طیف سنج پلاسما icp

دستگاه طیف سنجی پلاسما ICP

طیف سنجی ICP(Inductively Coupled Plasma)یک روش تحلیلی است که برای تشخیص و اندازه گیری عناصر و تجزیه و تحلیل نمونه های شیمیایی استفاده می شود.این فرایند بر اساس یونیزاسیون یک نمونه توسط یک پلاسمای بسیار داغ است که معمولاً از گاز آرگون ساخته می شود.

فرایند طیف سنجی ICP

در واحد طیف سنجی ICP ،گاز آرگون از طریق یک مشعل با سیم پیچ الکترومغناطیسی شارژ می شود و با یک واحد تسلا روشن می شود که یک قوس تخلیه سریع را از طریق جریان آرگون تولید می کند تا توالی یونیزاسیون را آغاز کند.به محض روشن شدن پلاسما،واحد طیف سنجی ICP دستگاه تسلا را خاموش می کند.

الکترون هایی که توسط مشعل شتاب می گیرند با اتم های آرگون برخورد می کنند و گاها این برخورد باعث می شود که اتم آرگون یکی از الکترون های خود را از آزاد کند.سپس الکترون های آزاد شده توسط میدان مغناطیسی که به سرعت در حال تغییر است،شتاب می گیرند.این سیستم تا زمانی ادامه می یابد که میزان آزاد شدن الکترون ها با سرعت ترکیب مجدد الکترون ها با یون های آرگون که یک الکترون را خارج کرده اند جبران شود.این یک “گلوله آتشین” ایجاد می کند که بیشتر از اتم های آرگون با درصد کمی الکترون آزاد و یون های آرگون تشکیل شده است.

جریان گاز از وسط پلاسما عبور می کند و مجرایی ایجاد می کند که سردتر از پلاسمای مجاور است اما هنوز بسیار گرمتر از شعله شیمیایی است.نمونه هایی که باید آزمایش شوند در این کانال مرکزی آزاد می شوند. برای بهینه سازی دمای پلاسما،بازده آزمایش و پایداری،نمونه معرفی شده در مجرای مرکزی باید تا حد امکان مایع کمی داشته باشد و اندازه قطرات ثابت باشد.برخی از واحدهای طیف سنجی ICP دارای محفظه اسپری برای حذف قطرات بزرگتر هستند.وقتی نمونه به مجرای مرکزی منتقل می شود،تبخیر می شود و مولکول ها از هم جدا می شوند.سپس اتم های تشکیل دهنده نمونه یونیزه می شوند.دمای موجود در واحد طیف سنجی ICP  قادر به یونیزاسیون اتم های بسیاری از عناصر شیمیایی است.

روش های انجام طیف سنجی پلاسما

طیف سنج پلاسمای جفت شده القایی ابزاری برای تشخیص و ردیابی فلزات در محلول است،که در آن یک نمونه مایع به داخل پلاسمای گاز آرگون موجود در یک میدان مغناطیسی قوی تزریق می شود.عناصر موجود در نمونه برانگیخته می شوند و الکترون ها با بازگشت به حالت اولیه انرژی در طول موج مشخصی از خود ساطع می کنند.سپس نور ساطع شده با طیف سنجی نوری اندازه گیری می شود.این روش که به عنوان طیف سنجی انتشار اتمی پلاسما(ICP-AES)یا طیف سنجی انتشار نوری(ICP-OES)همراه است،یک تکنیک بسیار حساس برای شناسایی و تعیین عناصر در یک نمونه است.

طیف‌سنجی پلاسمای جفت شده القایی به چهار روش قابل انجام است:

• طیف‌سنجی انتشار اتمی یا ICP-AES(Atomic Emission Spectroscopy)
• طیف‌سنجی جرمی یا ICP-MS(Mass Spectrometry)
• سونش پلاسما یا ICP-RIE(Reactive-Ion Etching)
• تحریک گاز نجیب برای تبدیل به حالت ناپایدار

کاربردهای طیف سنج های ICP

از طیف سنج های ICP می توان برای تجزیه و تحلیل نمونه های محیطی،آلاینده های موجود در غذا یا آب،متالوپروتئین ها در نمونه های بیولوژیکی و مطالعات مشابه استفاده کرد.اکثر ابزارهای ICP-AES برای تشخیص یک طول موج در یک زمان(تک رنگ)طراحی شده اند.از آنجا که یک عنصر می تواند در چندین طول موج ساطع شود،گاهی اوقات مطلوب است که بیش از یک طول موج را در یک زمان تشخیص دهیم.این را می توان با اسکن متوالی یا با استفاده از طیف سنجی که برای جذب انتشار چندین طول موج به طور همزمان(پلی کروماتور)طراحی شده است،انجام داد.محدودیت های تشخیص معمولاً از قطعات در میلیون(ppm)تا قطعات در میلیارد(ppb)متغیر است.

توضیحات طیف سنجی ICP براساس شکل

پلاسمای جفت شده القایی در بین سه لوله ی شیشه ای متحدالمرکز یک مشعل پلاسما تشکیل می شود. هر لوله شیشه ای یک نقطه ورود دارد. ورودی لوله میانی(پلاسما) و لوله خارجی( سرد کننده) از پهلو است و لوله داخلی مویین است که مه خارج شده از محفظه مه پاشی وارد آن می شود.در اطراف لوله شیشه ای بیرونی یک سیم پیچ مسی که آب در آن جریان دارد قرار دارد.این سیم پیچ توان ورودی ICP 0.5 تا 1.5 کیلووات با فرکانس 27 یا 40  مگاهرتز را تأمین می کند.این توان ورودی سبب القای میدان مغناطیسی نوسانی می شود که در آن خطوط نیرو در داخل مشعل پلاسما به صورت افقی(محوری) هستند و با مسیرهای بیضی شکل در بیرون سیم پیچ القایی دنبال می شوند.در این فاصله زمانی که سیم پیچ در حال القای نیرو است،پلاسما هنوز شکل نگرفته است.برای ایجاد پلاسما ابتدا جریان گاز حامل قطع می شود و جرقه لحظه ای در مدت زمان بسیار کوتاهی از سیم پیچ تسلا ایجاد می شود که به وسیله سیم مسی به قسمت بیرونی مشعل پلاسما منتقل می شود.جرقه به وجود آمده که حاوی تعداد زیادی از الکترون ها است، باعث یونیزه شدن گاز آرگون حامل می شود.این فرایند خود استمرار است که گاز آرگون، یون های آرگون و الکترون ها در محدوده مشعل پلاسما و از نمای بالا به صورت گلوله سفید نورانی در مجاورت هم قرار می گیرند.

فرار گاز آرگون با سرعت بالا که باعث برگشت سریع هوا به سمت مشعل می شود،شکل گلول های  ICP را به وجود می آورد.به منظور رساندن آئروسل نمونه به داخل محدوده گاز داغ پلاسما(7000 تا 90000 کلوین)،جریان گاز حامل برقرار می شود.این جریان باعث به وجود آمدن حفره در مرکز پلاسما می شود و شکل حلقه ای یا مارپیچی پلاسما به وجود می آید.در سیستم ICP متعارف،تابش ساطع شده،به صورت جانبی در نظر گرفته می شود.بنابراین تابش عنصر مورد نظر از درون پلاسمای نورانی دیده می شود.

رویان ایران مرجع تجهیزات آزمایشگاهی