1. آشنایی با دستگاه طيف سنجی جذب اتمی
مهدیه هاشمی
آشنایی با دستگاه طيف سنجی جذب اتمی

2. روش‌های شناسایی نانوساختارها
روش‌های طیف سنجی
2 AAS

3. اجزاء دستگاه جذب اتمی
یک دستگاه طیف سنج جذب اتمی شامل اجزای زیر می باشد:
منبع اولیه‌ی تابش
طول موج‌گزین برای تولید تابش تکفام
وسیله‌ای برای افشاندن محلول به درون شعله و تولید بخار اتمی
آشکارساز
وسیله‌ای برای خواندن داده‌ها

4. لامپ تخليه بدون الكترود
منابع تابش
به طور عمده برای تامین تابش اولیه در طیف سنجی جذب اتمی، از لامپ‌های زیر استفاده می‌شود:
لامپ تخليه بدون الكترود
لامپ کاتدی توخالی

5. لامپ کاتدی توخالی
یک لامپ کاتدی توخالی شامل یک کاتد استوانه‌ای توخالی به قطر ميلی متر است که ازجنس فلز مورد نظر ساخته شده است.
این کاتد استوانه‌ای همراه یک سیم تنگستنی به عنوان آند، در یک شیشه حاوی گاز نادری در فشار 1 تا 2 ميليمتر جيوه قرار داده شده است.
الکترودها بوسیله ی پتانسیلی در حدود 200 تا 400 ولت انرژی داده می‌شوند و در جریان‌هایی تا حدود mA 100 کار می‌کنند.

6. لامپ کاتدی توخالی
گاز نادر که اساساً شامل نئون یا آرگون است، به یون‌های مثبت یونیده شده برخورد کرده و یون‌ها پس از شتاب گرفتن به دیواره داخلی کاتد استوانه‌ای برخورد می‌کنند.
اگر پتانسیل به اندازه کافی بزرگ باشد این یون‌های نئون و یا آرگون انرژی جنبشی کافی برای کندن تعدادی از اتم‌های فلزی را از سطح کاتد پیدا می‌کنند و سپس اتم‌های کنده شده بوسیله این یون‌ها برانگیخته می‌شوند.
پیکر بندی استوانه‌ای کاتد باعث می‌شود تا تابش را در یک ناحیه محدود از لوله متمرکز سازد.
این طرح احتمال رسوب دادن مجدد اتم‌های فلزی روی کاتد را، نسبت به رسوب دادن روی دیواره‌های شیشه‌ای افزایش می‌دهد.
عموماً کاتد بیشتر لامپ‌ها فقط شامل یک عنصراست. اما گاهی ازعناصری مناسب برای ساخت یک آلیاژ کاتدی استفاده می‌شود. بنابراین، یک لامپ برای اندازه گیری دو یا چند عنصر به کار برده می شود.

7. لامپ تخليه بدون الكترود
در ميان منابع تابش خطي، لامپ‌هاي تخليه بدون الكترود بيشترين تابش و باريكترين پهناي خطوط نشري را دارند.
اين لامپ‌ها هم در جذب اتمي و هم در فلوئورسان اتمي به‌كار رفته و شدت تابش آن‌ها مي‌تواند چندين برابر لامپ‌هاي كاتد توخالي باشد.

8. لامپ تخليه بدون الكترود
این لامپ‌ها متشکل از يک محفظه شيشه‌اى ازجنس کوارتز مى‌باشد که توسط گاز بى اثر با فشار چند تور پرشده است.
داخل اين لامپ‌ها يک قطعه از فلز مورد نظر يا نمک آن قرار مى‌گيرد و اطراف آن، سيم پيچى قرارمى‌گيرد که امواج راديويى يا ميکروويو از آن عبورمى کند.
بر اثر امواج راديويى، گاز آرگون يونيده شده و تحت ميدان مغناطيسى ايجاد شده با سرعت بسيار زيادى حرکت مي کند و به سطح فلز و يا نمک فلز برخورد کرده و موجب ايجاد اتم‌هاى زيادى درحالت برانگيخته مى‌شود.
اين اتم‌ها در هنگام برگشت به حالت پايه، خط نشرى مورد نظر را توليد مى‌کنند.
از آنجایی‌که آسیب‌پذیرترین قسمت یک لامپ، الکترود است و در اغلب موارد عامل اصلی خرابی و پایان عمر لامپ، از بین رفتن الکترود است؛ با حذف الکترود در این لامپ‌ها، طول عمر آنها نسبت به بقیه لامپ‌ها، بسیار بالا است، مگر اینکه لامپ دچار شکستگی شود.

