ICP-OES
- طیف سنجی نشریِ پلاسمای جفت شده القایی:
طیف سنجی نشریِ پلاسمای جفت شده القایی
(Inductively Coupled Plasma) ICP یكی از روشهای مهم تجزیه عنصری دستگاهی است كه میتواند برای تشخیص تقریباً 70 عنصر در گسترهای از ماتریس ها به كار رود. تطبیق پذیری و قابلیت این روش باعث شده است تا در كاربردهای بسیار مختلفی مورد استفاده قرار گرفته و امروزه حجم اصلی كار را در بسیاری از آزمایشگاه های روزمره به دوش گیرد. قلب یك طیف سنج نشری
ICP پلاسما است كه گازی فوق العاده داغ با دمای چند هزار درجه كلوین است. پلاسما آنچنان داغ است كه نمونه مورد تجزیه، به اتم ها و یون ها تبدیل می شود
. دمای بسیار بالا در پلاسما نمونه را كاملاً تخریب می كند، به طوری كه نتیجه تجزیه ای معمولًا تحت تأثیر ماهیت پیوند شیمیایی عنصر موردنظر (در غیاب مزاحم شیمیایی) قرار نمی گیرد. نور نشر
شده از نظر طیفی توسط نورشناخت پراشی تجزیه شده و میزان نشر ( شدت)نور به وسیله آشكارساز اندازه گیری می شود. در
ICPطول موج ها برای شناسایی عناصر و شدت ها برای تشخیص غلظت آنها به كار می روند
. چون همه عناصر در پلاسما به طور همزمان به نشر نور تحریك می شوند، می توانند به طور همزمان یا به صورت نوبتی و بسیار سریع تشخیص داده شوند. در نتیجه می توان بعد از زمان كوتاهی نتایج تجزیه ای را برای نمونه به دست آورد. زمان لازم برای تشخیص بستگی به دستگاه به كار رفته داشته و در حدود چند دقیقه است. چون غلظت همه عناصر در یك مرحله تجزیه ای تشخیص داده می شوند و نیاز به اندازه گیری یك سری از نمونه ها برای یك عنصر و سری دیگر برای عنصر دیگر نیست، سرعت این روش افزایش می یابد و باعث جذابیت آن می شود. این روش آنالیزی می تواند تعداد زیادی از عناصر را در بسترهای مختلف ازجمله نمونه‌های خاک، آب، فلزات و پلیمرها در محدوده وسیعی از غلظت و با حد تشخیص
ppb و
ppmاندازه گیری کند
. ICP-OES : ICP-OES روشی برای طیف سنجی نشر نوری است که از طیف نشر اتمهای نمونه برای شناسایی و تعیین کمی عناصر موجود استفاده می کند. این دستگاه دارای دو بخش است که یکی پلاسمای جفت القایی و دیگری طیف سنج نشر نوری است. اجزای اصلی دستگاه
ICP-OES عبارتند از: سیستم نمونه برداری اتوماتیک
(Autosampler) یا دستی، پمپ پریستالتیک
(Peristaltic pump)، نبولایزر یا مهپاش
(Nebulizer)، محفظه اسپری
(Spray chamber)، مشعل
( torch تورچ
) ICP، مونو‌کروماتور/پلی کروماتور و آشکارساز
(detector) که به همین ترتیب مشخص، مرتب شده و قرار گرفته‌اند
.
گاز آرگون به تورچ وارد می شود و به طور همزمان یک میدان الکترومغناطیسی توسط جریان الکتریکی با فرکانس بالا (معمولا 40 یا 27 مگاهرتز) در یک سیم پیچ
(coil) واقع در انتهای نوک تورچ ایجاد می شود. میدان مغناطیسی قوی باعث یونیزاسیون آرگون در تورچ می شود. گاز یونیزه شده، پلاسمایی با چگالی الکترون ، دما
(10000K)و انرژی بالا تولید کرد. بخش عمده ای از انرژی که به تازگی تولید شده است برای تحریک و نشر اتم ها در یک نمونه آزمایشی استفاده می شود. پلاسما منجر به تحریک همزمان بسیاری از عناصر می شود
. نمونه مایع آماده سازی شده یا هضم شده با یک پمپ پریستالتیک به داخل نبولایزر و سپس به مشعل یا تورچ وارد می شود. نبولایزر نمونه را به قطرات ریز، مانند یک غبار ریز تبدیل می کند و وارد اسپری چمبر میکند.قطرات بزرگتر نمونه پایین می روند اما قطرات ریز به داخل پلاسمای بالا هدایت می شوند (شکل ظاهری در این لحظه شبیه خروجی دستگاههای بخور سرد است). نمونه در حالت اتمیزه از طریق لوله باریک
(injector) در مرکز لوله
torch وارد پلاسما می شود. نمونه به پلاسما می رود و پلاسمای داغ اتم ها را اتمیزه می کند و الکترونهای مدار خارجی آنها را به حالت بالاتر، برانگیخته می کند. هنگامی که الکترون های برانگیخته به موقعیت کم انرژی و حالت آسایش، باز می گردند، پرتوهای گسیلی (پرتوهای طیف) نشر می شوند. پرتوهای نشرشده که مطابق با طول موج فوتون یا خطوط گسیل هستند، برای هر فلز خاص هستند. نور به سیستم نوری
(OES) با وضوح
(Resolution) بالا منتقل می شود
. منشورها و
grating و سایر قطعات، نور را به طول موج خاصی برای عناصری که باید اندازه گیری شوند، جدا می کنند. این طول موج به آشکارساز می رسد و شدت نور برای هر طول موج متفاوت توسط نرم افزار که می تواند آنها را به واحدهای غلظت تبدیل کند، کمی سازی می شود
. محدودیت های ICP-OES محدودیت‌های اصلی
ICP-OES نشر پس‌زمینه پیوسته، حدود تشخیص بالاتر از
ICP-MS، همپوشانی‌های طیفی و اثرات ماتریس است
. نشر پس زمینه پیوسته در تمام طول موج ها رخ می دهد زیرا شامل انتقالات الکترون های غیرپیوندی می شود
بازترکیب یون-الکترون
(Bremsstrahlung).
