جذب اتمی (atomic absorption spectrophotometry)

 

طیف سنجی جذب اتمی (atomic absorption spectrophotometry)

طیف سنجی جذب اتمی در ازمایشگاه های بالینی به شکلی گسترده در اندازه گیری عنصرهای فلزی مانند الومینیوم ، کلسیوم ، مس ، سرب ، لیتیوم ، مگنزیوم ، روی ، و دیگر فلزها بکار میرود.

 

 

مفهوم های پایه

جذب اتمی یک تکنیک طیف سنجی جذب است که در آن اتم فلزی موجود در نمونه ، نور با طول موجی خاص را جذب میکند. در شعله ، عنصر به میزان کافی تحریک نمیشود اما فقط از پیوندهای شیمیایی خود جدا میشود (اتمیزه میشود ) و در حالت تحریک نشده و یا حالت پایه (اتم خنثی ) قرار میگیرد. در این حالت،  اتم در حالت پایه ، تابشهای با پهنای باند بسیار باریک را که منطبق بر خط طیفی خودش است را جذب میکند . یک لامپ کاتدی توخالی با کاتدی ساخته شده از ماده ای که قرار است انالیز شود، طول موجی از نور را که اختصاصی برای اتم مورد نظر است تولید می کند. بنابراین اگر کاتد از سدیم ساخته شده باشد ، نور سدیم با طول موج غالب 589 nm  توسط لامپ تابش میشود. هنگامی که نور از لامپ کاتدی وارد شعله میشود ، بخشی از آن به وسیله اتم های حالت پایه موجود در درون شعله جذب میشود و در نتیجه یک کاهش خالصی در شدت پرتو تابش شده از لامپ ایجاد میشود. به این فرایند جذب اتمی (atomic absorption) گفته میشود.

لامپ کاتدی خلا به عنوان منبع نور عمل میکند و نمونه گداخته شده در شعله به عنوان نمونه موجود در کووت در نظر گرفته میشود.طول مسیر شعله همان طول مسیر نور است که از درون کووت میگذرد. بطور کلی تکنیک جذب اتمی تقریبا 100 برابر حساس تر از تکنیک تابش شعله است . به علاوه اختصاصی بودن طول موجی که از لامپ کاتدی خلا تابش میشود این روش ها برای عنصر مورد نظر بسیار اختصاصی هستند.

 

 

دستگاهی کردن (instrumentation)

شکل 10-8 بخش های پایه ای یک طیف سنج جذب اتمی را نشان میدهد . لامپ کاتدی خلا از فلزی ساخته شده است که قرار است در نمونه مورد نظر اندازه گیری شود و برای انالیز هر فلزی این لامپ کاتدی متفاوت است. در بعضی از موارد از یک الیاژ برای ساخت لامپ کاتدی استفاده میشود که یک لامپ کاتدی چند عنصری نامیده میشود. لامپ کاتدی خلا معمولا دارای فشار کمی به اندازه چند میلی متر جیوه از گاز ارگون یا نئون در خود دارد. یک لامپ دارای ارگون طی کار یک درخشش ابی تا بنفش تولید میکند و گاز نئون طی کار یک درخشش نارنجی قرمز گون در لامپ کاتدی خلا تولید میکند. از کوارتز یا یک شیشه خاص نیز بعنوان یک پنجره برای عبور طول موج صحیح استفاده میشود.یک جریان الکترکی بین دو الکترود درون لامپ کاتدی برقرار میشود و فلز از کاتد به درون گاز داخل محفظه شیشه ای پراکنده میشود. وقتی اتم های فلز با گازهای نئون یا ارگون برخورد میکند ، انرژی از دست میدهند و تابشهای مخصوص به خود را می تابانند. کلسیم یک تابش با قله نوک تیز (sharp) و شدید در 422.7 نانومتر دارد که بیشتر در انالیز کلسیم از آن استفاده میشود.در یک سیستم عاری از تداخل تنها اتم های کلسیم نور کلسیم تابش شده از لامپ کاتدی خلا را در هنگام گذر از شعله جذب میکند.

در بیشتر دستگاههای جذب اتمی یک لامپ کاتدی خلای پالس دار شده ( یعنی تابش به شکل تعدادی پالس در ثانیه انجام میشود و پیوسته نیست ) و یک امپلی فایر قابل تنظیم جایگذاری شده است. در عمل منبع تامین انرژی لامپ کاتدی خلا به شکل پالسی عمل میکند تا نوری که به وسیله لامپ تابش میشود نیز به شکل تعدادی پالس در ثانیه تابیده شود. از سوی دیگر همه نوری که از شعله سرچشمه میگیرد به شکل پیوسته است . هنگامی که نور شعله را ترک میکند ، این نور تشکیل شده از نور جذب نشده ی پالس دار شده از لامپ و یک مقدار کمی از طیف شعله و نور تابیده شده از نمونه که بدون پالس است میباشد. اشکار ساز همه نور ها را احساس میکند اما امپلی فایر به شکل الکتریکی برای سیگنالهای پالس دار شده سازگار شده و میتواند نور پس زمینه اندازه گیری شده را هنگامی که لامپ خاموش است از تمام نور که شامل نور لامپ و پس زمینه شعله است ، کم کند. به این شیوه ، بخش های الکترونیکی در همکاری با تک فام ساز ، بین تابشهای پس زمینه شعله و جذب اتمی نمونه جدا سازی را انجام میدهد.

