نوزدهمین کنگره شیمی ایران

نوزدهمین کنگره شیمی ایران

 بزرگداشت شصتمین سال بنیانگذاری بخش شیمی دانشگاه شیراز 

سی امین سال راه اندازی دوره دکتری در ایران توسط بخش شیمی دانشگاه شیراز

برگزارکننده: دانشگاه شیراز ، انجمن شیمی ایران

۵-۲ اسفند ماه ۱۳۹۵

فليم فتومتر

فليم فتومتر يكی از وسايل الكتريكي است كه در اكثر آزمايشگاه ها يافت مي شود كه از آن بيشتر براي اندازه گيري سديم و پتاسيم استفاده مي‌شود. اساس كار اين دستگاه مثل اسپكتروفتومتر بر روي سنجش انرژي نوراني و طيف قشري اتم هاي موردنظر است. الكترون‌هاي اتم فلزات به ويژه فلزات قليايي مانند سديم، پتاسيم و كلسيم بر اثر انرژي هاي مختلف مانند حرارتي و نوراني الكترون‌ها برانگيخته مي شوند و به مدارهاي بالاتر جهش مي كنند. در مدار جديد، الكترون ها انرژي بيشتر ولي ثبات كمتر دارند و به همين دليل پس از زمان بسيار كوتاهي به مدار اوليه بر مي گردند. در اين برگشت انرژي را كه جذب كرده اند به صورت انرژي نوراني (فوتون) منتشر مي كنند.

ايـن نـور داراي طـول مـوج مـعـيني است كه مخصوص آن فلز است؛ مثلا طول موج نور زرد كه از سوختن سديم ساطع مي شود برابر 590 نانومتر و طول موج پتاسيم كه نور صورتي مايل به بنفش به وجود مي آورد برابر 765 نانومتر و نور ليتيوم كه قرمز است، برابر 670 نانومتر است. اساس به وجود آمدن نور در فليم فتومتر شبيه به روش فـلــورسـنــت اسـت بـا ايـن تـفـاوت كـه در فلورسنت جهت برانگيختن اتم انرژي نوراني UV ماوراء بنفش به كار مي رود در حالي كه در فليـم فتـومتـر بـه ايـن منظـور از انـرژي حـرارتي استفاده مي شود. بر اثر حرارت شعله، هر لحظه فقط حدود 0.002 درصد از اتم هاي عناصري كه بـه راحتـي بـرانگيختـه مـي شـونـد مثـل سـديـم يا پتـاسيـم تهييـج شـده و نـور ايجـاد مـي كنند و بر حسب اين كه الكترون چه مداري و تا چه حدي برانگيخته شده باشد و بر حسب اين كه چقدر انرژي نوراني (فتون) ساطع كند رنگ نوري كه مي دهد متفاوت است كه هر رنگ مخصوص يـك عنصـر اسـت. بعضـي از عناصر چند رنگ توليد مي كنند و اشكال اين است كه اگر شعله كم يــا زيــاد شــود طـول مـوج بـه وجـود آمـده تغييـر مي‌كند؛ به همين جهت دستگاه فليم فتومتر فقط براي اندازه گيري سديم و پتاسيم و گاهي در صورت حساس بودن دستگاه براي اندازه گيري كلسيم، البته با حرارت دادن محلول در محفظه جداگانه استفاده مي شود.

ساختمان فليم فتومتر:
ساختمان فليم فتومتر شبيه به اسپكتروفتومتر يا فتومتر ساده است با اين تفاوت كه در فتومتر منبع نور لامپ الكتريكي و در فليم فتومتر منبع نور از سوختن ماده مورد آزمايش در شعله است. به علاوه در اسپكتروفتومتر بعد از برخورد نور به محلول نمونه، مقدار نور جذب شده را اندازه مي گيرند در حالي كه در فليم فتومتر نور به وجود آمده مستقيما اندازه گيري مي شود. در دستگاه فليم فتومتر براي تجزيه نور به طور معمول از فيلترهاي تداخلي و براي سنجش نور از انواع مختلف نورسنج فتوسل يا فتوتيوب و براي اندازه گـيـري الكتـريسيتـه از گـالـوانـومتـر استفـاده مـي شـود. چـون فـرق كلـي فليـم فتـومتـر و اسپكتروفتومتر در منبع نور آن ها است، لذا اين قسمت به صورت كامل در ادامه توضيح داده مي شود.

منبع نور:
براي ايجاد نور از نمونه مورد آزمايش آن را به وسيله مكنده وارد شعله مي كنيم و شعله از سوختن گاز قابل اشتعال به وجود مي آيد.

1. مكنده ساده:
در اين نوع مكنده محلول از مجراي بسيار ظريف و باريك مكيده شده و مخلوط هواي فشرده و گاز آن را تميز كرده و وارد شعله مي كند. به علت ظرافت مسير نمونه، كار كردن با آن دقت زيادي مي خواهد چون كمترين اختلال توليد اشكال مي كند. هم چنين رسوبات در دهانه مشعل يا ناخالصي گاز باعث تغيير مقدار شعله و شدت آن مي شود مثل آلودگي گاز استيلن يا پروبان كه در اين شرايط رنگ آبي شعله به سبز متمايل مي شود. در اين نوع مكنده از شعله شديد استفاده مي شود كه نتيجه حاصل از گازهاي سوزنده مانند هيدروژن - استيلن آنالتيك و گاهي پروپان حاصل مي شود. شعله شديد يكنواخت سوخته و با وجود حجم كم داراي حرارت بسيار است. با به كار بردن اين نوع شعله عناصري را كه نور ضعيف توليد مي كنند مثل كلسيم را مي توان اندازه گيري كرد. 

2.  مكنده با محفظه:
در اين مكنده نمونه ابتدا اتميزه شده و سپس به شعله مي رسد. اين سيستم صدادارتر از سيستم اول بوده و مقدار نمونه را نيز بهتر مي توان كنترل كرد. نمونه بعد از اين كه در محفظه به صورت atomized پودر در آمد، ذرات درشت آن ته نشين شده و فقط ذرات ريز و يكدست وارد شعله مي شوند. اينجا مقدار نمونه اي كه به شعله مي رود از نوع اول كمتر است. اشكالات اين نوع هم اين است كه تميز كردن محفظه كار آساني نيست چون مقدار زيادي املاح در آن رسوب مي كند. در ضمن مخلوط گاز و هوا ممكن است در آن توليد انفجار كند. در اين سيستم معمولا شعله نوع ملايم استفاده مي‌شود و ذرات بسيار ريز را در مسير هوا به شعله مي رساند.

روش اندازه گيري در فليم فتومتر:
‌در فليم فتومتر، نمونه را مي توان به دو طريق اندازه گيري كرد:

1. روش مستقيم:
 در اين روش نوري را كه از عناصري مثل سديم ساطع مي شود به وسيله نورسنج (فتوسل) و الكتريك سنج (گالوانومتر) اندازه گيري مي كنند. با در دست داشتن منحني استاندارد مقدار عنصر مورد نظر تعيين مي شود. اين طريق اندازه گيري معمولا در دستگاهي كه شعله شديد به كار رفته مرسوم است.

2. روش مقايسه اي:
 در اين روش ماده مورد آزمايش را با نور ماده اي كه به عنوان استاندارد داخلي مصرف مي شود. مقايسه مي كنند. براي رفع اشكالاتي كه از تغييرات شدت و ميزان شعله به وجود مي آيد از يك استاندارد داخلي استفاده مي كنند. به اين ترتيب كه مقدار معيني از ماده اي كه در نمونه وجود ندارد به استاندارد سرم كنترل و بلانك و نمونه مورد آزمايش اضافه مي كنند. در اندازه گيري سديم و پتاسيم استاندارد داخـلــي لـيـتـيــوم اســت . (نـيـتــرات و ســولـفــات لـيـتـيــوم ) لـيـتـيــوم نـوري بـا طـول مـوج 670 ميلي‌ميكرون ايجاد مي كند كه به آساني مي توان آن را از امواج سديم و پتاسيم جدا كرد. اين روش معمولا در دستگاه هايي كه شعله ملايم ندارند مرسوم است. در اين روش نور نمونه با نور استاندارد مقايسه مي شود. مثل سيستم دو پرتوي در دستگاه اسپكتروفتومتر. بدين ترتيب تغييرات حرارت و شعله و اتميزه كردن و تغييرات فشار گازها و نوسانات ولت براي هر دو عنصر يكسان است. براي روشن شدن اين مطلب سديم و ليتيم را در نظر بگيريد. چنانچه سيستم اتمايزر دچار اشكال شود مقدار سديم و ليتيوم كه به شعله مي رسد به يك نسبت تغيير مي كند ولي تغييرات شدت نور براي هر دو عنصر يكسان نخواهد بود چون انرژي جهت تهييج شدن براي دو عنصر صددرصد يكسان نيست. خواص فيزيكي و شيميايي ليتيوم شبيه سديم و پتاسيم است شدت تهييج شدن آن هم حدودا شبيه سديم و پتاسيم است.

طرز جدا كردن نور سديم از ليتیم:
در عمل و طبق استاندارد ، سرم كنترل ، نمونه و بلانك با ليتيوم رقيق مي شوند . علاوه بر ليتيم كمي ماده مرطوب كننده نيز اضافه مي شود تا غلظت محلول ها يكنواخت شده و عبور آن ها بهتر كنترل شود.

