Ատոմային կլանման սպեկտրաչափություն

Ատոմային կլանման սպեկտրաչափությունը(ААС) քանակական տարրական վերլուծության գործիքային մեթոդ է, որը լայնորեն տարածված է վերլուծական քիմիայում (ատոմային կլանման որոշման ժամանակակից մեթոդները հնարավորություն են տալիս որոշելու պարբերական համակարգի գրեթե 70 տարրերի  պարունակությունը) ատոմային կլանման սպեկտրների միջոցով ՝ դրանց աղերի լուծույթներում մետաղների պարունակությունը որոշելու համար.բնական և կեղտոտ ջրերում, հանքայնացված լուծույթներում, տեխնոլոգիական և այլ լուծումներում։
AAC-ի սարքը ատոմային կլանում է, որի հիմնական տարրերն են լույսի աղբյուրը, փոշիացնողը, սպեկտրալ սարքը և էլեկտրոնային համակարգը:Նմուշում տարրի պարունակության որոշումն իրականացվում է վերլուծական ազդանշանի և տրամաչափման լուծույթում տարրի խտության միջև փորձնականորեն հաստատված ֆունկցիոնալ կապի միջոցով։

Պատմություն 
Առաջին անգամ ատոմների սպեկտրալ կլանման գծերը հայտնաբերվել են 19-րդ դարի սկզբին արևի սպեկտրը ուսումնասիրելիս անգլիացի բժիշկ և քիմիկոս Ուիլյամ Վոլաստոնը, այնուհետև գերմանացի ֆիզիկոս Իոսիֆ Ֆրաունհոֆերը:Ատոմային կլանման և արտանետումների սպեկտրների տեսակների և տաքացվող գազի քիմիական կազմի միջև կապը հաստատել են գերմանացի գիտնականներ Ռոբերտ Բունսենը և Գուստավ Կիրխհոֆը 1859-1861 թվականներին:Այդ ժամանակից ի վեր ատոմների արտանետման սպեկտրները լայնորեն օգտագործվում են տարբեր կազմի և միաձուլման վիճակի նմուշներում պարբերական աղյուսակի տարրերի որակական և քանակական որոշման մեջ:Ատոմային կլանման սպեկտրները վերլուծական նպատակներով օգտագործվել են 1930-1940 -ական թվականներից ՝ աստղային մթնոլորտում որոշակի տարրեր հայտնաբերելու, ինչպես նաև տարբեր նմուշներում և ներքին մթնոլորտներում սնդիկի պարունակությունը որոշելու համար, բայց դրանք տարածված չէին ՝ հարմար և խիստ զգայուն չափման շրջանի բացակայության պատճառով :
1955 թ.-ին բրիտանացի-ավստրալիացի ֆիզիկոս Ալան Ուոլշը առաջարկել է պարզ և հեշտությամբ կիրառելի մեթոդ ացետիլեն-օդի կրակի մեջ ցողված լուծույթներում տարրերի պարունակության քանակական որոշման համար `հատուկ ընտրողական լամպերից ատոմային գծերի ճառագայթումը կլանելու միջոցով:Այս մեթոդը, որը հանդիսանում է ատոմային կլանման սպեկտրոմետրիայի վերլուծական մեթոդի հիմքը, կանխորոշեց ապագայում մեթոդի զարգացումը:1962-ին Ուոլշի հիմնադրած Techtron-ը թողարկեց աշխարհում առաջին զանգվածային արտադրության AA-2 ատոմային կլանման սպեկտրոմետրը  :Սկզբում փոշեկուլը ծառայել է որպես բոց , սկսած 1960-ական թվականներից Բորիս Լիվովն ու Գամս Մասմանը նախընտրում էին կատարելագործված գրաֆիկական տուփը, որը նախատեսված է AAC-ի կողմից առաջարկվող արտադրանքի տեսանկյունից  :

Սարքավորումներ 
Ատոմային կլանման վերլուծության սարքեր ատոմային կլանման սպեկտրոմետրերի համար:Դրանք ճշգրիտ, բարձր ավտոմատացված սարքեր են, որոնք ապահովում են վերարտադրելի չափման պայմաններ, ավտոմատ նմուշի ներմուծում և չափման արդյունքների գրանցում։
Այս սարքի հիմնական տարրերն են`լույսի աղբյուրը, որը արտանետում է անալիզի բնորոշ նեղ սպեկտրալ գիծ,
ատոմիզատոր տվյալ նյութը ատոմային գոլորշու վերածելու համար,նյութի բնութագրական վերլուծական գիծը և էլեկտրոնային համակարգը մեկուսացնելու սպեկտրալ սարքը, որն անհրաժեշտ է վերլուծական կլանման ազդանշանը հայտնաբերելու, ուժեղացնելու և մշակելու համար։
Նմուշում տարրի պարունակության որոշումն իրականացվում է փորձնականորեն հաստատված ֆունկցիոնալ կախվածության (տրամաչափման գործառույթ) միջոցով `վերլուծական ազդանշանի (կլանում, օպտիկական խտություն) և տեղեկանքի նմուշում տարրի կոնցենտրացիայի միջև:Ստուգաչափման գործառույթը կարող է լինել կամ մաթեմատիկական բանաձև կամ գրաֆիկ։