9. تکفام‌سازها و صافي‌ها
اين قسمت از دستگاه، پرتو چند فام را به پرتو تكفام تبديل مي‌كند.
در واقع دستگاه بايد قادر به ایجاد يک پهنای نوار باريک باشد تا خط انتخاب شده برای اندازه‌گيری را از خطوط طیفی ديگری که ممکن است مزاحمت ايجاد کنند يا حساسيت را کاهش دهند، جدا سازد.
انتخاب‌گرهای طول موج به دو دسته تقسیم می‌شوند:
صافی‌های تداخلی
صافی‌ها
صافی‌های
جذبی
انتخاب‌گرها
تکفام‌سازها

10. صافی‌های تداخلی
در صافی‌های تداخلی، از یک باریکه موازی، تنها طول موج خاصی عبور می‌کند و بقیه طول موج‌ها، بازتابیده می‌شود.
این صافی‌های نوری متکی به تداخل نوری هستند تا نوارهای باریک تابشی.
این صافی‌ها در نواحی فرابنفش، مرئی و مادون قرمز، کاربرد دارند.

11. صافی‌های تداخلی
یک صافی تداخلی از دو لایه نیمه شفاف فلزی و دو لایه شفاف تشکیل شده است.
ضخامت لایه دی الکتریک، طول موج تابش عبوری را تعیین می‌کند.
لایه نیمه شفاف فلزی
لایه شفاف
لایه دی الکتریک

12. صافی‌های تداخلی
وقتی یک پرتو عمودی از تابش با این آرایش برخورد می‌کند، یک قسمت از آن از میان نخستین لایه فلزی عبور کرده، در حالی‌که قسمت باقی مانده، منعکس می‌شود.
بخشی از نور عبوری وقتی به لایه بعدی فلز برخورد می کند، بازتاب می‌شود.
اگر قسمت بازتابیده، تداخل سازنده با نور فرودی داشته باشد، در این طول موج خاص، نور تقویت می‌شود، در حالیکه اغلب طول موج‌های دیگر با طول موج بازتابیده هم‌فاز نبوده و دستخوش تداخل مخرب می‌شود.
صافی‌های تداخلی با پیک‌های قابل عبور در سراسر ناحیه فرابنش و مرئی و تا حدود 14 میکرومتر در مادون  قرمز، در دسترس می‌باشند.
پهنای نوار مؤثر 1/5 درصد از طول موج عبوری پیک است.
با این وجود در این حالت در بعضی از صافی ها، نوار باریک تا 0/15 درصد از طول موج عبوری کاهش می‌یابد.
این صافی‌ها دارای ماکسیمم شدت عبوری برابر 10 درصداند.

13. صافی های جذبی
این صافی‌ها عموماً نسبت به صافی‌های تداخلی بهای کمتری دارند.
صافی‌های جذبی، موارد استفاده فراوانی برای انتخاب طیف در ناحیه مرئی را دارند و با جذب بخش مشخصی از طیف، کار می‌کنند.
معروف‌ترین نوع آن، از شیشه‌های رنگی یا تک رنگ که به صورت معلق در ژلاتین درآمده و بین صفحات شیشه ای قرارداده شده، تشکیل گردیده است.

14. صافی های جذبی
پهنای موثر نوار در مورد این صافی‌ها، بین 30 تا 300 نانومتر است.
صافی‌هایی که قسمت قابل توجهی از تابش دلخواه را جذب کنند، می‌توانند باریک ترین پهنا را تولید کنند.
این صافی‌ها ممکن است شدت عبوری در حدود 10 درصد یا کمتر در پیک های نوار خودشان داشته باشند.
خصوصیات عملی صافی‌های جذبی بطور قابل ملاحظه‌ای نسبت به صافی‌های نوع تداخلی برتری دارد.