اشكالات و روش رفع آن ها:

1.  تنظيمنبودن درجه حرارت و مقدار شعله:
براي رفع اين اشكال از فشار سنج و دستگاه تنظيم كننده فشار هوا و گاز (رگولاتور) استفاده مي كنند به علاوه مسير گاز بايد كاملا تميز بوده و گاز خالص مصرف شود.

2.  ثابت نبودن مقدار نمونه موردآزمايش:
 براي رفع اين اشكال نمونه را رقيق كرده و سپس آن را به كمك سيستم اتمايزر به حالت ذرات ريز در آورده و در مسير گاز جهت سوخت يا در مسير هوا آن را وارد شعله مي كنند. بنابراين با تنظيم يكنواخت هواي فشرده و گاز سوزنده مقدار نمونه نيز كنترل مي شود.

3. يكنواخت نبودن چسبندگي محلول ها:
چـون چسبنـدگـي محلـول مـورد آزمـايش آن با محلول استاندارد مساوي نيست اين امر باعث مي شود مقدار نوري كه به وجود مي آيد متناسب با مقدار نمونه نباشد. براي رفع اين اشكال مقدار معينـي مـاده مـرطـوب كننـده اضـافـه مـي كنند تا مـحـلـــول هـــاي مــورد آزمــايــش اسـتــانــداردهــا، ســرم‌هــاي كـنتـرل و بـلانـك داراي چسبنـدگـي يكنواخت شوند.

4. اثر اتم‌هاي ديگر:
بعضي از اتمها انرژي نـورانـي را كـه بـه وسـيـلـه سـايـر اتم ها به وجود مـي‌آيـنـد جـذب كـرده و بـرعـكس بعضي ديگر انرژي نوراني را تشديد مي كنند نمونه هاي مورد آزمايش مثل سرم خون يا ادرار هميشه مقداري از ايـن اتم هاي مزاحم دربردارند. خوشبختانه مـقـدار ايـن اتـم ها يكسان بوده و قابل اغماض است. اثر نامطلوب اين اتم ها را مي توان به چند طريق تقليل داد:

الف) تا جايي كه امكان دارد نمونه ها را رقيق كـرد (بـسـتـه بـه حـداقـل حـسـاسـيـت دسـتگاه) تا اتم‌هاي ناخواسته هم رقيق شوند.
ب) اضـافـه كـردن مـقـدار مـعـيـني از اتم هاي ناخواسته، به عنوان مثال سديم باعث تشديد نور پـتـاسـيـم مـي شود. براي كنترل اثر سديم مقدار معيني از آن را به تمام محلول ها اضافه مي كنند و چون نمونه را با استاندارد مي سنجند اثر سديم خنثي خواهد شد. مسلم است كه با اضافه كردن سديم نمي توان در يك نمونه رقيق شده سديم و پتاسيم را با هم اندازه گيري كرد.
ج) مـوادي بـه نـمـونـه اضـافـه مي كنند كه اثر نامطلوب اتم ناخواسته را خنثي كند، به عنوان مثال در مورد كلسيم يكي از اتم هاي ناخالص كه شدت نور كلسيم را كم مي كند فسفات است. براي خنثي كردن فسفات مقداري لنتانيوم اضافه مـي كـنـنـد چـون لـنـتـانـيـوم براي گرفتن فسفات رقابت مي كند. طول موج لنتانيوم نزديك طول موج كلسيم نيست و به هيمن دليل جداكردن آن‌ها آسان است.
د) اضافه كردن ليتيوم به عنوان استاندارد داخلي اثر نامطلوب سديم را بر روي پتاسيم يا پتاسيم بر روي سديم را كاهش مي دهد.
جهت مطالعه بيماران رواني ليتيوم مصرف مي كنند و براي كنترل مقدار ليتيوم در سرم بيماران لازم است كه ميزان آن را در سرم خون بيمار اندازه گيري كرد. واضح است كه با استـانـدارد داخلـي ليتيـوم نمـي توان آن را سنجيد. به ناچار دستگاه هاي فليم فتومتر مخصوص ساخته شده اند كه سيستم هاي مخصوص دارند و مجهز به فيلتر مخصوص ليتيوم بوده و ليتيوم سرم را با مصرف پتاسيم به عنوان استاندارد داخلي اندازه مي گيرند.

5. رقت زياد:  
رقيق كردن بيش از حد نمونه باعث مي شود كه در حرارت زياد بعضي از اتم هاي ماده مورد آزمايش يونيزه شوند. طول موج نوري كه يون ها ايجاد مي كنند با طول موج اتم آن ماده متفاوت است. با رسم منحني استاندارد مي توان متوجه شد كه در دقت پايين منحني خطي نيست.
براي رفع اين اشكال با به كار بردن استانداردهاي مختلف منحني را كشيده و رقت مطلوب را محاسبه مي كنند.

6. غلظت زياد:
اگر محلول غليظ‌ تر از حد لازم باشد علاوه بر اثرات نامطلوب اتم‌هاي ناخواسته، اتم هاي ناخواسته كه شرح آن گذشت، مقداري از انرژي نوراني ماده مورد آزمايش به وسيله اتم هاي خود ماده ،جذب خواهد شد. اين جذب به وسيله الكترون‌هايي كه در گراند استيت هستند انجام مي شود. باز هم با استفاده از منحني استانداردها مي توان غلظت محلول را محاسبه كرد.

اشكالات در اندازه گيري كلسيم:
كلسيم در حرارت پائين به سختي نور مي دهد. در حرارت كمي بالاتر چند رنگ مي‌دهد كه بعضي از آن ها نزديك به رنگ سديم بوده و با آن مخلوط شده و جداكردن آن مشكل است. لذا هنوز دستگاهي كه بر اساس فليم فتومتري كار كند، ساخته نشده كه بتواند مستقيم كلسيم را اندازه گيري كند. مگر اين كه ساير يون هاي مزاحم را جدا كرده و بعـد كلسيـم را انـدازه گيـري كنـد. يعنـي رسـوب كلسيـم را تهيـه كرده و در محلول رقيق‌كننده مجددا رقيق‌كرده و اندازه گيري مي كنند. روش فوق نيز دقيق نيست و در حال حاضر كلسيم را با دستگاه تيترانور و فعال انفعالات شيميايي اندازه گيري مي كنند.

رفع اشكالات مكانيكي والكترونيكي:
اشكالات در دستگاه
الف) اشكالات در مورد اتمايزر:
بهتر است جهت نگهداري، اتمايزر پس از استفاده از دستگاه به مدت 10 دقيقه به صورت خشك (بدون تزريق محلول به آن) كار كند تا تمام مايعات و مواد اضافي اتمايزر خارج شده و باعث گرفتگي سوزن اتمايزر نشود.
ب) هر چند وقت يك بار مجراهاي مختلف ورود گاز و چربي هاي ناشي از آن كه در لوله ها رسوب كرده كاملا پاك و فيلتر ورودي گاز به دستگاه تميز و شستشو شود.
ج) گذرگاه هاي هواي فشرده نيز به همين ترتيب تميز شود.
د) مجراي فاضلاب تميز شده و انسدادهاي موجود رفع شود. توضيح اين كه در انتهاي خروج فاضلاب، ظرف مخصوصي موجود است كه هميشه سطح فاضلاب بايد در سطح معيني باشد و اضافه آن نيز به خارج هدايت شود. اين موضوع باعث مي شود كه از خروج گاز و محلول اتميزه شده از راه غيرطبيعي فاضلاب خارج نشود.
ه) هر چند ماه يك‌بار سطح مشعل را از رسوب هاي ايجاد شده بايستي پاك كرد.
و) لنز(عدسي) و دريچه هاي تمركز دهنده نور را كه در جلوي مشعل قرار گرفته است و به طور معمول دودزده مي شود بايستي پاك كرده و سطح سلول فتوالكتريكي را با پارچه بسيار نرم تميز كرد. در صورتي كه دستگاه داراي سيستم گريتينگ است بايد از هر گونه دست زدن به منشور و آينه ها خودداري شود و فقط با دميدن هوا به آهستگي گرد و غبار موردنظر تميز شود.

اشكالات در مورد كمپرسور هواي فشرده:
فيلترهاي مخصوص ورود هوا به كمپرسور تـمـيــز يــا تعـويـض شـود. دريچـه هـاي خـارجـي كـمـپـرسـور تـمـيـز و بـازديـد شـونـد. در صـورت كــاهــش فـشــار هــوا بــايــد سيستـم ايجـاد تـراكـم كمپرسور مورد بازديد و سرويس قرار گيرد.

نحوه شروع كار با دستگاه:
دستگاه به برق شهر وصل و روشن مي شود. در صـورتـي كـه كـمپرسور به صورت جداگانه تغذيه مي شود، كمپرسور هم روشن مي شود. درجه هواي فشرده روي عدد مورد نظر تنظيم مي شود. در هر دستگاه فشار هوا، معين و ثابت است. شير گاز را باز كرده و بلافاصله مشتعل مـي‌شـود و بـه وسـيـله دريچه مخصوص تنظيم مي‌شود تا شعله آبي موردنظر ايجاد شود.

