مــــــــــــــرد هـــــــــزاره سوم

آزمایش 2-1:اندازه گیری مقدار سدیم در آب به طریق نشر اتمی:

مقدمه:

تئوری آزمایش:الکترونهای لایه ظرفیت اتمها باعث جذب یا نشر تابش الکترومغناطیس در گستره فوق بنفش و مرئی هستند. اتمهای آزاد، بر خلاف مولکولها دارای ترازهای انرژی ارتعاشی و چرخشی نیستند و در آنها فقط جهشهای الکترونی صورت میگیرد. به همین دلیل وقتی که انرژی توسط اتمها جذب یا نشر میشود، خطوط طیفی مجزا مشاهده میشود، که اساس روشهای طیف بینی اتمی است.  طیف بینی اتمی (نشری،جذبی یا فلوئورسانس) از این نظر که نمونه در یک سلول قرار داده شده وجذب، نشر یا فلوئورسانس آن در یک طول موج ویژه اندازه گیری و مطابق قانون بیر-لامبرت به غلظت ارتباط داده میشود، با طیف بینی مولکولی شباهت دارد. تفاوت دستگاهی بین طیف بینهای جذب اتمی و جذب مولکولی،به اختلاف بین طیف اتمی و طیف مولکولی مربوط است. مولکولها و یونهای چند اتمی دارای نوارهای جذبی پهن هستند، درحالی که اتمها دارای خطوط جذبی باریک (معمولاًبا پهنای 0.001الی0.01نانومتر) هستند. پیکهای جذبی یانشری باریک که هنگام طیف بینی جذب یانشر اتمی مشاهده میشوند، طیف خطی نامیده میشوند.طیف بینی نشر شعله ای نیز با یک تفاوت عمده، شبیه جذب اتمی است. دراین روش شعله علاوه بر تبدیل نمونه به بخاری ازاتمها سبب برانگیختگی الکترونهای موجود دراتمها به تراز انرژی بالا تر میشود. هنگام بازگشت الکترونهای تحریک شده به حالت پایه تابش الکترومغناطیسی نشر میشود. شدت تابش منتشرشده با غلظت اتمها درحالت تحریک شده ودر نتیجه با تعداد کل اتمهای موجود درون شعله متناسب است. از آنجا که تعداد اتمهای درون شعله نیز با غلظت محلول متناسب است، پس شدت تابش، مستقیماً به غلظت نمونه اصلی بستگی دارد. در روش نشر اتمی، از منبع تابش اولیه استفاده نمیشود،زیرا گرمای حاصل از شعله انرژی لازم برای نشر تابش از اتمهای مورد تجزیه را فراهم میکند.

اجزاء یک دستگاه طیف بینی جذب اتمی عبارتنداز:منبع تابش الکترومغناطیس، شعله یا جایگاه نمونه، تکفام ساز، آشکارساز و شناساگر علامت.در طیف بینی های نشر شعله ای نیز دقیقاً همین اجزاء به جز منبع اولیه تابش وجود دارند. در جذب اتمی پرتو حاصل از منبع تابش از بین بخارات اتمی درون شعله عبور میکند، بخشی ازآن توسط اتمهای نمونه جذب و بخش دیگری عبور میکند، سپس پرتو عبور کرده توسط تکفام ساز تک رنگ شده وبه آشکار ساز برخورد میکند. در آشکار ساز به یک علامت الکتریکی تقویت پذیر تبدیل شده ونهایتاً توسط شناساگر ثبت میشود.

اتم سازها:اتم سازها در طیف بینی جذب ونشر اتمی نقش سلول و جایگاه نمونه را دارند. متداولترین اتم سازها در جذباتمی شعله ها و کوره های گرافیتی هستند. از ابتدای بکار گیری جذب اتمی تاکنون شعله ها مورد استفاده بوده اند و هنوز هم متداولترین سلولها محسوب میشوند. محلول نمونه به صورت قطره های ریز به درون شعله پاشیده میشود. به علت گرمای زیاد شعله، حلال موجود درمحلول بسرعت بخارمیشود. ذرات جامد مواد حل شده که پس از تبخیر حلال باقی می مانند، ذوب شده و به مایع تبدیل میشوند، سپس به حالت گازی درآمده ودر پایان به اتم تفکیک میشوند. قسمتی از تابش لامپ که از درون شعله میگذرد، توسط اتمهای نمونه جذب میشوند.مقدار این تابش جذب شده توسط آشکار ساز اندازه گیری میشود.