15. تکفام سازها
تكفام‌ساز وسيله‌اي است كه تابش را به اجزا سازنده آن تفكيك كرده و هر قسمت دلخواهي از طيف را از باقيمانده آن جدا مي‌كند.
یک تکفام‌ساز از قسمت‌های زیر تشکیل می‌شود:
یک شکاف ورودی
یک عدسی محدب یا آینه که یک پرتو موازی از تابش تولید می‌نماید.
یک قطعه اپتیکی مانند منشور که تابش را به طول موج‌های تفکیک شده تبدیل می‌کند.
یک عنصر جمع کننده که تصویر پرتو را روی سطح تختی جمع می‌کند.
یک منفذ خروجی در صفحه جمع کننده که باند طیفی دلخواه را جدا می‌نماید.

16. تکفام سازها
در تكفام‌ساز منشوري، نوري كه از درون يك شكاف ورودي وارد مي‌شود، توسط يك عدسي موازي شده و سپس با زاويه‌اي به سطح منشور برخورد مي‌كند.
برای نور در هر دو سطح منشور شكست اتفاق می‌افتد و پس از آن بر روي سطحي كه كمي خميده است و حاوي شكاف خروجي است، متمركز مي‌شود.
با چرخاندن منشور مي‌توان از شكاف، تابش با طول موج‌های مورد نظر داشت.
تکفام‌سازهای منشوری، برای پراکنده کردن تابش فرابنفش، مرئی و مادون قرمز مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مواد مورد استفاده برای ساختن آنها اگرچه به طول موج بستگی دارد، متفاوت است.

17. وسايل لازم برای تشکيل بخارهای اتمی
هدف ازاتم سازی نمونه، تولید اتم‌های آزاد است.
اتم‌های آزاد اتم‌هایی هستند که با اتم‌های دیگر ترکیب نمی‌شوند.
هیچ اتمی به حالت آزاد وجود ندارد بجز اتم گازهای نادر، که با هم به صورت مولکولی در می‌آیند.
برای ایجاد اتم‌های آزاد ضروری است که مولکول‌ها شکسته شوند. این فرایند را اتم‌سازی گویند.
بهترین روش برای اتمی کردن مولکول‌ها، تفکیک آنها به وسیله گرماست. براي آناليز محلول‌ها، از شعله به عنوان منبع گرما استفاده می‌شود و نمونه برای تبدیل به اتم‌های آزاد در دمای زیاد گرم می‌شود. این روش را روش اتم‌سازی شعله‌ای می‌گویند.
در روش غیرشعله‌ای، کوره گرافيتي براي اتم‌سازی محلول‌ها، محلول‌هاي آبکي و نمونه‌هاي جامد مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

18. روش شعله
در این حالت، تمام یا قسمتی از محلول یک نمونه، به‌صورت مه رقیقی به داخل شعله‌ای که در مسیر تابش از منبع قرار دارد، افشانده می‌شود:
نواحی مهم شعله از پایین به بالا عبارتند از:
پوشش بیرونی
منطقه واکنش
مخروط داخلی
پایه

19. روش شعله
محلول نمونه به صورت قطره‌های ریز به درون شعله پاشیده و به علت گرمای زیاد شعله، حلال موجود درمحلول با سرعت زیاد تبخیر می‌شود.
ذرات جامد مواد حل شده که پس از تبخیر حلال باقی می‌مانند، ذوب شده و به مایع تبدیل می‌شوند.
سپس به حالت گازی درآمده و در پایان به اتم تفکیک می‌شوند.
در این منطقه است که فرایندهای تحریک و جذب نیز شروع می‌شوند.
قسمتی از تابش لامپ که از درون شعله می‌گذرد، توسط اتم‌های نمونه جذب می‌گردد.
با وارد شدن به منطقه واکنش، اتم‌ها به اکسید تبدیل می‌شوند.
این اکسیدها سپس از داخل پوشش بیرونی عبور می‌کنند و متعاقباً از شعله دفع می‌شوند.
هر قطره‌ای که به داخل شعله کشیده می‌شود، نباید الزاماً این تسلسل را طی کند.
در حقیقت بسته به اندازه قطرات و سرعت عبور جریان، قسمتی از نمونه ممکن است اساساً بدون تغییر از داخل شعله عبور کند.