نحوه انجامكار:
 شستشوي دستگاه با استفاده از آب مـقـطـر دوبـار تـقـطـيـر كـه بـه اتـمايزر داده مي‌شود، انجام مي گيرد. سپس گاز بسته مي شود و با از بين رفتن شعله در مشعل ، نياز است كه دستگاه به مدت 10 دقيقه خشك كار كند و سپس كمپرسور و بعد دستگاه خاموش مي شوند و پس از خــنـــك شـــدن مــشــعـــل دســتـگــاه بــا روكــش مخصوص پوشانده مي شود.

نحوه اندازه گيري:
پـس از تـنـظيم دستگاه فيلتر سديم يا پتاسيم (بر حسب احتياج) در جاي مخصوص قرار داده مي‌شود.
1. دستگاه با آب مقطر دو بار تقطير (بلانك) صـفـر مـي شـود (با استفاده از دكمه مخصوص تنظيم صفر.)
2.  با محلول استاندارد كه پيش ترً آماده شده گـالـوانـومـتـر روي يـك عـدد تـنظيم مي شود (با استفاده از دكمه مخصوص حساسيت.)
3.  سرم بيمار، كه پيش تر برابر با رقت محلول كنترل و استاندارد آماده شده به دستگاه داده شده و عدد گالوانومتر خوانده مي شود.
4. رقــم خــوانــده شــده گــالـوانـومـتـر از روي جدول مخصوص دستگاه بر حسب ميلي گرم يا ميلي اكووالانت تعيين مي شود.

اجزاء دستگاه فتومتر شعله ای ( فلیم فتومتر ) :

1 ) منبع نور ( شعله ) و نبولايزر، شامل بخش مكنده است كه نمونه مورد آزمايش بوسيله آن وارد شعله مي شود .

2 ) فيلتر و عدسيها

3 ) دتكتور ( فتوسل )

4 ) نمايشگر و چاپگر

5 ) كمپرسور هوا

6 ) منبع گاز

 

چندین عامل می تواند در شدت نور منتشره از محلول آزمایش موثر واقع شود که از آن میان می توان عوامل زیر را نام برد :

1 ) ویسکوزیته ( گرانروی ) : اضافه نمودن موادی که باعث افزایش ویسکوزیته می شوند مانند ساکاروز ، شدت نور نشری را کاهش می دهند . و همچنین در عمل اتم سازی ( Atomization ) ، نیز اثر می گذارند .

2 ) حضور اسیدها : عموماً اسیدها باعث کم شدن شدت نور منتشره می شوند و آنچه که محقق است اثر آنیونی اسید است که در تعادل تفکیک نهایی نمک تبخیر شده ، باعث مزاحمت می شود .

3 ) حضور فلزات دیگر : ظاهراً با قرار دادن یک صافی می توان نتایج قابل قبولی گرفت ، و اثری را که یونهای دیگر ممکن است در تابش شعله داشته باشند ، می توان به این ترتیب حذف کرد . از این رو بدیهی است که محلولهای استانداردی جهت تنظیم دستگاه لازم خواهد بود که وجه تشابهی با محلول مورد آزمایش را داشته باشند .

   

کاربری و نگهداری از دستگاه :

l      نمونه ها باید همگن بوده و غلیظ نباشد .

l      کارایی دستگاه باید با کالیبراتور و سرم کنترل چک شود

l      مخزن گاز باید کنترل شود

l      کمپرسور هوا باید روی تنظیم کارخانه باشد.

l      بعد از هر سری اندازه گیری لوله ها و نبولایزرباید با مکش اب و محلول خود دستگاه  تمیز شود

l      از آب مقطر تازه برای رقیق کردن نمونه ها استفاده شود.

l      مخزن مواد زائد روزانه تخلیه شود

l      مشعل و فیلترهای دستگاه هر شش ماه یکبار توسط سرویسکار مربوطه تمیز و کنترل شود.

مشکلات کار با دستگاه فلیم فتومتر:

l    خطاهای دستگاهی:

 - نوسانات شعله          

 - نوسانات آشکار ساز

 - گرفتگی نبو لایزر

- عدم تکرار پذیری

l    خطاهای ناشی از تابش عناصرخارجی:

- کیفیت بالای فیلتره

 

پی‌اچ سنج یا پی‌اچ متر(pH meter)

 پی‌اچ سنج یا پی‌اچ متر(pH meter)

وسیله‌ای الکترونیکی است که جهت سنجش میزان پی‌اچ (میزان اسیدی یا بازی بودن ماده) به کار می‌رود.
این ابزار دارای الکترودهای خاصی است که با قرار دادن در مایع، عدد پی‌اچ آن را روی صفحه نمایشگر خود نمایش می‌دهد. دقت و سرعت این ابزار نسبت به شناساگرهای معمولی بیشتر بوده و به همین دلیل در حال توسعه بیشتر در صنایع مختلف است. پی‌اچ سنج نخستین بار در سال 1936 میلادی توسط شیمیدان آمریکایی آرنولد اورویل بکمان اختراع گردید.

💢 دستگاه pH متر در 2 نوع آزمایشگاهی و جیبی موجود می باشند.
دستگاه pH متر آزمایشگاهی
دستگاه pH متر جیبی

دستگاه pH متر معمولا دارای یک الکترود شیشه می باشند ، که برای اندازه گیری دقیق pH مفید هستند ، اما برای تضمین از درستی و تضمین کارایی به طور مداوم کالیبراسیون احتیاج دارند.

 قانون علمی که روی عملکرد اندازه گیری یا سنجش این دستگاه بنا شده است براین واقعیت است که وقتی محلول آبی دوطرف شیشه جداگانه محلول داخل الکترود و محلول مورد آزمایش دارای غلظت های متفاوتی از یون هیدروژن باشد، یک ولتاژ بین 2 طرف الکترود شیشه ایجاد می کند. اندازه گیری الکتریکی این اختلاف پتانسیل به سادگی یک ولت متر خیلی حساس است ، ولتاژ هر کدام اندازه گرفته می شود اما در pH متر در عوض به ولت تبدیل می شود.

مشکلات بررسی دقت با pH متر ها :

📌 پی‌اچ سنج یا پی‌اچ متر(pH meter)

* مشکلات بررسی دقت با pH متر ها :

نکته ای که با وجود مناسب کالیبره شدن pH متر ها داریم این است که در آزمایش های مکرر با pH متر های مختلف ، pH های مختلفی را درمحلول های مشابه به دست می آوریم. این موضوع مخصوصاً در الکترود هایی با کیفیت پایین بیشتر نمایان خواهد شد. به این دلیل که این الکترودها به انواع دیگر گونه های شیمیایی شبیه یون هیدروژن ، مانند یون سدیم جواب می دهند. به این دلیل افزایش یک گونه مزاحم می تواند pH های مختلفی تا بیشتر از 0.05 واحد وقتی که یک گونه مغذی (با غلظت بالا) با 2 pH متر مختلف که به درستی کالیبره شده اند آزمایش شود. توجه داشته باشید که مقیاس pH برای گونه های بی رنگ، داده های اشتباهی رانشان نخواهد داد ، زیرا pH مترها تنها جوابگوی یون های هیدروژن خواهد بود.

💢 مخزن الکترودهای pH:

برای pH مترهایی که دارای یک الکترود ترکیبی هستند برای داشتن کارایی خوب آنها باید اتصال الکتریکی بین محلول پر شده در الکترود (معمولاًپتاسیم کلرید-که رسانای الکتریکی است) و محلول گونه مورد نظر ایجاد شود.

کاهش دقت به طور ثابت شرح داده می شود، به وسیله اختلاف میزان انسداد منافذ یا افزوزه مانند الکترود که اغلب به دلیل مخزن خشک ایجاد می شود. انجام آزمایش با روغن یا مواد شیمیایی تند (برنده)(مثلاً pH بالا یا مواد مغذی با غلظت زیاد) یا کوتاهی در شستشو مناسب الکترود با آب بعد از انجام کار.

دلیل متداول خرابی pH مترها از انسداد منافذ شیشه الکترود است. این مورد معمولا به دلیل مخزن خشک الکترود یا اینکه الکترود رابرای مدت خیلی طولانی در محلول های غلیظ نگه داشته شده است.

مخزن خشک دهیدروژن شدن هر 2 الکترود شیشه را موجب می شود و در نتیجه ته نشینی ناخالصی ها (نمک ها) داخل سوراخ های ریز خمیر شیشه منفذ دار خود الکترود ها نتایج آهسته خوانده می شود ، زمان پاسخ دهی کند خواهد بود ودر نتیجه حساسیت کم خواهد شد (کاهش صحت و دقت).

برای جلوگیری از این مشکلات نوک الکترود باید دائما داخل یک محلول آماده شده‌ی مخصوص قرار گیرد. توجه داشته باشید که آب یا بافرها برای نگه داری pH مترها مناسب نیستند.

از قرار دادن الکترودهادر محلول های روغنی جلوگیری کنید ، از آنجا که این محلول ها الکترود را می پوشانند ، بنابراین از اندازه گیری مواد شیمیایی درشت (زننده)که بسیار برنده هستند خودداری کنید (یا الکترود را برای مدت خیلی طولانی بیرون از محلول آماده خود نگه دارید.)