حساسیت (سیگنال/غلظت) و نوسانات پس‌زمینه، حدود تشخیص را تعیین میکنند. در نزدیکی حد تشخیص، میانگین شدت نشر پس‌زمینه میتواند حدود 30 تا 100 برابر شدت خالص خط آنالیت باشد
. عناصری از جمله
As،
P،
Rb،
Se، و
S دارای حدود تشخیص چند ده قسمت در میلیارد
ppb،
(ng/mL) هستند. حدود تشخیص برای
F،
Cl و
Br معمولاً صدها
ppb (ng/mL) یا بیشتر است، مگر اینکه طیف‌سنج بتواند خطوط زیر حدود 150 نانومتر را اندازه‌گیری کند
. عناصری مانند گازهای نجیب،
O،
N و
H، معمولاً اندازه گیری نمی شوند زیرا از حساسیت ضعیف یا سیگنال های شدید زمینه و نمونه بلنک
(Blank) یا هر دو به دلیل وجود هوا در فرآیند تشکیل پلاسما رنج می برند
. محاسن ICP-OES مهم‌ترین پیشرفت در
ICP-OES در 35 سال گذشته، استفاده از آشکارساز
(detector)های حالت جامد، معمولاً با طیف‌سنج‌های
echelle بوده است. استفاده از این آشکارسازها تجزیه و تحلیل چند عنصری سریع و همزمان، انعطاف پذیری در انتخاب طول موج آنالیت و تشخیص همزمان پیک آنالیت و نشر پس زمینه را فراهم می کند
. حدود تشخیص از سال 1985 در نتیجه ترکیبی از عوامل، 10 برابر بهبود یافته است. مشاهده محوری
(Axial view) گسیل نور را از ناحیه بزرگتری از پلاسما جمع آوری می کند. حساسیت و انحراف استاندارد نسبی پس‌زمینه بهبود می‌یابد. تشخیص همزمان اجازه می دهد تا نوسانات مرتبط در پس زمینه حذف شوند
. ژنراتورهای حالت جامد را با تقویت کننده لوله خلاء
(vacuum tube power amplifier) جایگزین کرده اند که با گذشت زمان تخریب می شدند. ژنراتورهای حالت جامد در از نوع
Free running، امکان تطبیق امپدانس
(impedance matching) را بدون استفاده از تطبیق‌کننده‌های امپدانس مبتنی بر خازنهای بزرگ و قابل تنظیم، فراهم میکنند
. اندازه و هزینه دستگاه های
ICP-OES کاهش یافته است. برخی از دستگاه های فعلی
ICP-OES به ~8-9
L/min Ar به جای 15-20
L/min نیاز دارند و تقریبا میتوان با هر کپسول حدود 12 ساعت آنالیز انجام داد . طرح‌های مشعل
تورچ
(Torch) که اخیراً توسعه‌یافته، می توانند باعث کاهش مصرف گاز
Ar شود
. سیستم‌های ورود
(introduction system) نمونه با زمان‌های شستشو سریع‌تر، در کنار برخورداری از قابلیت تشخیص همزمان اینگونه از دستگاه ها (ردیف 1 همین بخش)، می‌توانند زمان‌های اندازه‌گیری و آنالیز نمونه را با حدود 70 عنصر، در کمتر از ۱ دقیقه انجام دهند
. رگرسیون خطی چندگانه، اصلاح همپوشانی طیفی را بهبود بخشید. طیف خالص و تک عنصری باید برای هر آنالیت در قله آنالیت بدست آید. رگرسیون خطی چندگانه ثابت هایی
(a،
b و
c در معادله زیر
) را تعیین می کند که هر یک از طیف های تک عنصری و طیف پس زمینه
(blank) باید در آن ضرب شوند تا مجموع آنها به بهترین وجه با طیف اندازه گیری شده تجربی از نمونه مطابقت داشته باشد
. (a متناسب با غلظت آنالیت است
): a * طیف عنصر آنالیت
+ b * طیف عنصر همپوشانی
+ c * طیف
blank = طیف نمونه
همچنین با استفاده از تکنیک های گرافیکی مانند
Multi Spectral Fittng (MSF) و تکنیک های ریاضی اصلاح همپوشانی مانند
Inter Element Correction (IEC) میتوان هرگونه از این دست مزاحمت ها را برطرف نمود
. در برخی موارد، دقت و صحت (یعنی عدم قطعیت غلظت) ارائه شده توسط
ICP-OES ممکن است ناکافی باشد. با استفاده از تکنیک هم بافت کردن استانداردها
(matrix matching) ، استاندارد
سازی داخلی
(Internal standard)، اندازه‌گیری‌های تکراری کافی، و محاسبه
Drift های مشاهده شده، میتوان عدم قطعیت غلظت نسبی را بهتر از 0.2% بدست آورد
.
.png)