Ճառագայթման աղբյուր 
Ատոմային կլանման սպեկտրոմետրիայում օգտագործվող ճառագայթման աղբյուրների հիմնական պահանջներն են դրանց նեղ գոտին, հաճախականության և ինտենսիվության բարձր կայունությունը,ռեզոնանսային գծերի բարձր ինտենսիվությունը,ցածր աղմուկի մակարդակը,շարունակական ֆոնային ճառագայթման բացակայությունը,ռեզոնանսային գծի վրա սպեկտրալ համընկնումների բացակայությունը և դրա աննշան ինքնալուսացումը, գործառնական ռեժիմը սահմանելու նվազագույն ժամանակը և շողացող մարմնի նվազագույն չափը (գործիքը նեղ վերլուծական գոտիներում կենտրոնացնելու համար)։

Կան լույսի աղբյուրների մի քանի տեսակներ:Առավել հաճախ օգտագործվում են խոռոչային կաթոդային լամպեր,էլեկտրոդազերծող լամպեր և կարգավորվող լազերներ։
Սնամեջ կաթոդային լամպը բաղկացած է գլանաձև խոռոչ ունեցող կաթոդից, որի կողքին կա վոլֆրամի մետաղալար՝ անոդ:Լամպն ինքնին գլանաձև ապակե գլան է, որը լցված է իներտ գազով:Լամպի կաթոդը կազմված է տարրից կամ դրա խառնուրդից, որը որոշվում է վերլուծության ընթացքում:Արդյունքում արտանետվում է պահանջվող ալիքի երկարության լույսը, որը ներծծվում է որոշիչ տարրի ատոմների կողմից ատոմիզատորում:Ամենաերկար ալիքի երկարությունը որոշվում է Cs գծով `852 նմ, ամենափոքրը` As գծով `193,7 նմ,ավելի փոքր ալիքի երկարությունները չեն օգտագործվում ատոմային կլանման վերլուծության մեջ `մթնոլորտային թթվածնի ուժեղ կլանման պատճառով։
Էլեկտրոդազերծ լամպի ներսում ուժեղ էլեկտրամագնիսական դաշտ է ստեղծվում բարձր հաճախականության հոսանք կրող կծիկի միջոցով:Այս տուփի մեջ դրված է քվարցային փոքրիկ ամպուլ, որը պարունակում է անալիզի անկայուն միացություն:Գործողության սկզբունքը նման է սնամեջ կաթոդային լամպի:Այս տեսակի լույսի աղբյուրի հիմնական թերությունը էլեկտրամատակարարման համար լրացուցիչ սարքի անհրաժեշտությունն է `բարձր հաճախականության գեներատորում։
Լարող լազերը որպես ճառագայթման աղբյուրներ օգտագործվում են 1974 թվականից:Այն դրանց օգտագործումը հնարավոր է դարձնում առանց լամպերի մեծ հավաքածուի, քանի որ այդպիսի լազերից մեկը կարող է օգտագործվել բոլոր տարրերի համար, սակայն դրա լայն կիրառումը խոչընդոտում է բարձր գնին։

Պտուտակիչ 
Վերլուծության ատոմային կլանման մեթոդը հիմնված է ազատ ատոմների կողմից օպտիկական ճառագայթման կլանման վրա:Շնորհիվ այն բանի, որ վալենտային էլեկտրոնների էներգիաներին համապատասխանող օպտիկական տիրույթում ազատ ատոմները և պոլիատոմային մասնիկները տալիս են տարբեր սպեկտրներ:Հետևաբար, AA սահմանումների համար ամենակարևոր նախապայմանը անալիտի վերափոխումն է ատոմային գոլորշու:Դրա համար օգտագործվում է բարձր ջերմաստիճանի աղբյուր `պտուտակիչ։
Գոյություն ունեն ատոմիզացման երկու հիմնական մեթոդներ, որոնք գործնականում լայնորեն կիրառվում են։

