاد و در خطوط رزونانسی خود جذبی -1ICPدر غلظت بیشتر)

(استفاده از بافریونیزاسیون در شعله)در غلظت کمیونیزاسیون آنالیت -2

تغییر بازده اتمساز-4تغییرات سرعت جریان -3

تغییر دمای اتمساز با غلظت آنالیت-5

شرایط غیرخطی شدن بیشتر در اندازه گیری همزمان، از شرایط بهینه نسبی استفاده می شود -.است و مزاحمت طیفی بین مخلوط آنالیت نیز می تواند باعث غیر خطی شدن شود

چهار تا پنج مرتبه استDCPو ICPگستره خطی نشر شعله ای دو یا سه مرتبه و -

یکی از مزایای

ICPگستره

.خطی وسیع است

Precision

کاهش می %0.3-0.1انحراف استاندارد نسبی در نشر شعله ای با بسط اشل به .یابد

یر، سرعت جریان محلول، بازده اتمساز، طول مس: عوامل موثر بر دقت عبارتند ازه دمای شعل)سرعت جریان گاز ، فاکتور بسط گاز شعله و دمای شعله است

(فاکتور بحران است

EE=Kexp(-E1/kT) E= (E1/kT)(T/T)اگر فرض کنیم

باشد تا انحراف K±2.5باید حدوداTمقدار T=2500Kیعنی در شعله با دمای -.شود% 1استاندارد نسبی

-5انحراف استاندارد نسبی DCPو ICPدر پالسما برای محلولهای استاندارد در -است1-10%است و برای نمونه های حقیقی % 1

Accuracy

آنالیز با روش مستقل-NBS3آنالیز نمونه استاندارد-2استفاده از روش بازیابی -1

صحت هرگز نمی تواند بیش از دقت باشد-

عوامل موثر در ایجاد خطا-

طا می منحنی کالبیراسیون خارجی، خطا در تهیه استانداردها و یا شبیه نبودن ماتریس باعث خ-1شود

یز مزاحمت شاهد و یا مزاحمت طیفی، که با استفاده از شاهد با سطوح غلظتی متغیر مزاحم و ن-2ت تفکیک استفاده از طیف سنج با قدر.) تغییر عرضی شکاف تکفا ساز تشخیص داده می شود

(ICPباال در

.نشر زمینه ها پیوسته و با نوارهای مولکولی که به ترکیب محلول بستگی دارد-3

مزاحمت آنالیت-4

(راه تشخیص، اندازه گیری آنالیت دیگر در همان محلول) مزاحمت غیر مخصوص آنالیت -

مزاحمت مخصوص آنالیت-

مزاحمت برانگیختگی -

مزاحمت یونیزاسیون-

Detection limit DL=KSbk/m

Methodology and Application

Identification and selection of Analyte line

- Wavelength identification

- Selection of Analyte lines

Analytical procedure

-Internal standard (EE)a/ (EE)a=[K(n0)ae-[Er-Ea)kT]/(n0)r

شرایط الزم برای استاندارد داخلی

نمونه واستاندارد فاقد عنصر استاندارد داخلی باشد-1

انرژی برانگیختگی آن نزدیک به عنصر باشد-2

گذار باشدعوامل و فاکتورهایی که بر آنالیت اثر می گذارد بر استاندارد داخلی به طور مشابه اثر-3

نمونه روش استاندارد داخلی در کاهش تغییرات ناشی از دمای منبع، موقعیت منبع و سرعت معرفیبسیار مفید است

- Standard addition

Applications

Determination of Na and K in blood serum

- Water testing with an ICP spectrometer

-Marine sediment Analysis with a DCP spectrometer

flame and plasma atomic emission spectroscopy - yazd of as/atomic spectrosco… · atomic emission...

Documents

atomic absorption spectroscopy and atomic emission...

atomic spectroscopy: atomic emission spectroscopy atomic...

1 atomic absorption spectroscopy. 2 atomic transitions:...

chapter 3 atomic emission spectroscopy

chapter 10 – atomic emission...

principle of atomic absorption /emission...

powerpoint templates page 1 powerpoint templates atomic...

flame photometer (atomic emission spectroscopy) flame...

atomic absorption spectroscopy flame atomic emission...

atomic absorption spectroscopy flame atomic emission...

general atomic spectroscopy energy levels, absorption,...

science drivers - mit opencourseware · • laser induced...

atomic emission spectroscopy - chips.ac.in e… · atomic...

appendix table 1 - springer static content...

chapter 12 atomic x-ray spectroscopy. x-ray spectroscopy,...

427 phc. atomic emission spectroscopy (aes) is based upon...

atomic spectroscopy aa/icp/icpms...2016/07/25 · •atomic...

1 atomic emission spectroscopy. 2 atomic emission...

atomic emission spectroscopy with spark- or arc · pdf...

introduction to optical atomic spectroscopy (chapter...