محلول های با غلظت بالا مانند مواد خام معدنی یا (pH بالا،سیلیس افزوده شده ).این می تواند برای الکترود هاخطرناک باشد(یا نیاز الکترود رابرای تعمیر بالا ببرد).

تمیزکردن به طور منظم کارایی الکترود را افزایش خواهد داد و اطمینان از ادامه کار را بالا می برد.

اشتباهات رایج هنگام استفاده از الکترودهای pH متر :

📌 پی‌اچ سنج یا پی‌اچ متر(pH meter)

* اشتباهات رایج هنگام استفاده از الکترودهای pH متر :

قبل از اندازه گیری pH ، مطمئن شوید که مواد خوب هم خورده اند. این یکی از رایجترین اشتباهات کار با pH مترها است ، همچنین مطمئن شوید ظرف نمونه گیری تمیز است.

وقتی که الکترود pH در یک نمونه قرار می گیرد ، شاید مقادیر متفاوتی را برای زمان های متفاوت (شاید چندین دقیقه) قبل از ساکن شدن در یک حجم نهایی اعلام کنید. این موارد ممکن است به ازای یک واحد pH بین نخستین و آخرین حجم pH متفاوت باشد. از آنجا که آخرین حجم بیشترین دقت و درستی خواندن را دارد، برای اطمینان به اندازه کافی منتظر بمانید تا ثابت شود و سپس بخوانید. البته بخش مربوط به تمیز کردن را توجه کرده باشید.

مواد مخزن را به خوبی قبل از نمونه برداری تکان دهید. سپس الکترود را از نمونه برای چند دقیقه قبل از تغییر مسیر اندازه گیری واندازه گیری بعدی خارج کنید.

الکترود را داخل نمونه بیشتر از عمقی که سطح محلول درونی الکترود پر شده است فرو نبرید.

از آنجا که دیدن عمق محلول پرشده در بیشتر pH مترها با اندازه کوچک مقدور نیست ، الکترود را بیشتر از 20 میلی متر داخل محلول فرو نبرید(غوطه ور نکنید). بیشتر از این مقدار، محلول نمونه مورد اندازه گیری نفوذ معکوس را داخل الکترود pH متر انجام می دهد، در نتیجه مقدار pH خوانده شده نادرست می شود.

خواندن pH که انجام شد، فوراً الکترود را از نمونه خارج کنید و با آب مقطر شستشو دهید ، کوتاهی در انجام این کار سرعت خراب شدن الکترود را افزایش و نیاز به تکرار برای بررسی روزانه را موجب می شود، زمانی که استفاده نمی شود، مطمئن شوید مخزن الکترود در یک محلول تهیه شده مناسب قرار دارد.

همیشه الکترود رابا آب مقطر بعد از استفاده تمیز کنید، نگه داری مناسب نوک الکترود برای ادامه پیدا کردن دوام الکترود الزامی است.

همیشه الکترود های pH رادر یک مخزن محلول استاندارد و اشباع KCl ، وقتی که استفاده ای ندارد نگه داری کنید.

پی‌اچ سنج یا پی‌اچ متر(pH meter)

📌 پی‌اچ سنج یا پی‌اچ متر(pH meter)

* کالیبراسسیون pH مترها :

برای اینکه از دقت pH متر مطمئن شویم ، باید به طور منظم کالیبره شوند برای درستی کار از محلول های بافر با pH استاندارد که به صورت یک دستورالعمل واحد بین المللی ساخته می شوند، استفاده می کنند. بافرها محلول های پاپداری هستند که یک حجم مشخص از تغییرات خاصی از pH را می پذیرند .واجب است که کالیبراسیون حداقل در 2 بافر با pH متفاوت ، که حداقل 3 واحد pH بالای رنج مورد کاربری است، انجام شود.

برای بافرهای هیدروپونیک با pH 4 و 7 برای استفاده استاندارد های کالیبراسیون ایده آل هستند.

تعدادی از سازنده ها ادعا کردند pH متر آنها تنها به یک نقطه کالیبراسیون نیاز دارد. کاربرد 2 بافر با pH استاندارد مطمئن می سازد که شیب کالیبراسیون به دست آمده است. اگر این عمل انجام نشده باشد وقتی که الکترود بعداً مورد استفاده قرار گیرد ، در یک محلول بافر با pH 4،اندازه گیری به طور معمول انجام می شود ، برای مثال ، 4/4 به جای 4 این مشکل پتانسیل می تواند به وسیله ی کاربرد هر دو بافر 4 و 7 برطرف می شود.

💢 چطور کالیبراسیون را انجام دهیم :

از دستورالعمل سازنده pH مترخود پیروی کنید به نوبت ، اول با بافر pH 7 کالیبره کنید کار رابا بافر pH 4 دنبال کنید. ادامه کار را با شستشوی الکترود در آب مقطر ادامه دهید و به آرامی با تکان دادن ، آب اضافی را خارج کنید. سپس الکترود رادر محلول بافر با pH 7 غوطه ور کنید، برای حداقل 2 بار تکرار، به گونه ای که 7 خوانده شود، در پایان، روش عمل (کار) را با بافر pH 4 تکرار کنید، به گونه ای که 4 خوانده شود.

 

چهل منبع مهم دریافت مقالات انگلیسی

💥💥💥 چهل منبع مهم دریافت مقالات انگلیسی:

👇👇👇👇

1. ieeexplore.ieee.org
2. acm.org
3. link.springer.com
4. wiley.com
5. sciencedirect.com
6. acs.org
7. aiaa.org
8. aip.org
9. ajpe.org
10. aps.org
11. ascelibrary.org
12. asm.org
13. asme.org
14. bioone.org
15. birpublications.org
16. bmj.com
18. emeraldinsight.com
19. geoscienceworld.org
20. icevirtuallibrary.com
21. informahealthcare.com
22. informs.org
23. ingentaconnect.com
@StudentsServiceCenter
24. iop.org
25. jamanetwork.com
26. joponline.org
27. jstor.org
28. mitpressjournals.org
29. nature.com
30. nrcresearchpress.com
31. oxfordjournals.org
32. royalsocietypublishing.org
33. rsc.org
34. rubberchemtechnol.org
35. sagepub.com
36. scientific.net
37. spiedigitallibrary.org
38. springermaterials.com
39. tandfonline.com
40. theiet.org

 

📚 دانلود رایگان کتاب

www.ketabnak.com

www.98ia.com

www.takbook.com

www.irpdf.com

www.parsbook.org

www.irebooks.com

www.farsibooks.ir

www.ketabesabz.com

www.readbook.ir

 

💻سایتهای مهم علمی،پژوهشی
www.digitallibraryplus.com

www.daneshyar.net

 

💽بانک های اطلاعاتی

www.umi.com/pqdauto

www.search.ebscohost.com

www.sciencedirect.com

www.emeraldinsight.com

www.online.sagepub.com

www.springerlink.com

www.scopus.com

http://apps.isiknowledge.com

www.anjoman.urbanity.ir

 

📖 پایان نامه های داخلی و خارجی
www.irandoc.ac.ir

www.umi.com/pgdauto

www.mhrn.net

www.theses.org

 

🎓مقالات فارسی
www.magiran.com

www.civilica.com

www.sid.ir

 

🏰 کتابخانه ملی ایران، آمریکا و انگلیس
www.nlai.ir

www.loc.gov

www.bl.uk

🗿آرشیو مقالات از سال ۱۹۹۸

www.findarticles.com

📖دسترسي به متن کامل پايان نامه هاي 435 دانشگاه از24 کشور اروپايي

http://www.dart-europe.eu/basic-search.php

 

دستگاه اسپکتروفتومتری جذب اتمی (AAS)

دستگاه اسپکتروفتومتری جذب اتمی (AAS)

در یک طیف سنج جذب اتمی ابتدا توسط لامپ های کاتدی توخالی یا تخلیه الکتریکی پرتو تک رنگ تولید می شود. از طرفی نمونه مورد نظر نیز در حلال خاصی بصورت محلول درآمده و توسط وسیله ای به داخل شعله پاشیده می شود و در آنجا بصورت اتم آزاد در می آید، پس از عبور پرتوی تک رنگ، مقداری از این پرتو توسط این اتم های آزاد جذب می شود و از شدت آن کاسته می گردد. سپس با محاسبه مقدار پرتوی جذب شده توسط آشکارساز و به وسیله منحنی های کالیبراسیون می توان غلظت عنصر مجهول را در محلول محاسبه کرد.

موارد کاربرد
آنالیز ناخالصی‌های ناچیز در آلیاژها و معرف‌های مورد استفاده در پروسه تولید.
آنالیزهای مربوط به آب
آنالیز نمونه‌های تهیه شده در تماس مستقیم با هوا.
آنالیز مستقیم جامداتی چون سنگ معدن‌ها و فلزات.

نمونه‌ها
دستگاه جذب اتمی برای اندازه گیری فلزات استفاده می‌شود و نمونه‌های که به دستگاه خورانده می‌شود باید به حالت محلول وجود داشته باشد (مگر برای کارهای تحقیقاتی خاصی که نمونه را می‌توان بصورت جامد نیز آنالیز کرد که البته تجهزات مورد نیار تجاری نشده‌است). لذا قبل از اندازه گیری فلزات در هر نمونه‌ای، باید آن نمونه را بصورت محلول در آورد. لذا با انجام مرحله انحلال و هضم نمونه‌ها، محدودیتی در نوع نمونه وجود ندارد: آب، خاک، مواد غذایی، آلیاژها، سنگ معدن، پلاستیک و...