تکفام ساز و آشکارساز:اگرچه در طیف بینیهای جذب اتمی از منبع تابش خطی استفاده میشود، اما برای انتخاب دقیقتر طول موج، تکفام ساز نیز بکار برده میشود. معمولاً عرض شکاف تکفام سازها 0.2و0.5ویا1.0است. پهنای خط جذبی در بیشتر سلولها در حدود 0.004نانومتر است که بطور قابل توجهی باریکتر ازعرض شکاف تکفام ساز است. جزء پاشنده درتکفام ساز معمولاً شبکه است.

مزاحمتها: مزاحمتهای رایج در طیف نورسنجی چهار نوع هستند که عبارتنداز: شیمیایی، یونش، طیفی وزمینه ای. مزاحمتهای شیمیایی از واکنشهای اتفاق افتاده ناشی میشوند چون در شعله مقداری از عنصر مورد تجزیه مصرف میشود، لذا تعداد آن که باید تابش را جذب کند کاهش ودر نتیجه جذب کاهش می یابد. از جمله مزاحمتهای شیمیایی، تشکیل اکسیدهای دیر گداز درون شعله با حضور اکسیژن است. یک راه برای کاهش مزاحمت شیمیایی استفاده از شعله های دمای زیاد، مانند شعله نیتروزواکسید-استیلن به جای شعله هوا-استیلن است.در این شعله علاوه بر دمای زیاد کاهش غلظت اکسیژن در حذف مزاحمت شیمیایی موثراست. راه دیگر برای حذف مزاحمت شیمیایی، افزایش یک ماده رهاساز (بافرطیف بینی) به نمونه مورد تجزیه است. مزاحمت یونش زمانی اتفاق می افتد که تعداد زیادی از اتها درون شعله یونیده میشوند وباعث کاهش اتمهای جذب کننده تابش میشوند. ازآنجا که یونها در طول موج مورد عمل برای عنصر مورد تجزیه، جذب ندارند، جذب کم میشود. معمولاً یونش توسط دمای خیلی زیاد سلول (شعله) اتفاق می افتد. انرژی یونش توسط گرمای سلول تامین میشود.

مزاحمت طیفی، زمانی اتفاق می افتد که دو عنصر یا یک عنصر ویک ترکیب چند اتمی درون سلول، در طول موج مورد تجزیه، تابش جذب یا نشر میکنند. در صورتیکه ترکیب مزاحم تابش را جذب کند منجر به خطای مثبت و اگر تابش نشر کند، سبب خطای منفی میشود.

مزاحمت زمینه ای، معمولاً توسط جذب گونه های چند اتمی یا پراکندگی تابش درون سلول ایجاد میشود، وبرای حذف آن از روش افزایش استاندارد نمی توان استفاده کرد. برای حذف مزاحمت زمینه ای، ضروری است که مقدار جذب مربوط به زمینه تعیین واز جذب کل کم شود، تا جذب تصحیح شده مربوط به آنالیت بدست آید.

کاربرد و روشهای تجزیه ای:اصولاً طیف نور سنجی جذب ونشر اتمی، یک روش تجزیه کمی است، و کاربرد چندانی در تجزیه کیفی ندارد. این نوع طیف بینی در تجزیه کمی فلزات، مواد معدنی، فراورده های صنایع کانی غیر فلزی و فلزی، سرامیکها، سیمانها، موادمعدنی موجود در سیستمهای زنده مانند سرم ومواد غذایی و اجزاء مختلف گیاهان، آبهای سطحی وزیر زمینی و پسابهای صنعتی، بطور گسترده ای مورد استفاده قرار میگیرد. دو روش در تجزیه کمی رایج است که عبارتند از: روش نمودار کار (یا روش نمودار درجه بندی) و روش افزایش استاندارد. در روش نمودار کار، ابتدا محلولهای استانداردی با غلظتهای مناسب و خطی از آنالیت تهیه میشود، دقیقاً به همان روش که محلول نمونه تهیه شده است. سپس بعد از تنظیم جذب صفر توسط   محلول بلانک، جذب محلولهای استاندارد به ترتیب از رقیق به غلیظ توسط دستگاه خوانده وثبت میشود.در پایان جذب محلول مجهول نیز در همان شرایط ثبت میشود. سپس نمودار جذب به غلظت، برای محلولهای استاندارد رسم میشود و جذب مربوط به محلول مجهول روی آن  برده شده و غلظت آن تعیین میشود. دراین حالت دقت نتایج بین دو الی پنج درصد و صحّت آنها در محدوده 0.1الی2.0درصد است. روش دیگر که صحّت بیشتری دارد افزایش استاندارد است. در این روش ابتدا میزان جذب مقدار معینی از محلول مجهول را درون شعله یادداشت کرده، سپس مقدار معلوم (aمیلی لیتر) از محلول استاندارد به محلول مجهول افزوده و جذب آن اندازه گیری میشود. اگر عدد خوانده شده برای حالت اولcوبرای حالت دوم bو غلظت نمونهxباشد،مقدارxپس از تصحیح برای رقّت از رابطه زیر محاسبه میشود.در طیف نورسنجی نشری نیز میتوان از این روش بهره برد.                   

