جهاز الامتصاص الذري Atomic Absorption spectrometry (AAS)
يعتبر من الاجهزة الحديثة التي تمتلكها هيئة المساحة الجيولوجيا قسم المختبرات المركزية لديها وتعمل على تحليل اغلب العناصر المهمة سواء في المعادن او المياه او المواد الغذائية ويقوم على تشغيل الجهاز كادر متخصص في الهيئة من اجل البينات الصحيحة باسلوب علمي وتقرير نموذجي للعينة
وهي طريقه تحليليه كميه تعنى امتصاص الضوء عند طول موجي معين ג وثابت للعنصر الواحد بواسطة ذراتهالحره وتزداد كمية الاشعه الممتصه عند هذا الطول الموجي بزيادة عدد ذرات العنصر الموجود فى مسار الاشعه حيث يرتبط الطيف بالتركيز فعن طريقه نستطيع معرفة اكثر من 60 عنصر من مكونات العينه الواحده بدقه عاليه جدا تصل الى 1 فى المليون وبالتالى يمكن معرفه مكونات العينه ولو كانت بنسبة ضئيله جدا .
شرح عمل الجهاز والصور الى جانب كتيب الجهاز من الشركة المنتجة اخر المقال
* الاساس العلمي
تعتمد هذه الطريقه على تحويل المادة الفلزيه الى ذرات حرة اى تحويل المادة الىالحاله الذريه وتقدير الطاقه الاشعاعيه الممتصه بواسطة هذه الذرات ” حيث تتناسب درجة الامتصاص لعدد الذرات الموجوده فى العينه للعنصر المراد تعيينه تتناسب طرديا مع تركيز هذا العنصر ” هذا وتمتص الذرات فى حالتها العاديه الاشعه الضوئيه عند طول موجي معين وتنتقل الذرة الى الحاله المثارة exited atom وتذداد كمية الاشعه الممتصه عند هذا الطول الموجي بزيادة عدد الذرات للعنصر الموجي فى مسار الاشعه .
أي ان هذا الطريق تعتمد على تفتيت جزيئات المادة الى ذراتها ودراسة الطاقه الاشعاعيه الممتصه بواسطة هذه الذرات حيث تحدث انتقالات الكترونيه بين مستويات الطاقه نتيجة لامتصاص الطاقه .
ويجب ان تكون المادة المراد تعيينها فى الحاله السائله . وتتم عملية تحويل العناصر من جزيئات مرتبطه الى ذرات حرة وذلك عن طريق تعريض المركبات الى طاقه حراريه تكفى لتكسير الروابط الكيميائيه وذلك عن طريق رش محلول المركب فى اللهب ذي درجة حرارة مناسبة .
ومن الممكن ايضا عمل اثارة كهربيه وذلك من خلال الفرن الكهربي لعنصر الجرافيت وبذلك تكون الذرات فى هذه الحاله قادرة على امتصاص الاشعه الضوئيه .
* مكونات الجهاز :
1ــ مصدر الاشعه radiation source (الانبوبه المهبطيه)
خو المصدر الذي ينبعث منه طيف العنصر المراد تعينه حيث ان كل عنصر يحتاج الى اشعه ذات طول موجي محدد لاثارته وهذا الجهاز يحتوى على لمبات للعناصر المطلوب تحديدها هذا ويصل عدد العناصر التى لها لمبات hallow cathode lamp .
تركيب اللمبه المهبطيه :
هي عبارة عن انبوبه اسطوانيه جدارها رقيق من الزجاج الرقيق بها غاز النيون او الارجون تحت ضغط منخفض ويكون الكاثود “القطب السالب” لها من العنصر المراد تقديره والتعرف عليه اما الانود “القطب الموجب” عبارة عن سلك من التنجستين مواجه للكاسود ويرتبط الكاسود بالانود بواسطة اسلاكمن التنجستين هذا ولكل لمبه ظروف تشغيل خاصه يجب مراعاتها حسب كل عنصر مثل فتحة الشعاع والطول الموجي للاشعه وغيرها .ويحتوي الجهاز على على لمبات للعناصر المطلوب تعينها وكل لمبه لها جهد معين .