محدودیت‌ها
حوزه تشخیص از حدود قسمت در بیلیون تا قسمت در میلیون می‌باشد.
توانائی آنالیز مستقیم (بدون واسطه) گازهای نجیب، هالوژنها، گوگرد، کربن یا نیتروژن را ندارد.
حساسیت آن در حد مورد اکسیدهای دیرگداز یا عناصر موجود در کربیدها نسبت به روش طیف سنجی از طریق نشر پلاسمائی اتمی ضعیف می‌باشد.
اساساً یک روش تک جزئی (تک منظوره) می‌باشد.

اجزاء دستگاه جذب اتمی
یک دستگاه طیف سنج جذب اتمی شامل اجزای زیر می باشد:
منبع اولیه ی تابش - یک طول موج گزین برای تولید تابش تکفام – یک وسیله برای افشاندن محلول به درون شعله و تولید بخار اتمی –یک آشکارساز– وسیله ای برای خواندن داده ها

منابع تابش
لامپ های کاتدی توخالی و لامپ های تخلیه بدون الکترود به طور عمده برای تامین تابش اولیه در طیف سنجی جذب اتمی بکار می روند.

لامپ کاتدی توخالی
یک لامپ کاتدی توخالی شامل یک کاتد استوانه ای توخالی به قطر 20-10 میلی متر است که ازجنس فلز مورد نظر می باشد (هر فلز طول موج مشخصی را از خود ساتع می کند). این کاتد استوانه ای همراه یک سیم تنگستنی به عنوان آند در یک شیشه حاوی گاز نادری در فشار 1 تا 2 میلیمتر جیوه قرار داده شده است. الکترودها بوسیله ی پتانسیلی در حدود 200 تا 400 ولت انرژی داده می شوند و در جریانهایی تا حدود 100mA کار می کنند. گاز نادر که اساسا شامل نئون یا آرگون است به یونهای مثبت، یونیده شده و یونها پس از شتاب گرفتن به دیواره داخلی کاتد استوانه ای برخورد می کنند. اگر پتانسیل به اندازه کافی بزرگ باشد این یونهای نئون و یا آرگون انرژی جنبشی کافی برای کندن تعدادی از اتم های فلزی را از سطح کاتد پیدا می کنند و سپس اتمهای کنده شده بوسیله این یونها برانگیخته می شوند. پیکر بندی استوانه ای کاتد باعث می شود تا تابش را در یک ناحیه محدود از لوله متمرکز سازد، این طرح همچنین احتمال اینکه رسوب دادن مجدد اتمهای فلزی، روی کاتد را نسبت به رسوب دادن روی دیواره های شیشه ای را افزایش می دهد. عموما کاتد بیشتر لامپ ها فقط شامل یک عنصراست. اما گاهی ازعناصری مناسب برای ساخت یک آلیاژ کاتدی استفاده می¬شود. بنابراین، یک لامپ برای اندازه گیری دویا چند عنصر به کار برده می شود.

لامپ تخلیه بدون الکترود
در میان منابع تابش خطی، لامپهای تخلیه بدون الکترود بیشترین تابش و باریکترین پهنای خطوط نشری را دارند. این لامپها هم در جذب اتمی و هم در فلوئورسان اتمی به کار رفته و شدت تابش آنها می تواند چندین برابر لامپ های کاتد توخالی باشد. این لامپ ها متشکل از یک محفظه شیشه اى ازجنس کوارتز مى باشد که توسط گاز بى اثر با فشار چند تور (تور واحد فشار است) پرشده است. داخل این لامپ ها یک قطعه ازفلز مورد نظر یا نمک آن قرار مى گیرد و اطراف آن، سیم پیچى قرارمى گیرد که امواج رادیویى یا میکروویو ازآن عبورمى کند. بر اثر امواج رادیویى،گاز آرگون یونیده شده و تحت میدان مغناطیسى ایجاد شده با سرعت بسیار زیادى حرکت مى کند و به سطح فلز و یا نمک فلز برخوردکرده و موجب ایجاد اتمهاى زیادى درحالت برانگیخته مى شود. این اتمها در هنگام برگشت به حالت پایه، خط نشرى مورد نظر را تولید مى کنند.

از آنجایی که 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 لامپ ها، طول عمر آنها نسبت به بقیه لامپ ها، بسیار بالا است، مگراینکه لامپ دچار شکستگی شود.

صافی ها
این قسمت از دستگاه، پرتو چند فام را به پرتو تکفام تبدیل می‌کند. در واقع دستگاه باید قادر به ایجاد یک پهنای نوار باریک باشد تا خط انتخاب شده برای اندازه گیری را از خطوط طیفی دیگری که ممکن است مزاحمت ایجاد کنند یا حساسیت را کاهش دهند، جدا سازد. انتخاب گرهای طول موج به دو دسته صافی ها و تکفام سازها تقسیم می شوند. صافی ها خود به دو دسته صافی های تداخلی و صافی های جذبی طبقه بندی می شوند.

صافی های جذبی:
این صافی ها که عموما نسبت به صافی های تداخلی بهای کمتری دارند استفاده گسترده ای برای انتخاب طیف در ناحیه مرئی را دارند و با جذب بخش مشخصی از طیف، کار می کنند. معروف ترین نوع آن، از شیشه های رنگی یا تک رنگ که به صورت معلق در ژلاتین درآمده و بین صفحات شیشه ای قرارداده شده، تشکیل گردیده است. پهنای موثر نوار در مورد این صافی ها، بین 30 تا 300 نانومتر است ( پهنای پیک در نصف ارتفاع را پهنای موثر باند می گویند . این پهنا برای معرفی صافی ها استفاده می شود و هرچه پهنای موثر کوچکتر باشد، محدوده عبوری نور کمتر خواهد بود). صافی هایی می توانند باریک ترین پهنا را تولید کنند که قسمت قابل توجهی از تابش دلخواه را جذب کنند. این صافی ها ممکن است شدت عبوری در حدود 10 درصد یا کمتر در پیک های نوار خودشان داشته باشند. خصوصیات عملی صافی های جذبی بطور قابل ملاحظه ای نسبت به صافی های نوع تداخلی برتری دارد.

صافی تداخلی :
در صافیهای تداخلی، از یک باریکه موازی، تنها طول موج خاصی از آن عبور می کند و بقیه طول موجها، بازتابیده می شود و همان طور که از اسم آن مشخص است صافی های نوری متکی به تداخل نوری هستند تا نوارهای باریک تابشی. این صافی ها در نواحی فرابنفش، مرئی و مادون قرمز، کاربرد دارند.

یک صافی تداخلی از دو لایه نیمه شفاف فلزی و از دو لایه شفاف تشکیل شده است . قسمت سفید، لایه دی الکتریک است که ضخامت آن طول موج این تابش عبوری را تعیین می کند. وقتی یک پرتو عمودی از تابش با این آرایش برخورد می کند یک قسمت از آن، از میان نخستین لایه فلزی عبور کرده در حالی که قسمت باقی مانده، منعکس می شود. بخشی از نور عبوری وقتی به لایه بعدی فلز برخورد می کند بازتاب می شود. اگر قسمت بازتابیده، تداخل سازنده با نور فرودی داشته باشد در این طول موج خاص، نور تقویت می شود در حالیکه اغلب طول موج های دیگر با طول موج بازتابیده هم فاز نبوده و دستخوش تداخل مخرب می شود. صافی های تداخلی با پیک های قابل عبور در سراسر ناحیه فرابنش و مرئی و تا حدود 14 میکرومتر در مادون قرمز در دسترس می باشند. بطور کلی پهنای نوار موثر 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 می یابد. این صافی ها دارای ماکسیمم شدت عبوری برابر 10 درصداند.

تکفام سازها:
تکفام ساز وسیله ای است که تابش را به اجزا سازنده آن تفکیک کرده و هر قسمت دلخواهی از طیف را از باقیمانده آن جدا می کند. قطعات یک تکفام ساز: 1- یک شکاف ورودی، 2- یک عدسی محدب یا آینه که یک پرتو موازی از تابش تولید می نماید، 3- یک قطعه اپتیکی مانند منشور که تابش را به طول موج های تفکیک شده تبدیل می کند، 4- یک عنصر جمع کننده که تصویر پرتو را روی سطح تختی جمع می کند که صفحه جمع کننده نام دارد، 5 - یک منفذ خروجی در صفحه جمع کننده که باند طیفی دلخواه را جدا می نماید. در تکفام ساز منشوری، نوری که از درون یک شکاف ورودی وارد می شود توسط یک عدسی موازی شده و سپس با زاویه ای به سطح منشور برخورد می کند. برای نور در هر دو سطح منشور شکست اتفاق می افتد و پس از آن بر روی سطحی که کمی خمیده است و حاوی شکاف خروجی است متمرکز می شود. با چرخاندن منشور می توان از شکاف تابش با طول موج های مورد نظر داشت. تکفام سازهای منشوری، برای پراکنده کردن تابش فرابنفش، مرئی و مادون قرمز مورد استفاده قرار می گیرند. مواد مورد استفاده برای ساختن آنها اگرچه به طول موج بستگی دارد، متفاوت است.

