نورسنجی شعله‌ای (Flame photometer)

نورسنجی شعله‌ای (Flame photometer)

ترکیبات فلزات قلیایی و قلیایی خاکی (گروه دوم) با وارد شدن به شعله به اتم ها تجزیه می شوند. برخی از این اتم‌ها تا سطوح بالاتری برانگیخته می‌شوند. اما این اتم ها در سطوح بالاتر پایدار نیستند. از این رو، این اتم ها هنگام بازگشت به حالت پایه، تشعشعاتی را ساطع می کنند. این تشعشعات به طور کلی در ناحیه مرئی طیف قرار دارند. هر یک از فلزات قلیایی و قلیایی خاکی دارای طول موج خاصی هستند.

برای محدوده غلظت خاصی، شدت انتشار با تعداد اتم هایی که به حالت پایه باز می گردند نسبت مستقیم دارد و نور ساطع شده به نوبه خود با غلظت نمونه متناسب است.

قطعات فتومتر شعله

یک فتومتر شعله ساده از اجزای اساسی زیر تشکیل شده است:

منبع شعله: یک مشعل در فتومتر شعله منبع شعله است. می توان آن را در دمای ثابت نگه داشت. دمای شعله یکی از عوامل مهم در فتومتری شعله است.

نبولایزر: نبولایزر برای ارسال محلول همگن به داخل شعله با سرعت متعادل استفاده می شود.

سیستم نوری: سیستم نوری شامل آینه محدب و عدسی محدب است. آینه محدب نور ساطع شده از اتم ها را از خود عبور می دهد. آینه محدب همچنین به تمرکز نورهای ساطع شده به لنز کمک می کند. لنز به تمرکز نور روی یک نقطه یا شکاف کمک می کند.

فیلترهای رنگی ساده: بازتاب های آینه از شکاف عبور می کند و به فیلترها می رسد. فیلترها طول موجی را که باید اندازه گیری شود از انتشارات نامربوط جدا می کنند.

آشکارساز (دتکتور): شدت تشعشع ساطع شده از شعله توسط آن اندازه گیری می شود. در اینجا تشعشعات ساطع شده با کمک آشکارساز به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. این سیگنال های الکتریکی با شدت نور نسبت مستقیم دارند.

                      شکل ۱: اجزای فوتومتر شعله

فرآیند:

• هم محلول استاندارد و هم محلول نمونه در آب مقطر تازه تهیه می شوند.
• شعله نور سنج با تنظیم هوا و گاز کالیبره می شود. سپس اجازه می دهیم شعله حدود 5 دقیقه تثبیت شود. اکنون دستگاه روشن شده است و درب محفظه فیلتر برای وارد کردن فیلترهای رنگی مناسب باز می شود.
• قرائت های گالوانومتر با پاشیدن آب مقطر داخل شعله به صفر می رسد.
• حساسیت با پاشش غلیظ ترین محلول کاری استاندارد در شعله تنظیم می شود. اکنون انحراف در مقیاس کامل گالوانومتر ثبت شده است.
• دوباره آب مقطر به داخل شعله اسپری می شود تا به قرائت ثابت گالوانومتر برسد. سپس گالوانومتر دوباره روی صفر تنظیم می شود.
• اکنون هر یک از محلول های کاری استاندارد سه بار در شعله اسپری شده و قرائت های گالوانومتر ثبت می شود. پس از هر بار اسپری، دستگاه باید کاملا شسته شود.
• در نهایت محلول نمونه سه بار در شعله اسپری شده و قرائت های گالوانومتر ثبت می شود. پس از هر بار اسپری، دستگاه باید کاملا شسته شود.
• میانگین قرائات گالوانومتر را محاسبه کنید.
• نمودار غلظت برحسب قرائت گالوانومتر رسم کنید تا غلظت عنصر در نمونه را دریابید.

کاربردهای فتومتر شعله

• فتومتر شعله را می توان هم برای تجزیه و تحلیل کمی و هم کیفی عناصر به کار برد. تشعشعات ساطع شده توسط فتومتر شعله مشخصه فلز خاصی است. از این رو با کمک نورسنج شعله می توانیم وجود هر عنصر خاصی را در نمونه داده شده تشخیص دهیم.
• وجود برخی از عناصر گروه II برای سلامت خاک حیاتی است. با انجام آزمایش شعله می توان وجود انواع فلزات قلیایی و قلیایی خاکی را در نمونه خاک تعیین کرد و سپس خاک را با کود مخصوص تامین کرد.
• غلظت یون های Na+ و K+ در بدن انسان برای انجام عملکردهای متابولیکی مختلف بسیار مهم است. غلظت آنها را می توان با رقیق کردن و آسپیراسیون نمونه سرم خون در شعله تعیین کرد.
• نوشابه ها، آب میوه ها و نوشیدنی های الکلی را می توان با استفاده از نورسنجی شعله برای تعیین غلظت فلزات و عناصر مختلف تجزیه و تحلیل کرد.

مزایای فتومتر شعله

• روشی بسیار ساده و مقرون به صرفه است.
• این تجزیه و تحلیل سریع، راحت، انتخابی و حساس است.
• ماهیت آن هم کیفی و هم کمی است.
• حتی غلظت های بسیار کم (بخش در میلیون/ppm تا قسمت در میلیارد/ppb محدوده) فلزات در نمونه را می توان تعیین کرد.
• از این روش می توان برای تخمین عناصری که به ندرت تحلیل می شوند استفاده کرد.

معایب فتومتر شعله

علیرغم مزایای بسیار، این تکنیک تجزیه و تحلیل دارای معایبی نیز می باشد:

• غلظت دقیق یون فلز در محلول قابل اندازه گیری نیست.
• نمی تواند به طور مستقیم وجود گازهای بی اثر را شناسایی و تعیین کند.
• اگرچه این روش کل محتوای فلز موجود در نمونه را اندازه می‌گیرد، اما اطلاعاتی در مورد ساختار مولکولی فلز موجود در نمونه ارائه نمی‌کند.
• فقط می توان از نمونه های مایع استفاده کرد. همچنین آماده سازی نمونه در برخی موارد طولانی می شود.
• نورسنجی شعله را نمی توان برای تعیین مستقیم تک تک اتم های فلزی مورد استفاده قرار داد. تعدادی از اتم های فلز را نمی توان با این روش تجزیه و تحلیل کرد. عناصری مانند کربن، هیدروژن و هالیدها به دلیل ماهیت غیر تابشی آنها قابل شناسایی نیستند.