20. روش شعله اکسیژن هوا سوخت‌های بکار رفته برای تولید شعله عبارتند از:
استیلن
هیدروژن
بوتان
پروپان
گاز طبیعی
پر مصرف‌ترین آن استیلن می‌باشد.
اکسنده‌های معمولی عبارتند:
نیتروس اکسید
اکسیژن
هوای غنی شده با اکسیژن
هوا

21. روش شعله
شعله هوا-استيلن در گستره وسيعی به كار برده مي‌شود و حدود 30 عنصر با اين شعله اندازه‌گيري مي‌شوند.
شعله نيتروس اكسيد-استيلن بالاترين دما را در طيف بيني جذب اتمي توليد مي‌كند.
اين شعله به طور موثري براي تجزيه عناصري مانند Al ,V ,Ti كه تشكيل مولكول‌هاي اكسيدي خيلي پايدار مي‌دهند و به سختي در دماهاي معمولي مثلاً در شعله هوا-استيلن به اتم تبديل می‌شوند، به‌كار برده مي‌شود.
مخلوط نیتروس اکسید و استیلن به علت خطر انفجار کمتر آن در مواقع نیاز به یک شعله داغ ارجحیت دارد.

22. روش شعله
شعله‌هایی که هیدروژن را به عنوان سوخت به‌كار مي‌برند مانند هوا- هیدروژن، اين مزيت را دارند كه جذب تابش به وسيله شعله، در گستره طول موج كوتاه، بي‌نهايت كم است.
اين شعله‌ها در مقايسه با شعله‌ي هوا‌-اكسيژن نوسان كمتري دارند.
تجزيه عناصري مانندAs ,Se ,Zn ,Pb ,Sn با خطوط تجزيه‌اي با طول موج كوتاه در اين شعله‌ها صورت مي‌گيرد.
يكي از معايب شعله‌هاي هيدروژني اين است كه دماي شعله كم است.
ناحیه ای از شعله که در آن حداکثر جذب یا نشر اتفاق می‌افتد به متغیرهایی نظیر اندازه قطرات، نوع شعله بکار رفته، نسبت اکسنده به سوخت و تمایل گونه‌ها به وارد شدن در تشکیل اکسید، بستگی دارد.

23. روش غیرشعله‌ای روش اتم سازي بدون شعله توسط لوف توسعه يافت.
او يك لوله گرافيتي گرم شده را كه حساسيتي حدود 10 تا 100 برابر روش اتم سازي با شعله داشت، به‌كار برد.
کوره گرافيتي در مقايسه با شعله از مزاياي بيشتري برخوردار است.
در اين وسيله، نمونه‌ها مستقيماً درون کوره گرافيتي قرار مي‌گيرند و کوره طي چند مرحله به صورت الکتريکي گرم شده و نمونه را خشک مي‌کند.
دماي لوله گرافيتي به طور آزادانه منطبق با تغيير جريان به‌كار برده شده به داخل لوله است و لوله گرافيتي به آهستگي گرم  مي‌شود تا اينكه نمونه در داخل لوله حركت داده شود.
بعد از گرم كردن، عمل تبخير تركيبات اصلي صورت مي‌گيرد.
در نهايت، لوله تا دمایی حدود 3000 درجه سانتیگراد گرم مي‌گردد تا تركيبات اتمي شوند.
در این حین گاز نيتروژن و گاز بي اثري مانند آرگون از ميان لوله گرافيتي جريان پيدا مي‌كند تا لوله را از هوا تخليه كند و از اكسايش جلوگيري شود.