وسایل لازم برای تشکیل بخارهای اتمی
هدف ازاتم سازی نمونه، تولید اتم های آزاد است. اتمهای آزاد اتم هایی هستند که با اتم های دیگر ترکیب نمی شوند. هیچ اتمی به حالت آزاد وجود ندارد بجز اتم گازهای نادر که با هم به صورت مولکولی در می آیند. بنابراین برای ایجاد اتم های آزاد ضروری است که مولکول ها شکسته شوند. این فرایند را اتم سازی گویند. بهترین روش برای اتمی کردن مولکول ها، تفکیک آنها به وسیله گرماست. برای آنالیز محلول ها، از شعله به عنوان منبع گرما استفاده می شود و نمونه برای تبدیل به اتم های آزاد در دمای زیاد گرم می شود. این روش را روش اتم سازی شعله ای می گویند. در روش غیرشعله ای کوره گرافیتی برای اتم سازی محلول ها، محلولهای آبکی و نمونه-های جامد مورد استفاده قرار می گیرد.

طیف سنجی رامان Raman Spectroscopy

طیف سنجی رامان یک تکنیک طیف سنجی مولکولی است (یعنی با شناسایی مولکول ها سر و کار دارد، نه اتمها) که کاربرد های متنوعی در زمینه های تحقیقاتی مختلف پیدا کرده است.

تکنیک رامان بر خلاف سال های ابتدایی ابداعش، امروزه بسیار متداول شده و در علوم پایه و کاربردی استفاده فراوانی پیدا کرده است. در حقیقت تکنیک رامان کاربرد گسترده خود را مدیون پیشرفت های دستگاهی زیادی است که تاکنون در این زمینه پدید آمده و این تکنیک را بیش از پیش ساده تر، قابل دسترس تر و مقرون به صرفه تر کرده است. البته با وجود پیشرفت های به عمل آمده، هنوز در برخی موارد تفسیر یک طیف رامان دشوار بوده و نیازمند مهارت ویژه ای می باشد تا از تفسیر های نادرست اجتناب شود.

طیف سنجی رامان مطالعه نوعی از برهمکنش بین نور و ماده است که در آن نور دچار پراکندگی غیرالاستیک می‌شود. در آزمایشهای طیف سنجی رامان، فوتونهای تک طول موج (در ناحیه‌ی مرئی، نور تکفام گفته می‌شود) روی نمونه متمرکز می‌شود و عموماً لیزر به عنوان چشمه تکفام شدت بالا بکار می‌رود.

فوتونها با مولکول‌ها برهمکنش می‌کنند و بازتابیده، جذب یا پراکنده می‌شوند. طیف سنجی رامان فوتونهای پراکنده شده را مطالعه می‌کند. غالباً فوتونهایی که با مولکولها برهمکنش می‌کنند، به طور الاستیک پراکنده می‌شوند.به این نوع پراکندگی، پراکندگی ریلی گفته می‌شود و فوتونهای پراکنده شده همان طول موج نور فرودی را دارند. اما تقریباً از هر یک میلیون فوتون، یک فوتون به طور غیرالاستیک پراکنده می‌شود.

در پراکندگی رامان، فوتون فرودی با ماده برهمکنش می‌کند و طول موج آن به سمت طول موج‌های بیشتر یا کمتر شیفت می‌یابد. شیفت به طول موجهای بیشتر غالب است و این پراکندگی را رامان استوکس می‌گویند. اتفاقی که در اینجا می‌افتد آن است که فوتون با ابر الکترونی پیوندهای گروههای عاملی برهمکنش می‌کند و الکترون را به یک حالت مجازی برانگیخته می‌کند.

سپس الکترون از حالت مجازی به یک حالت ارتعاشی یا چرخشی برانگیخته واهلش می‌یابد. این باعث می شود که فوتون مقداری از انرژی خود را از دست بدهد و به صورت پراکندگی رامان استوکس آشکارسازی شود. انرژی از دست داده شده ارتباط مستقیمی با گروه عاملی، ساختار مولکولی متصل به آن، نوع اتمهای مولکول و محیط آن دارد. طیفهای رامان هر مولکول، منحصربه‌فرد است. از این رو می‌توان از آن مانند “اثر انگشت” در تشخیص ترکیبات مولکولی روی یک سطح، درون یک مایع یا در هوا استفاده کرد.

تئوری طیف سنجی رامان
یکی از روش‌های متداول طیف سنجی، طیف سنجی رامان است که مدهای چرخشی، ارتعاشی، و دیگر مدهای فرکانسی کوتاه در یک سیستم را مطالعه می‌کند. در جریان این طیف سنجی نور تکفام دچار پراکندگی غیرالاستیک یا همان پراکندگی رامان می‌شود و غالباً از لیزرهای مرئی، فروسرخ و فرابنفش برای تحریک استفاده می‌شود. نور لیزر با جنبش‌های مولکولی، فونون‌ها و دیگر تحریک پذیرها برهمکنش کرده و در اثر این برهمکنش فوتون‌های بازتابیده دارای تغییر فرکانس به طول موج‌های بالاتر و پایین‌تر هستند.

البته باید توجه داشت کسر قابل توجهی از فوتون‌ها بدون تغییر طول موج از سطح نمونه بازتابیده می‌شوند. تغییر فرکانس در این پدیده حاوی اطلاعات بسیار مهمی از جنبش‌های مولکولی در سیستم است. می‌توان عنوان نمود که در طیف سنجی رامان، شدت و طول موج نور پراکنده شده نور لیزری که با یک نمونه در وضعیت گاز، مایع، جامد و یا پلاسما تعامل می‌نماید را اندازه گیری می‌نماید.

به بیانی دیگر سیگنال رامان از تعامل نور (فوتون‌ها) با نوسانات فونون‌ها در یک نمونه مورد مطالعه، سرچشمه می‌گیرند. بررسی و تجزیه و تحلیل اطلاعات بدست آمده در طیف سنجی رامان منجر به تعیین ساختار، اندازه گیری کیفی و در مواردی کمی و همچنین مطالعه اثرات بسیاری از پارامترهای مختلف فیزیکی از قبیل دما، فشار، تنش، کرنش و … بر نوسانات بین اتمی و بین مولکولی (فونون‌ها) می‌گردد. برای مثال طیف‌های رامان بلورها شامل نوارهای طیفی می‌باشد که مرتبط به ارتعاشات داخل یاخته واحد (مدهای داخلی) و ارتعاشات شبکه (مدهای شبکه) می‌باشد. ممکن است تعداد معینی اتم زمانیکه کنار یکدیگر قرار می‌گیرند منجر به یک ساختار خاص گردند که دارای تقارن معینی می‌باشند. همان مجموعه اتمی می‌توانند در شرایط مختلف فیزیکی دارای تقارن متفاوتی باشند. در دو وضعیت فوق بلور منجر به طیف‌های رامان متفاوت می‌گردد.

لذا هر گونه تغییری در فاصله بین اتمی و یا بین مولکولی و همچنین محیط بین آنها از قبیل تغییر و جایگزینی اتمها منجر به جابجایی در فرکانس‌های رامان می‌گردد. غالباً نور لیزر به نمونه برخورد می‌کند و نور بازتابیده از سطح نمونه بوسیله یک لنز جمع شده و بوسیله فیبری به آشکارساز مربوطه منتقل می‌شود. طول موج‌های نزدیک به طول موج لیزر که ناشی از برهمکنش الاستیک (پراکندگی ریلی) از سطح نمونه هستند بوسیله یک فیلتر جذب می‌شوند و پرتوهای بازتابیده شده‌ای که دارای تغییر فرکانسی هستند، عبور می‌کنند و به آشکارساز می‌رسند. طول موج‌هایی که دارای تغییر فرکانسی (طول موجی) هستند برای ما حائز اهمیتند که همان سیگنال‌های رامان محسوب می‌شوند.

سطح مقطع پراکندگی رامان بسیار کوچک است و سخت ترین مرحله در این روش جدا کردن پرتوهای الاستیک ریلی از پرتوهای تغییر یافته فرکانسی رامان است. در گذشته از توری‌های هولوگرافیک و مراحل پاشش چندگانه برای حصول درجه بالایی از طرد پرتو لیزر استفاده می شد. در گذشته، فوتومالتی پلیرها، آشکارساز انتخابی برای دستگاه های رامان پاششی بودند که منجر به زمان جمع آوری داده طولانی میشد. با این وجود، دستگاهوری مدرن تقریباً بصورت جهانی از نوج یا فیلتر لبه ای notch or edge filters برای طرد پرتو لیزر و از اسپکتروگرافها چه تکفامساز عبور محوری (AT)، زرنی-ترنر (CT) و یا اسپتروسکوپی تبدیل فوریه و آشکارسازهای CCD استفاده می کنند.

تاریخچه
پراکندگی ناکشسان نور توسط آدولف اسمکال در سال ۱۹۲۱ پیش بینی شده بود ولی این پدیده در سال ۱۹۲۸ مشاهده شد. یکی از کاشفان این پدیده را اثر رامان به نام دانشمند هندی سر رامان که این اثر را با استفاده از نور خورشید مشاهده کرده بود به نام او نامیدند که در سال ۱۹۳۰ برای این کشف وی توانست نوبل فیزیک را دریافت کند. جمع بندی و چارچوب بندی این اثر فیزیکی توسط فیزیکدان جورج پلاکزیک چکوسلوواک بیسن سال های ۱۹۳۰ تا ۱۹۳۴ توسعه و کامل نمود.