2ــ مصدر الطاقه by atomizer
او وحدة تحويل العناصر المرتبطه الى الصورة الذريه وهى تعمل على اثارة العنصر المراد تعينه الموجود فى العينه وهذا المصدر بانتاج ذرات حرة free atoms واذا وجدت عند مركبات فى العينه يت الحصول على كل عنصر بمفرده .ومصدر الطاقه نوعين :
أ ــ طريقه حراريه ” طريقة اللهب ” flam :
وتنتج الحرارة فى هذه الحاله من الغازات المختلفه وهى تعمل على تحوبل المادة من الحاله الجزئيه الى الحاله الحرة وهذه الغارات مثل الاستيلين مع هواء مضغوط او الاستيلين مع اكسيد النيتروز او البروبين مع الهواء المضغوط .
وتتم هذه الطريقه عن طريق رش العينه فى صورة رزاز دقيق فى اللهب الناتج من احتراق الاستيلين والهواء كمادة مؤكسده وهنا تعمل حرارة اللهب على تكسير الروابط فتنفرد الذرات منتشرة فى منطقة اللهب وتموتص بعض الذرات المتعادله طاقة اللهب وتثار .
ب ــ مصدر كهربي ” فرن الجرافيت ” GIA :ــ
وفرن الجرافيت هوعبارة عن قضيب من الجرافيت اسطوانى الشكل طوله 50 مم وقطره 10 مم يمكن وضع عينه مقدارها 1: 1000 ميكروميتر منخلال فتحه قطرها 2مم فى الجزء العلوي بواسطه حقانه خاصه وينظف الانبوب بواسطة غاز خامل .
مميزات هذه الطريقه :
1ــ الحساسيه
2ــ استعمال كميه قليله من العينه
3ــ التحكم فىدرجة الحرارة حيث يتم تسخين العنصر للدرجه المناسبه له .
* طريقه العمل:
اولا : التبخير
ثانيا : الحرق
ثالثا : الوصول لدرجة الحرارة اللازمه للتوهج وتحويل العناصر الىذرات.
حيث تمر الاشعه عبر الانبوبوتمر خلال الذرات الحرة التى بداخل الانبوب فيحدث الامتصاص وبعدها تسقط الاشعه على الكاشف ثم المكبر ثم المسجل .
جـ ــ البخار الذري :ـ
يتم معاملة العينه كيميائيا بواسطة نظام التوليج البخاري pour generation system لتحويلها الى نواتج متطايرة ثم تقديمها الى جهاز الامتصاص على هيئة بخار .
3ــ وحدة فصل الموجات ” الموحد اللونى ” monechramater :ــ
يستخدم لفصل الاشعه ذات الطول الموجي المستخدم لتقدير العنصر عن باقى اشعه المصدر وذلك لتحسين قدرة انتقاء طريقة التحليل الطيفى حيث ان عملية فصل الاشعه للتخلص من الاشعه الغير مرغوب فيها وحتى يمكن ان تتدخل فى عملية القياس اذا ما تم فصلها مسببه حيود .
4ــ وحدة قياس طاقة الاشعه او الكشاف Detecter :ــ
وهوعبارة عن خلية ضوئيه مركبه لتحويل الطاقه الاشعاعيه الى اشارات كهربيه يمكن تسجيلها على لوحه القياس فى صورة امتصاص او فى صورة امرار ضوئي .
حيث تتجه الحزمه الطيفيه النافذه من الموحداللونى الى الكاشف والكاشف عبارة عن خليه كهروضوئيه فائقه الحساسيه عندما تسقط الاشعه عليها يتولد تيار كهربي تتناسب شدته مع شدة الحزمه الطيفيه . ويتناسب التيار مع الامتصاصيه وحتى تتناسب مع التركيز .