 

در تکنیک جذب اتمی بدون شعله از میله کربنی یا کوره گرافیتی استفاده میشود . نمونه در روی میله کرینی در یک محفظه بسته که جایگاه نمونه گذاری آن از جنس پلاتینوم (platinum) یا تانتالوم (tantalum) است قرار داده میشود . در طی چند مرحله دمای میله کربنی افزایش یافته تا نمونه خشک سپس نیم سوخته و در پایان اتمیزه شده و به حالت گازی در داخل محفظه در میاید. اکنون این حالت اتمیزه عنصر مورد نظر انرژی را از لامپ کاتدی خلا جذب میکند.این تکنیک نسبت به تکنیک جذب اتمی با شعله حساسیت بیشتری دارد.

 

 

تداخل در طیف سنجی جذب اتمی

تداخل در طیف سنجی جذب اتمی به انواع تداخل های طیفی (spectral interferences) و تداخل های غیر طیفی (nonspectral interferences) دسته بندی میشود.

 

تداخل های طیفی (spectral interferences)

تداخل های طیفی شامل جذب توسط گونه های اتمی جذب کننده بسیار مشابه ، گونه های مولکولی جذب کننده ، پراکنش توسط اکسیدها و ذرات نمکی تبخیر نشونده و  تابش پس زمینه ( که این مورد اخیر به روش الکترونیکی فیلتر میشود).جذب توسط گونه های اتمی دیگر بطور معمول مشکل ساز نیست چون پهنای بسیار باریک (0.01 nm) در اندازه گیری بکار میرود.جذب و پراکنش توسط گونه های مولکولی دیگر به ویژه در دماهای اتمیزه کننده پایین مشکل ساز است .

 

 

تداخل های غیر طیفی (nonspectral interferences)

تداخل های غیر طیفی ممکن است غیر اختصاصی یا اختصاصی باشد. تداخل های غیر طیفی غیر اختصاصی روی افشاندن (nebulization) نمونه از طریق تغییر در میزان چسبندگی (viscosity) ، کشش سطحی (surface tention) ، یا چگالی محلول حاوی آنالیت اثر میکنند و در نتیجه سبب تغییر سرعت جریان افشاندن نمونه میشوند. بعضی از آلوده کننده ها با پایین اوردن دمای اتمایزر سبب کاهش حلالیت و کاهش کارایی اتمیزه شدن میشوند.تداخل های اختصاصی را تداخلهای شیمیایی نیز میگویند چون بیشتر وابسته به آنالیت مورد نظر هستند.تداخل در تبخیر ماده حل شونده به وضعیتهای گفته میشود که در آن ماده آلوده کننده با آنالیت مورد نظر گونه های غیر تبخیر شونده شکل میدهد. یک نمونه تداخل فسفات با کلسیم در اندازه گیری کلسیم است که کمپلکس های کلسیم – فسفات تشکیل میدهد و برای برطرف کردن این تداخل از کاتیونهای لانتانوم (lanthanum) و استرانتیوم (strontium) برای رقابت با کلسیم بر سر تشکیل کمپلکس با فسفات استفاده میکنند. تداخل از نوع اثرات افزایشی نیز دیده شده است به عنوان نمونه در آلومینیوم (aluminum) که بطور طبیعی اکسیدهای غیر تبخیرشونده میسازد اما در حضور اسید هیدروفلوئوریک (hydrofluoric acid) ، گونه الومینیوم فلوئوراید بسیار تبخیر شونده ای را میسازد.

 

  تداخل از نوع جدا شدن (dissociation interferences) بر میزان جدا شدن آنالیت اثر میگذارند.آنالیتهایی که اکساید یا هایدروکساید تشکیل میدهند به طور ویژه حساس به این نوع از تداخل هستند. تداخل یونیزه شوندگی (ionization interferences) هنگامی رخ میدهد که وجود یک عنصر به سادگی یونیزه شونده مانند پتاسیم (K) بر میزان یونیزه شدن آنالیت اثر میگذارد و منجر به تغییر در سیگنال آنالیت میشود.تداخل یونیزه شوندگی را با اضافه کردن یک غلظت نسبتا زیادی از یک عنصر که به سادگی یونیزه میشود  کنترل میکنند تا یک غلظت پایدارتری از یونها در شعله ایجاد کند برای اینکه یونیزه شدن آنالیت سرکوب شود . در مورد تداخل از نوع برانگیخته شدن (excitation interferences) اتم های آنالیت در اتمایزر برانگیخته شده و نور گسیل شده (emission light) در طول موج جذبی آنالیت تنظیم میگردد. این نوع از تداخل بیشتر در دماهای بالاتر رخ میدهد.

 

 

منبع:تیتز پایه های شیمی بالینی و تشخیصهای مولکولی،ویرایش پنجم،فصل دهم

,Tietz; textbook of clinical chemistry and  molecular diagnostics ,fifth edition,chapter10