در حال حاضر به عنوان منبع از لیزر استفاده می‌شود. رنگ آبی آسمان سیاره ما ناشی از پراکندگی نور خورشید از مولکول‌های گازی موجود در جو می‌باشد. در این موقعیت پرسیدن این سؤال که چه کسی برای اولین بار این پراکندگی را مشاهده کرد، امری بیهوده است. افرادی مانند لئوناردو داوینچی در قرن ۱۵ میلادی و نیوتن در قرن ۱۷ میلادی و کلوزیوس در قرن ۱۹ میلادی سعی کردند که چرایی آبی بودن رنگ آسمان را توجیه کنند، گرچه غالب تئوری‌های آنان اشتباه بود. برای اولین بار در آزمایشگاه تیندال تاسیس ۱۹۸۶، توسط آقای ریلی در سال ۱۸۹۹ میلادی تئوری بیان شد که توانست پراکندگی نور را توجیه کند. این تئوری پراکندگی پاسخی بود به چرایی آبی بودن رنگ آسمان سیاره ما. پدیده رنگین کمان نیز گواه بزرگتری برای رنگی بودن نورهای بازتابیده و پراکنده شده در آسمان بود که پیدا کردن راه حل منطقی این سؤال که چرا رنگ آسمان آبی است را پیچیده‌تر و دشوارتر می‌کرد.

بسیاری از دانشمندان تلاش‌های زیادی برای پاسخگویی این سؤال کردند تا اینکه مولوکوفسکی توانست در سال ۱۹۰۸ میلادی بهترین توجیه را به جامعه علمی ارائه دهد. این دانشمند مبنای توجه خود را بر افزایش قابل ملاحظه چگالی شدت در هنگام پراکندگی نور و تغییر فاز نور در هنگام شکست آن قرار داد. در سال بعد انیشتین ، در سال ۱۹۸۰ میلادی نشان داد که چگونه می‌توان این تغییرات را در متغیرهای ترمودینامیکی و همچنین شدت نور در زمان شکست را می‌توان دقیقاً اندازه گیری کرد.

آقایان زرنیک و ارنشتاین برای پراکندگی نور رابطه‌ی بدست آمده توسط انیشتین را در نقطه شکست تایید کردند و به بیان دیگری تئوری پراکندگی نور حاصل از تغییرات شدت در نقطه شکست در اوایل قرن ۲۰ میلادی به خوبی منسجم شد. بسیاری از اطلاعات خام تئوری مشاهده شده در آن زمان به کار گرفته شد تا با موفقیت این پدیده فیزیکی را توجیه کنند، همچنین دراین میان، این اطلاعات توانست مقدار عدد آواگادرو را در نور پراکنده شده در گازها بادقت مشخص کند.

مطالعات پراکندگی نور در کشورهایی مانند روسیه، فرانسه، هند و ایالات متحده آمریکا و آلمان به طور جدی دنبال می‌شد. در اوایل قرن ۲۰ میلادی افرادی مانند رامان و کریشنان در هند و آقایان لندزبرگ و مندل در روسیه و کابانز و دائور در فرانسه پیشرو این زمینه بودند. این سه گروه در حال بررسی تغییر فرکانس نور پراکنده شده در شرایط مختلف فیزیکی بودند که دو گروه هندی و روسی مطالبی را مشاهده کردند که برنامه یا هدفی برای مشاهده آن نداشتند این یافته‌ها توسط این دو گروه مبنای تئوری مورد نظر ما می‌باشد.

آقایان لندربرگ و مندل اشتام پراکندگی نور را در کوارتز و چند کریستال دیگر مورد بررسی قرار دادند تا نورهای بازتابیده که دچار تغییر فرکانس شده‌اند را بیابند. در همان زمان آقای رامان و کریشنان در کلکته هند هزاران کیلومتر دورتر از دانشمندان روسی در حال بررسی تغییرات نور در اثر کامپتون بودند. آنها با چاپ سه مقاله در سال ۱۹۲۸ میلادی در این زمینه این اثر را به نام خود ثبت و شامل دریافت جایزه نوبل بخاطر کشفشان شدند این در حالی بود که گزارش آقایان رامان و کریشنان اندکی زودتر از گزارش دانشمندان روسی بود.

امروزه مطالعات بر روی پراکندگی نور در زمینه تجربی و تئوری به هزاران شاخه منتهی می‌شود و چند هزار دانشمند و محقق به طور جدی بر روی این مسئله در حال تحقیق و کاوش هستند. نمودارهایی موجودند که بیان کننده حجم بالای مطالعات و تعداد کثیر مقالات چاپ شده در مورد این کشف درباره نور می‌باشند.

کاربردها
تکنیک رامان در حوزه‌های متنوعی کاربرد دارد و استفاده از آن در پزشکی، داروسازی، علوم تغذیه، علوم دفاعی و صنعت رشدی چشمگیر پیدا کرده است. با توجه به رویدادهای جهانی اخیر به ایجاد تکنیکهای آشکارسازی سریع خطرات بیولوژیکی برای ارتش و امنیت ملی توجه عمده‌ای می‌شود و در این میان طیف سنجی رامان به دلیل اینکه اطلاعات دقیق و سریعی از ترکیب مولکولی مواد زیستی را به روشی غیر مخرب فراهم می‌کند، مورد توجه است.

در حال حاضر تکنیک رامان جهت تشخیص مواد منفجره، عوامل جنگهای شیمیایی و باکتریایی و مواد شیمیایی خطرناک به کار می‌رود. تکنیک رامان همچنین می‌تواند نمونه‌ها را به روش غیرتماسی و غیر مخرب از میان مواد بسته بندی شفاف یا نیمه شفاف بررسی کند. بنابراین موادی مانند داروها و مواد مخدر را می‌توان از میان کیسه پلاستیکی حاوی آن تحلیل کرد و به این ترتیب امکان آسیب مدارک و شواهد جنایی یا آلوده شدن آنها اجتناب می‌شود.

می‌توان پروب طیف سنجی رامان مجهز به فیبر نوری را به گونه‌ای طراحی کرد که نیترات، نیتریت و هیدروکسید در مخازن حاوی پسماندهای رادیواکتیو را اندازه گیری کرد. این سه ماده شیمیایی برای نمایش و کنترل خوردگی مخزن بکار می‌روند. به این ترتیب نیازی به برداشت فیزیکی نمونه مواد درون مخزن و خطرات حمل آن به یک آزمایشگاه ثابت جهت تحلیل مواد نمی‌باشد. دقت آشکارسازی رامان به عوامل مختلفی از جمله طول موج لیزری به کار رفته و ماده خاص بستگی دارد.

دقت آشکارسازی این تکنیک از چند ppm تا ppb می‌تواند باشد. یک بحث کلیدی در حوزه با تحول سریع میکروالکترونیک، کنترل کیفیت در زمان فرایندهای آماده سازی است. مشکل اساسی که باید برطرف کرد، گسیختگی در اثر کرنش است که به دلیل عدم تطابق شبکه مواد مختلف، اختلاف در ضرایب انبساط گرمایی و … به وجود می‌آید.

قابلیت رامان در نمایش تنش و پارامترهای دیگر مانند دمای سطح/قطعه آن را به عنوان ابزاری مؤثر در ساخت قطعات نیمرسانا مطرح می‌کند. همچنین توانایی این تکنیک در فراهم آوردن تصاویری دقیق از سلولها، امکان تحلیل و مقایسه بین بافتهای سالم و بیمار را ممکن می‌سازد که به ویژه در مطالعه سرطان مهم است.

کاربرد رامان در آشکارسازی DNA با اسپکتروسکوپی رامان
محققان دانشگاه Strathclyd انگلیس توانستند با اسپکتروسکوپی رامان رشته‌های DNA جفت شده و جدا شده را با اتصال آنها به نانوذرات نقره مشاهده کنند.SERRS (تفرق رزونانسی سطحی تقویت شده رامان) با اندازه‌گیری اختلاف انرژی نور متفرق شده از نور تابیده شده، نوعی طیف لرزشی از یک ملکول به‌دست می‌دهد. شدت تفرق با جذب ملکول‌های هدف به درون سطح فلزی ناهموار -مانند نانوذرات نقره و یا طلا- افزایش می‌یابد. اگر نانوذرات متراکم شده و مولکول جذب شده دارای یک کروموفور با گذار الکترونیکی منطبق با طول موج برانگیختگی باشد، نتایج بهتری بدست خواهد آمد.

تامسون عضو این تیم تحقیقاتی می‌گوید: «ما می‌خواستیم بدانیم آیا DNA نشان‌دار شده رنگی می‌تواند برای جمع کردن انتخابی نانوذرات نقره به‌کار رود و آیا عکس‌العملی در برابر SERRS می‌دهد؟».

تیم تحقیقاتی فوق، دو گروه نانوذرات نقره را با یک نوع رنگ پوشش دادند و سپس یک رشته کوتاه DNA را به هر گروه متصل کردند. رشته‌های DNA در هر دو گروه نانوذرات نقره با یکدیگر مکمل نشدند. سپس رشته‌ای از DNA نشاندار را که مکمل یکی از رشته‌های DNA موجود در دو گروه نانوذرات بود وارد کردند DNA نشاندار به رشته DNA در هر دو گروه از نانوذرات چسبید. آنالیز SERRS، افزایشی چشمگیر را در تراکم و شدت طیف رنگی نشان داد.

