دستگاه پرکاربرد فلیم فوتومتری (Flame Photometry)
دستگاه فلیم فوتومتر (Flame photometer)
تاریخچه مختصری از دستگاه فلیم فوتومتر
به نظر می رسد طیف سنجی اتمی قدیمی ترین روش برای تعیین عناصر است. این تکنیک ها در اواسط قرن نوزدهم معرفی شدند که طی آن بونسن[1] و کروشهف[2] نشان دادند که تابش منتشر شده از شعله های آتش بستگی به عنصر مشخصه در شعله دارد. تحولات صورت گرفته در زمینه ابزار دقیق منجر به استفاده گسترده از طیفسنجی اتمی شد.
تصویری از رابرت بونسن و گوستاو کروشهف
فلیم فوتومتری(طیف سنجی شعله) کمی برای اولین در سال های 1928-1930میلادی توسط لندگارد[3] به همراه مطالعات گیاهی-فیزیولوژی توسعه یافت. او به منظور بررسی میزان جذب مواد مغذی گیاهی خاک، به روش های سریع برای تعیین عناصر مختلف مثل پتاسیم نیاز داشت. همچنین لندگارد اولین کسی بود که روش های کمی را برای مسائل پزشکی مورد استفاده قرار داد. در سال 1937 توسعه اولین فوتومتر شعله تجاری توسط زایس[4] برای مطالعات زیست شناسی کشاورزی انجام شد. به علت نیاز پزشکی-نظامی در جنگ جهانی دوم، روش های سنجش شعله و نور توسعه سریعی داشت زیرا نیاز بود غلظت عناصر خاصی در خون یا سرم سربازان مشخص شده تا تهدیدات زندگی بیماران به سرعت شناسایی شود و درمان لازم انجام پذیرد.
آشنایی کلی با دستگاه فلیم فوتومتر
دستگاه فلیم فوتومتر برای اندازهگیری غلظت یون های فلزی سدیم، لیتیم، پتاسیم، کلسیم، باریم و ... طراحی شده است. بعضی از دستگاه های فیلم فوتومتر از لیتیم به عنوان مرجع داخلی دستگاه استفاده می کند تا علاوه بر دستیابی به دقت بیشتر، امکان جبران تغییرات داخلی خود دستگاه نیز وجود داشته باشد. در هنگام اندازه گیری غلظت لیتیم، پتاسیم به عنوان مرجع داخلی استفاده می شود.
جهت تشخیص وجود عنصر، نور را از یک فیلتر نوری عبور می دهد و آن را تجزیه می کند. موارد زیر در سیستم وجود دارند:
- اتومایزر و سوزن اتومایزر
- میکسر
- شعله
- دتکتور
- پنج فیلتر نوری مربوط به پتاسیم، سدیم، لیتیم، کلسیم و باریم
- بُرد تحلیل گر
- کمپرسور هوای فشرده
گاهی برای سیستم فلیم کمپرسور هوای فشرده نیاز به کپسول گاز نیز هست.
نمایی از جزئیات دستگاه فیلم فوتومتر
اساس کار دستگاه فلیم فوتومتر
فوتومتری شعله فوتوالکتریک، یک شاخه از طیف سنجی اتمی برای تجزیه و تحلیل مواد شیمیایی غیرآلی به منظور تعیین غلظت یون های فلزات خاصی از قبیل سدیم، پتاسیم، لیتیوم، کلسیم، سزیم و ... استفاده می شود. در فلیم فوتومتری گونه ها (یون های فلزی) که در طیف استفاده می شوند در فرم اتم ها هستند. اساس کار دستگاه این است که فلزات قلیایی(گروه 1 جدول تناوبی مندلیف) و فلزات قلیایی خاکی(گروه 2 جدول تناوبی مندلیف) به دلیل انرژی حرارتی اعمال شده شکسته می شوند. به دلیل این تحریک حرارتی، برخی از اتم ها به سطح انرژی بالاتر که پایدار نیستند می روند. جذب نور به علت تحریک الکترونی می تواند با استفاده از تکنیک های جذب مستقیم اندازه گیری شود. از دست دادن انرژی اتم های برانگیخته موجب می شود که اتم ها به سطح انرژی اولیه بازگردند و این کار با انتشار نور همراه است که در محدوده نور مرئی قابل مشاهده است. جذب نور با استفاده از تکنیک های مستقیم جذب اندازه گیری می شود. طول موج منتشر شده برای هر عنصر، مخصوص به خود می باشد.