والشروط الواجب توافرها فى الكاشف هى :ــ
1ــ انتكون استجابته ثابته وحساسة للاشعه الساقطة عليه .
2ــ ان تكون استجابته للمؤثرات الاخرى منخفضه .
3ــ ان يكون زمن استجابته قصير لان الزمن اللازملعملية امتصاص الاشعه قصير .
5ــ وحدة تكبير الاشعه ” المكبر ” :ــ
6ــ وحدة التسجيل او القياس recorder :ــ
وذلك باستخدام الاميتر او وحدة تسجيل ترسم المنحنيات .
7ــ جهاز كمبيوتر لمعالجة القياسات الناتجه واخراجها فى صورة بيانات .
* طريقة الاستخدام :ــ
1ــ تحضير العينه :
أ ــ يتم وزن وزنه معينه منالعينه ولتكن 1 جم :
ب ــ يتم وضع المزيب المستخدم فى ازابة العينه ” تزاب العينه فى احد الاحماض ” ثم يتم حساب درجة الامتصاص للمزيب ثم درجة الامتصاص للعينه ثم حساب الفرق .
جـ ــ يتمنقل العينه بعد اذابتها فى احد الاحماض الى قارورة معلومة الحجم 250 او 500 ويتم استكمال الباقي بالماء .
د ــ يتم وضع العنصر المراد تقديره كقطب سالب .
2ــ تشغيل الجهاز :
أ ــ يتم توصيل الجهاز بالتيار الكهربي ز
ب ــ يتم وضع لمبه العنصر المراد تعينه وتشغيلها لمدة التحميه .
جـ ــ يتم تنظيف الفرن او اللهب برفع درجة حرارة الفرن لاقصى درجه ممكنه لطرد اى عنصرى سبق تعيينه .
د ــ يتم ضبط الجهاز على درجة الحرارة المناسبه للمراحل الثلاثه :
1ـ مرحلة التبخر 2ـ مرحلة 3ـ مرحلة الاثارة .
بعد ذلك يتم حساب النسبه الئويه للعنصر وفى هذه الطريقه تحسب النسب القليله جدا فى العينه ويتم حساب نسبة التركيز للعناصر منخلال القانون .
* مميزات تقنية الامتصاص الذري
الانتقائيه وهى امكانية تعيين عنصر ما على خلفية معقدة دون الحاجه الى عمليات الفصل لان لكل عنصر منبع ضوئي خاص به يصدر الخط الطيفي العائد لهذا العنصر دون سوء ونادرا ما يساوي خطان طيفيان عائدان لعنصرين مختلفين
* عيوب تقنية الامتصاص الذري :
1ــ يستخدم فى تحليل المواد غير العضويه فقط حيث ان المواد العضويه المكون الاساسي هو الكربون والذى يستحيل استخدامه كمهبط لانه غير موصل للكهرباء .
2ــ يستخدم فى تحليل المواد وهي فى الحاله السائله فقط حيث تذاب العينه الاثريه اولا فى احد الاحماض .
3ــ استهلاك وقت كبير فى تحضير العينه واللذي يحتاج لدقه عاليه كما ان تغيير لمبات الاشعه الخاصه بكل عنصر تستغرق وقت .
4ــ هذه الطريقه مجهدة جدا ومكلفه جدا حيث انه لابد من توافر جميع لمبات العناصر كما انها تحتاج لوحده خلفيه عن طبيعة المواد الموجوده بها .
5ــ قد يحدث تشتيت للذرات فى اللهب .
6ــ كبر حجم الجهاز وخضوعه لحسابات وقياسات دقيقه .
7ــ تعد من الطرق المتلفه حيث تفقد العينه عند اذابتها ولذا يجب ان تكون اخر الطرق المستخدمه .