گرم کردن محلول موجب جدا شدن رشته‌های DNA از خوشه‌های نانوذرات می‌شود و سیگنال‌های SERRS را محو می‌کند. این نتایج نشان می‌دهد که SERRS می‌تواند برای مطالعه برهم‌کنش مولکولی استفاده شود. دکتر گراهام رهبر این تیم تحقیقاتی می‌گوید: «گرچه ما فقط از هیبریدسازی DNA استفاده کردیم ولی این روش کاربردهای دیگری در سایر مولکول‌های زیستی مانند برهم‌کنش‌های پروتئین-پروتئین نیز دارد».

البته گودایسر از دانشگاه منچستر انگلیس که از تکنیک‌های اسپکتروسکوپی برای آنالیز ملکول‌های زیستی استفاده می‌کند، در این زمینه احتیاط بیشتری دارد و می‌گوید اساساً SERRS برای تصویربرداری از سلول‌ها به‌تازگی به واقعیت پیوسته است. او معتقد است در میکرواسپکتروسکوپی رامان اخیر، زمان مورد نیاز برای بدست آوردن هر طیف، محدودیت ایجاد می‌کند. هرچند توانایی افزایش سیگنال موجب می‌شود تا تصاویر، سریعتر دریافت شود. البته آنچه که لازم است، تولید ابزاری قوی و تجدیدپذیر، برای پوشش دادن سلول‌ها و بافت‌ها با نانوذرات نقره و یا طلاست.

اجزای دستگاهی
از نظر دستگاهی می توان مهمترین اجزاء یک دستگاه رامان را منبع و سیستم طیف سنج آن دانست. منابع مورد استفاده در روش رامان اکثرا لیزری هستند، چون شدت آنها به اندازه کافی زیاد است که بتوانند یک پراکندگی رامان قابل قبول ایجاد نمایند.

متداولترین منابع لیزری مورد استفاده عبارتند از: لیزر یون آرگون با طول موجهای ۴۸۸ و ۵۱۴/۵ نانومتر، یون کریپتون با طول موج های نزدیک به ۵۳۱ و ۶۴۷ نانومتر، هلیم/نئون با طول موج ۶۳۲/۸ نانومتر، لیزر دیودی با طول موج ۷۸۲ و ۸۳۰ نانومتر و لیزر Nd/YAG با طول موج ۱۰۶۴ نانومتر.

از آنجا که فرکانس منبع تاثیر بسزایی روی شدت پیک های رامان یک گونه دارد، انتخاب منبع مورد استفاده با توجه به شرایط نمونه انتخاب می شود. برای مثال برای گونه های فلورسانس کننده عموما از منابع با طول موج در محدوده مادون قرمز مثل Nd/YAG استفاده می شود که دارای انرژی کافی برای برانگیخته کردن گونه ها و ایجاد فلورسانس در آنها نیستند. بدین ترتیب مزاحمت فلورسانس به حداقل رسانده می شوند.

البته لازم به ذکر است که منابع فرابنفش هم قابلیت استفاده در روش رامان را دارا هستند ولی به دلیل یک سری محدودیت ها از جمله میزان انرژی زیاد آنها که بعضا باعث تخریب نمونه می شود و همچنین خطر های ناشی از استفاده از نور فرابنفش کاربرد گسترده ای نیافته اند.
دستگاه های رامان جدید عمدتا بر مبنای دو نوع کلی از طیف سنج ها مورد استفاده قرار می گیرند؛ یکی طیف سنج های پاشنده (Dispersive) و دیگری هم طیف سنج های تبدیل فوریه (Fourier transform).

استفاده از طیف سنج در دستگاه رامان به دو دلیل عمده صورت می پذیرد:
۱. به جهت جدا کردن تابش ناشی از پراکندگی رایلی از تابش های رامان که با پس زدن تابش رایلی (Rayleigh light rejection) که توسط سیستم تکفامساز، فیلتر یا تداخل سنج مورد استفاده در بخش طیف سنج انجام می شود.
۲. تجزیه و تحلیل سیگنال های نوری جمع آوری شده.

دستگاه های پاشنده عموما از یک لیزر در ناحیه مرئی و یک دوربین CCD)Charged coupled device) به عنوان آشکارساز (Detector) استفاده می نمایند. در حالیکه دستگاه های تبدیل فوریه از یک منبع مادون قرمز نزدیک و یک سیستم تداخل سنج (مانند آنچه که در روش مادون قرمز استفاده می شود.)، که به برنامه تبدیل فوریه برای ایجاد طیف نیاز دارد (Interferometer)، بهره می برند.

منابع
Raman C V, Krishnan K S, Nature 122 ,1928, 12
Raman C V, Krishnan K S, Nature 121 , 1928, 711
Raman Spectroscopy Wikipedia article,theory
Raman C V A new radiation Ind. J. Phys. 2 ,1928, 387/re28, 501
Kohlrausch K W F Ramanspektren: Akad. Verlag. Becker & Erler kom.-ges.,4 ,1952
حمید سلیمانی نژاد،پایان نامه کارشناسی ارشد،(Raman Spectroscopy of mineral samples (Iran ragion calcite) دانشگاه شهید بهشتی-تهران
Raman Spectroscopy, Wikipedia article, Application of Raman Spectroscopy
Raman reveals DNA in action
fa.wikipedia.org

 

 

 

نحوه کار با دستگاه طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS)

                              نحوه کار با دستگاه طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS)

                                                            

برای کار بادستگاه اتمیک ابتدا کمپرسور را روشن میکنیم و بوسیله لگلاتور فشار سوخت و اکسیدان را تنظیم میکنیم سپس کلید سمت راست را روشن کرده و بعد از آن بروی نرم افزار دستگاه دابل کلیک کرده و در صفحه باز شده گزینه Online را انتخاب کرده و بروی next کلیک میکنیم ، در کادر باز شده لامپ ها را تنظیم می کنیم.

لامپ از نوع کاتد فلزی که میخواهیم غلظت آنرا تعیین کنیم ………………. Work Lamp

برای گرم کردن لامپ ……………………………………………… Worm Up Lamp

برای تغییر موقعیت دو لامپ در صورت نیاز ………………………………. Exchange

حال که لامپ ها را تنظیم کردیم بروی گزینه Next کلیک می کنیم. در صفحه باز شده که مربوط به تنظیمات فلز مشخص شده در مرحله قبل می باشد،هیچ تغییری نمی دهیم و بروی گزینه Next کلیک می کنیم. تا صفحه ی دیگری باز شود که دستگاه در یک بازه مشخص(مثلا ۳۲۳٫۷ تا ۳۲۵٫۷ برای مس که دارای طول موج ۳۲۴٫۷ می باشد)سرچ میکند ولامپ ها را طوری تنظیم می کند که دارای بیشترین انرژی باشند.(البته این مرحله کمی وقت گیر است و حدود ۵ الی ۱۰ دقیقه زمان می برد) و در آخر نمودار را رسم کرده و نقطه ای که بیشترین انرژی در آن ثبت شده را انتخاب می کند. در اینجا Close میکنیم و گزینه Next و در آخر Finish می کنیم. و وارد محیط نرم افزار میشویم. حال بروی گزینه Sample کلیک کرده و واحد غلظت ها را تعیین می کنیم (معمولا PPM یا PPb) سپس محلولهای استاندارد را تعیین کرده Next می زنیم و در صفحه ی بعد تعداد نمونه ها را تعیین می کنیم و بروی Finish کلیک می کنیم.

حال بروی Fire کلیک کرده تا شعله دستگاه روشن شود و جذب نمایش داده شده را بوسیله ی کلیک بروی Zero صفر می کنیم سپس جذب حلال را صفر کرده و بروی گزینهmeaser کلیک کرده و محلول های استاندارد را از رقیق به غلیظ وارد کرده و پس از آنکه جذب به یک مقدار ثابت رسید، Start می زنیم که دستگاه اتوماتیک۳ بار جذب را می خواند و میانگین آنرا را ثبت میکند. این کار را برای تمامی استاندارد ها انجام می دهیم و پس از آن نوبت به نمونه های با غلظت مجهول می رسد که باید جذب آنها را ثبت کنیم، سپس نمودار کالیبراسیون را از منوی view ،گزینه Calibration Carve رسم می کنیم.

در آخر نیز برای خاموش کردن شعله کلید قرمز را فشار می دهیم، سپس از نرم افزار خارج شده و کلید دستگاه و کمپرسور را خاموش می کنیم و سپس شیر کپسول را می بندیم.

نکات مهم در مورد AAS :

    در هنگام زدن fire از خاموش بودن دکمه قرمز مطمئن شویم چون در غیر اینصورت دستگاه روشن نخواهد شد. مخزن آب پشت دستگاه نباید خالی باشد ، باید آن را از آب پر کرد.کمپرسور را باید چک کرد و از وجود سوخت و اکسیدان مطمئن شد. در هنگام روشن کردن شعله(زدن Fire) تا حتی الامکان از مشعل فاصله داشت.