կրակոտ
էլեկտրաջերմային
Ֆլեյմի ատոմիզացումը բնութագրվում է նրանով, որ բոցը ծառայում է որպես բարձր ջերմաստիճանի աղբյուր:Պտուտակիչը այրիչ է, որի մեջ դյուրավառ գազերը շարունակաբար մատակարարվում են օքսիդացնող նյութերով խառնուրդով:Ատոմային կլանման մեջ ամենատարածվածը խառնուրդի հետևյալ բաղադրություններն են`
թեթև գազ - օդ,բոցը `1500-1800 ° С ջերմաստիճանի պայմաններում,
ացետիլեն - օդ, բոցը `մինչև 2200-2300 ° С ջերմաստիճանի պայմաններում,
ացետիլեն - ազոտի օքսիդ, բարձր ջերմաստիճանի բոց է (մինչև 2900 °C):
Ացետիլենային օդի բոցն օգտագործվում է ալկալիների և ալկալային հողերի մետաղները, ինչպես նաև Cr, Fe, Co, Ni, Mg, Mo, Sr և ազնիվ մետաղները հայտնաբերելու համար:Նման բոցը ունի բարձր թափանցիկություն 200 նմ-ից ավելի ալիքի երկարության շրջանում, ցածր ներքին արտանետում և ապահովում է ավելի քան 30 տարրերի ատոմիզացման բարձր արդյունավետություն:Դրա մեջ մասամբ իոնացված են միայն ալկալային մետաղները:Ացետիլենի և ազոտի օքսիդի բոցը շատ ավելի բարձր ջերմաստիճան ունի, քանի որ ազոտի օքսիդը ջերմոդինամիկորեն անկայուն միացություն է:Բոցի մեջ այն արագորեն քայքայվում է ՝ ազատելով զգալի լրացուցիչ էներգիա, մինչդեռ օդ-ացետիլենային խառնուրդի այրման ժամանակ ջերմության մի մասը ծախսվում է ազոտի բոցի ջերմաստիճանի տաքացման վրա:Ացետիլենի և N2O-ի բոցը խիստ թափանցիկ են ալիքի ողջ երկարության միջակայքում, որոնք օգտագործվում են ատոմային կլանման վերլուծության մեջ:Դրա հիմնական թերությունները իր ուժեղ ներքին փայլն ու իոնացման բարձր աստիճանն են:Այս երկու տեսակները միասին հնարավորություն են տալիս որոշել մոտ 70 տարր, մինչդեռ գազի այլ խառնուրդների այլ տեսակներ ավելի նեղ կիրառություն ունեն:Օրինակ, պրոպան-օդային բոցը սովորաբար օգտագործվում է միայն ալկալային մետաղների ՝ Cd, Cu, Ag և Zn որոշելու համար։
Էլեկտրատերմային ատոմիզացման մեթոդը մշակվել է Բորիս Լվովի կողմից, որը 1959 թ.-ին նախագծեց առաջին անլռելի փոշիացնողը, իսկ 1961 թ.-ին հրապարակեց տվյալներ դրա վերլուծական կարողությունների վերաբերյալ:Այս մեթոդը բնութագրվում է նրանով, որ փոշիացնողը գրաֆիտային վառարան է (խողովակ 50 մմ երկարությամբ և 4-5 մմ ներքին տրամագծով), որը ջեռուցվում է բարձր էլեկտրական հոսանքով:Անալիտը ներմուծվում է գրաֆիտային էլեկտրոդի վերջի երեսին, որը նստեցրած կաթիլը չորացնելուց հետո պատի կոնաձև անցքով լցվում է նախապես տաքացված գրաֆիտի վառարան:Էլեկտրոդի խողովակի հետ շփման պահին էլեկտրոդի լրացուցիչ ջեռուցում տեղի է ունենում հզոր աղեղային արտանետմամբ, որը վառվում է վառարանում նմուշով և օժանդակ էլեկտրոդով տեղադրված էլեկտրոդի արտաքին վերջի միջև:Արդյունքում, վառարանի ներսում տեղի է ունենում նյութի արդյունավետ փոշիացում:Գրաֆիտի արագ այրումը կանխելու համար խողովակը տեղադրվում է իներտ գազի մթնոլորտում:Ավելի ուշ, Հանս Մասմանը պարզեցրեց գրաֆիտային վառարանի դիզայնը` նրա գրաֆիտային գլանային փչացողը 40 մմ երկարությամբ գլան է, որը բացված է երկու ծայրերում `6 մմ ներքին տրամագծով և 1,5 մմ-ից ոչ ավելի պատի հաստությամբ, իսկ փոշեկուլիչի կենտրոնում կա բացվածք։
Լվովի գրաֆիտային կուվետի և Մասմանի վառարանի միջև տարբերությունն այն է, որ Լվովի կառուցման մեջ նյութը գոլորշիացվում է կեղծ էլեկտրոդից դեպի արդեն պահանջվող ջերմաստիճանը տաքացրած խոռոչը, իսկ Մասմանի վառարանում նմուշը դրվում է սառը խողովակի պատին և դրա հետագա գոլորշիացումը տեղի է ունենում պատի ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ:Դա հանգեցրեց որոշակի ճգնաժամի `1970-ականներին էլեկտրատերմային ատոմիզատորների օգտագործման մեջ:Նմուշների կազմի ուժեղ ազդեցության պատճառով որոշման արդյունքների վրա Մասմանի գրաֆիտե վառարանն օգտագործելու դեպքում կար այդ մի կողմը վերացնելու կամ թուլացնելու հստակ միտում:Այնուամենայնիվ, 1977 թվականին Բորիս Լվովը բարելավեց գրաֆիտի վառարանը:Իր նոր նախագծում նմուշները գոլորշիացան վառարանում այն ​​հարթակից, որը ստացել է «Լվովի հարթակ» անվանումը:Ատոմիզացման մեթոդի առավելագույն աշխատանքային ջերմաստիճանը 2600-2700°С է։