تطبيقات جهاز الامتصاص الذري (ATOMIC ABSORPTION SPECTROSCOPY)
في مجال الآثار
الخزف
تحليل العناصر في الخزف باستخدام جهاز الامتصاص الذري يتيح التعرف على أصل هذه المنتجات الخزفية وفى احد الدراسات الصينية استخدم جهاز الامتصاص الذري فى تحديد التركيب الكيميائي الذي يمكن ان تكون مرتبطة بالإنتاج فى أجزاء مختلفة من الصين فى فترات مختلفة .
الزجاج
يمكن استخدام جهاز الامتصاص الذري فى تمييز الزجاج الاثري يمكن تحديد تشكيل الزجاج باستخدام هذه الطريقه كما اثبت جهاز الامتصاص الزري كفائته فى تمييز الزجاج الحديث مقارنة بالزجاج المعشق فى العصور الوسطى
الاحجار
يمكن استخدام جهاز الامتصاص الذري فى تمييز والتعرف على مواد البناء التاريخيه ويمكن استخدام هذا النهج لدراسه نواتج التحلل ومساعدتنا على فهم عمليات التدهور على سبيل المثال فى دراسه على الحجر الرملي والجيري فى كلية ترنتي استخدم دابلن جهاز الامتصاص الزري فى قياس تركيز ايون الكالسيوم ( ca2+ ) . اثراء ايون الكالسيوم فى الحجر ونفازه من مونة السطح يشير الى ان ايون الكالسيوم يجرف من المونه الى المحلول ويودع على السطح . وقد لوحظ فى ايون الكالسيوم ترسيب الكالسيت بشكل رأيسي الزي يعمل على سد مسام الاحجار ويعتقد انه يكون السبب الرأيسي لاعاقة تحرك المياه .
مواد الكتابه
التحليل لعناصر الورق والاحبار يكون افضل بجهاز الامتصاص الذري . وافران اللهب والجرافيت لجهاز الامتصاص الذري كلاهما يمكن استخدامهما فى تحديد التركيب المعدني للمخطوطات القديمه . عناصر الحديد والنحاس يمكن أن تشير إلى وجود الأنواع المسؤولة عن تدهور الورق لذالك يمكن قياس تركيزاتها للمساعده فى عملية الحفظ كما ان عينات من الورق بقدر مليجرام تكون مناسبة وكافيه للتحليل .
اللوحات الفنيه
ستخدم جهاز الامتصاص الحراري لتحديد الصبغات . تم اخز عينه بلطف من على سطح لوحه بقطعة قطن تمت إزالة فقط 1-2 ميكروغرام من الصباغ أثناء العملية وتم تنظيف قطعة القطن مع حمض النيتريك للتعرف على المعادن فى العينات كما يمكن ان يكون مرتبط بصبغات معينه على سبيل المثال افران جهاز الامتصاص الذري تحدد وجود النحاس وباستخدام اطياف رامان حدد تواجد اللون الاخضر وايضا بمزج الاسلوبين يمكن تحديد ابيض الزنك فى الصباغات .
المعادن :
يمكن سهولة تحديد تكوين الأجسام المعدنية باستخدام أساليب الامتصاص الذري . ويمكن الحصول على معلومات عن طرق إنتاج تلك الأجسام من هذه التحليلات . احد الدراسات استخدمت اساليب الامتصاص الزري لدراسة سبيكه مشطوفه من عصر ماقبل الاسبانى الذهبي والنحاسي من كولومبيا
تمت إزالة شظية صغيرة من التحفه للتحليل وكانت نتائج التحليل لذهب ( 48.34 % ) والنحاس ( 38.79 % ) والفضه ( 10.71 % ) والحديد ( 0.04 % ) . الفضة الحالية هي نتيجةاستخدام الذهب الكولومبي الأصلي الذي يعرف انه يحتوي على بعض من الفضة.
الكتب
الكتب الخاصة بالجهاز للشركة المنتجة
الكتب الخاصة بالجهاز للشركة المنتجة