24. روش‌هاي شیمیایی
در تجزيه‌ي ارسنيك، سلنيم، جيوه و بعضي از عناصر خاص ديگر، اغلب روش‌هاي اتم سازي مختلفي كه حساسيت بيشتري از روش‌هاي اتم‌سازي شعله‌اي يا بدون شعله دارند، به‌كار برده مي‌شود.
در اين روش‌ها، بعضي از واكنش‌هاي شيميايي ر ا براي اتم‌سازي به‌كار مي‌برند، به طوري كه نمونه در حالت مولكولي ساده بتواند تبخير گردد.
در مورد ارسنيك، يون‌هاي ارسنيك يا پتاسيم يديد و استانوكلريد به يون‌هاي سه ظرفيتي كاهيده مي‌شوند.
سپس پودر روي به يون‌هاي در حالت اسيدي اضافه مي‌گردد.
اسيد و روي واكنش داده و هيدروژن آزاد مي شود.
ارسنيك با هيدروژن تركيب و ASH توليد مي‌شود كه كاملاً فرار است و بلافاصله تبخير مي‌گردد.
اين گاز به داخل شعله آرگون-هيدروژن فرستاده و به سادگي شكسته مي‌شود و اتم‌هاي ارسنيك به صورت آزاد توليد مي‌گردند.
در مورد جیوه که در يك محلول به صورت يون‌هاي مثبت وجود دارد، وقتي كه يونها در حالت طبيعي كاهيده مي‌شوند، به صورت اتم‌هاي آزاد تحت شرايط دماي طبيعي تبخير خواهند شد.
استانوكلريد به عنوان عامل كاهنده به‌كار برده مي‌شود.
اتم هاي جيوه به صورت آزاد از ميان يك سلول گازي شكل كه طول مسير نوري آن 10 تا 30 سانتي متر است، جريان مي يابند.

25. آشکارسازها و شناساگرها
این دستگاه‌ها، يك نوع از انرژي را به نوع ديگري تبديل مي‌كنند و معمولاً به سه گروه اصلي تقسيم مي‌شوند:
فتوالكتريك
فتوشيميايي
حرارتي
رایج‌ترین آنها، دستگاه‌ فوتوتکثیرکننده است که انرژی تابشی را با بهره‌گیری از پدیده فوتوالکتریک به علامت الکتريکی تبدیل می‌کند و توانایی آشکارسازی نور مرئی، ماوراءبنفش و فرکانس‌های نزدیک مادون قرمز را دارد.
این آشکارسازها می‌توانند نور تابشی را تا صد برابر تقویت کرده و حتی در شرایطی که شار فرودی خیلی کم است، آن را آشکارسازی کند.

26. آشکارسازها و شناساگرها
یک فوتوتکثیرکننده، شامل یک فوتوکاتد و چندین کاتد ثانویه و یک آند است.
فوتوکاتد با ماده‌ای نظیر آلیاژ سزیم–آنتیموان که به سهولت یونیده می‌گردد، پوشیده می‌شود.
چنانچه فوتون فرودی برای یونش ماده، به قدر کافی پرانرژی باشد، موجب کنده شدن الکترون شده و بدین ترتیب پرتو نور به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود.
اگر لوله‌های فوتو تکثیرکننده بسیار کارآمد هم باشند، جریان تولید شده توسط این فرایند کوچک است و سیگنال با استفاده از فرآیند نشر ثانوی تقویت می‌شود.

27. آشکارسازها و شناساگرها
تکثیرکننده الکترون از تعدادی الکترود تشکیل شده‌است که کاتد ثانویه نامیده می‌شوند.
تمامی این کاتدهای ثانویه در ولتاژی مثبت‌تر از کاتد ثانویه قبل از خود قرار داده می‌شوند.
نخستین الکترون کنده شده از فوتوکاتد، مقداری انرژی از فوتون‌های وارده دارد و وقتی وارد اولین کاتد ثانویه می‌شود، به‌وسیله میدان الکتریکی شتاب می‌گیرد و به انرژی بالاتر می‌رسد.
سپس الکترون‌ها به سمت دومین کاتد ثانویه شتاب می‌گیرند.
کاتدهای ثانویه به صورت سری به یکدیگر متصل شده‌اند و در هر صورت در هر مرحله تعداد الکترون‌های تولید شده افزایش می‌یابد و در آخر به آند می‌رسند؛ جایی که انباشتگی بارها یک جریان زیاد را نتیجه می‌دهد.
لامپ‌های تکثیرکننده نور برای کارکرد درست به ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ ولت اختلاف پتانسیل اعمالی احتیاج دارند.

28. دستگاه نمايش خروجي
اين قسمت، مي‌تواند يك گالوانومتر، صفحه ثبات، اسيلسكوپ يا صفحه نمايشگركامپيوتر با نرم افزارهاي متنوع باشد.