Աշխատանքի սկզբունքը 
Ատոմային կլանման սպեկտրաչափությունն առավել լայնորեն մշակված է հեղուկների հետ աշխատելու համար:Դրա հիման վրա վերլուծության համար կատարվում են հետևյալ գործողությունները`
Նմուշառում(վերլուծության օբյեկտից վերցվում է նյութի մի մասը, որն առավելագույնս արտացոլում է դրա քիմիական կազմը),
Որոշակի կշռված մասը վերցվում է ամուր նմուշից, որը լուծվում է հարմար լուծիչների մեջ, որպեսզի ուսումնասիրվող տարրը լուծույթի մեջ տեղափոխվի:Հեղուկ նմուշից վերցվում է ֆիքսված մասնաբաժին և վերլուծվում է աշխատանքային լուծույթ `ըստ նույն սկզբունքների,
Պետք է պատրաստել տրամաչափման կորի պահանջվող միջակայքը ծածկող աշխատանքային տրամաչափման լուծումների շարք,
Ատոմային կլանման սպեկտրոմետրը պատրաստվում է գործարկման համար `ուսումնասիրվող տարրի համար օպտիմալ կլանման պայմաններում ազդանշան գրանցելու համար,
Անալիտը ներմուծվում է փչացողի մեջ, ստեղծվում է ատոմային գոլորշու կլանող շերտ և չափվում վերլուծական ազդանշանը,
Ստուգիչ լուծույթները հաջորդաբար ներմուծելով ատոմիզատորի մեջ, ստացվում է տրամաչափման բնութագիր,
Դրա օգտագործմամբ որոշվում է ուսումնասիրվող տարրի կոնցենտրացիան ընտրանքի լուծույթում և բնօրինակ նմուշում։

Դիմում 
Ատոմային կլանման սպեկտրոմետրիայի մեթոդներն օգտագործվում են գրեթե ցանկացած տեխնիկական կամ բնական օբյեկտի վերլուծության մեջ:AA որոշման ժամանակակից մեթոդները հնարավորություն են տալիս որոշել պարբերական համակարգի գրեթե 70 տարրերի պարունակությունը:Տեխնիկական օբյեկտներից, մետաղներից, համաձուլվածքներից, հանքաքարերի հիդրոմետալուրգիական մշակման արտադրանքներից և այլն, վերլուծվում են ատոմային կլանման սպեկտրոմետրիայով:Օրինակ ՝ արծաթի, կապարի և պղնձի պարունակությունը որոշվում է ոսկու մեջ, հողերում, պարարտանյութերում, բույսերում ՝ ցինկ, երկաթ, մագնեզիում, պղինձ և այլ տարրեր:Այս մեթոդը հաճախ օգտագործվում է կապարի, սնդիկի և բիսմութի որոշման համար կլինիկական և տարբեր կենսաբանական վերլուծություններում (արյուն, արյան շիճուկ և այլն) :

Գրականություն 
Брицке М.Э. Атомно-абсорбционный спектрохимический анализ. — М.: Химия, 1982. — 224 с.
Пупышев А.А. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. — М.: Техносфера, 2009. — 784 с.
James W. Robinson, Eileen Skelly Frame, George M. Frame II. Undergraduate Instrumental Analysis. — CRC Press, 2014. — С. 441—505. — 1264 с. — ISBN 9781420061352.

Նշումներ