کاربردهای وسیع فیلم فوتومتری
فوتومتری شعله در صنایع مختلف مانند مواد شیمیایی، خاک، کشاورزی، داروها، شیشه و سرامیک، مواد گیاهی و آب، اقیانوسشناسی و آزمایشگاههای بیولوژیکی و میکروبیولوژیکی مورد استفاده قرار میگیرد. برخی کاربردها به شرح زیر است:
- به طور معمول در تعیین پتاسیم، سدیم، منیزیم و کلسیم در مایعات بیولوژیکی نظیر سرم، پلاسما، خون و ... مورد استفاده قرار میگیرد.
- روش استاندارد تجزیه و تحلیل آب صنعتی و آب طبیعی به منظور تعیین عناصر آب سخت (منزیم، باریم، کلسیم و ...) در بسیاری از آزمایشگاه ها است.
- نمونه های خاک به طور معمول توسط فلیم فوتومتر برای تعیین عناصر به خصوص سدیم و پتاسیم و همچنین کلسیم و منیزیم مورد بررسی قرار می گیرند.
- بعضی از عناصر مهم معمولا توسط این روش تعیین می شوند مانند: آلومینیوم، باریم، کلسیم، کروم، مس، آهن، سرب، منیزیم، پتاسیم، روی، منگنز، استرانسیم و ...
- این روش در صنعت شیشه برای تعیین سدیم، پتاسیم، بور، لیتیوم و ... استفاده میشود.
- این روش در صنعت سیمان برای ارزیابی پتاسیم، کلسیم، منیزیم، منگنز و لیتیوم استفاده میشود.
- فلیم فوتومتری به طور گسترده در تخمین فلزات قلیایی و قلیایی خاکی زمین و دیگر فلزات (موجود در محصولات متالوژیکی، کاتالیزگرها، آلیاژها و ... استفاده می شود.
- در تعیین فلزات مشخص سرب و منگنز موجود در محصولات نفتی مانند بنزین، روغن های روان کننده و حلال های آلی مورد استفاده قرار می گیرد.
- تجزیه و تحلیل خاکستر توسط شعله فوتومتر به طور معمول در صنایع مختلف برای ارزیابی فلزات قلیایی و قلیایی زمین به عنوان اکسید آنها انجام شده است.
معایب دستگاه فلیم فوتومتری
- غلظت یون فلزی درون محلول دقیق انداز گیری نمی شود.
- یک محلول استاندارد یا مولاریته مشخص برای تعیین غلظت یون های انتشار یافته از طیف، مورد نیاز است.
- اگر غلظت یون زیاد باشد، بدست آوردن نتیجه دقیق دشوار است.
- اطلاعات مربوط به ساختار مولکولی ترکیب موجود در محلول نمونه را نمی توان تعیین کرد.
- عناصری مانند کربن، هیدروژن و هالیدها به دلیل ماهیت غیر اشباع، غیر قابل شناسایی هستند.
نمایی از شعله مناسب جهت انجام تست در دستگاه فلیم فوتومتری
محدوده های اندازه گیری عناصر مختلف توسط دستگاه
- Na: 0.2-1200 ppm
- K: 0.07-1200 ppm
- Li: 0.07-1200 ppm
- Ca: 2-1200 ppm
- Ba: 8-2800 ppm
این اعداد در دستگاه های فیلم فوتومتر مختلف ممکن است تغییر کند.
مراحل انجام آزمایش توسط دستگاه
نحوه کار با دستگاه فلیم فوتومتر بدین صورت است که نمونه مورد نظر را وارد دستگاه می کنیم سپس سوزن وارد نمونه می شود. حال خلائی در اتومایزر ایجاد می شود که باعث کشیده شدن مواد از نمونه می شود. حال مواد کشیده شده همراه با هوای فشرده وارد میکسر میشود. سپس مواد و هوای فشرده با هم به طرف بالای شعله مکش شده و باعث تغییر رنگ شعله می شوند (رنگ شعله بنفش، سبز، قرمز، یاسی، زرد، نارنجی و ... است). تغییر رنگ می تواند الکترولیت وارد شده به دستگاه را شناسایی کند.
از اجزای اصلی دستگاه می توان به دتکتور(شناساگر) و فیلتر نوری اشاره کرد که دتکتور به عنوان سنسوری است که با برخورد نور به آن جریانی در فلیم ایجاد می شود. میزان جریان فرستاده شده به دستگاه برای PLC و پردازنده دستگاه اهمیت اساسی دارد.
فیلمی از نحوه نصب و راه اندازی دستگاه فلیم فوتومتر شرکت BWB
[1] Bunsen
[2] Kirchhoff
[3] Lundegardh
[4] Zeiss