 در روش افزایش استاندارد متعدد، به حجم معینی از محلول مجهول (به غلظتx) حجمهای مختلفی از یک محلول استاندارد افزوده، سپس جذب این محلولها بر حسب غلظت رسم میشود و از طریق آن غلظت محلول مجهول بدست می آید. حساسیت در طیف نور سنجی جذبی عبارت است از مقدار ppmیک عنصر که بتواند مقدار جذبی (A) برابر با 0.0044تولید کند. حد تشخیص یک عنصر برابر مقداری از آن عنصر است، که بتواند پاسخی معادل دو برابر انحراف استاندارد زمینه در آشکار ساز ایجادکند، یا به عبارت دیگر با کمترین مقدار حساسیت برابر است. مقدار حساسیت برای عناصر مختلف در روش جذب اتمی در حدود 3×10^-4الی 20ppmاست.

          در این آزمایش از هر دو روش اندازه گیری یعنی رسم نمودار درجه بندی وروش افزایش استاندارداستفاده می شود.که ما از یک دستگاه نشراتمی استفاده می نماییم.

اندازه گیری سدیم به روش نمودار درجه بندی:

وسایل ومحلول های مورد نیاز:

بالن حجم سنجی 100میلی لیتری4عدد-بورت 25 میلی لیتری- بالن حجم سنجی 250میلی لیتری1عدد-قیف شیشه ای-شیشه ساعت-کلرید سدیم-نمونه آب

روش کار:

در ابتدا محلولهای مورد نیاز راباید ساخت ما به 250میلی لیتر محلول 25ppmکلرید سدیم خالص نیازمندیم.که برای این مقدار باید مانند محاسبات ذیل 0.0158گرم از کلرید سدیم را حل کرده وبه حجم 250 میلی لیتر رساند.

250mil*25mgr/1li*1gr/1000mgr*58.44/22.99=0.0158gr                                                                                                            

 درچهار بالن 100میلی لیتر به ترتیب 80.60.40.20میلی لیتر از محلول 25ppmبالن 250تایی اضافه کرده وبالن را به حجم می رسانیم وآنهارا به ترتیب D.C.B.Aمی نامیم و جدولی را جهت ثبت داده ها تهیه می کنیم بعد دستگاه فتومترشعله ای را باید آماده کرد.شیر کپسول را باز نموده وبعد با یک دست فندک ودکمه تزریق سوخت را نگه داشته تا شعله ترموکوبل را گرم نماید تا شعله روشن بماند بعد باید دستگاه را کالیبره نمودکه صفر آن را به کمک آب مقطر می توان مشخص نمود برای این کار آب مقطر را به دستگاه داده وباتنظیم کننده دستگاه عددنشان داده شه را به صفر می رسانیم ودکمه BLANK را فشارمیدهیم بعد با نمونه Dکه از غلظت بالا تری برخوردار می باشد 100دستگاه راتنظیم نموده و دکمه FINرا فشار میدهیم این کار را برای صفر وصد تکرار می کنیم تا از کالیبره شدن دستگاه مطمئن شویم.

      حال نمونه ها را به ترتیب با دستگاه تست نموده وداخل جدول تهیه شده ثبت می نماییم.از داده های تهیه شده جدولی به این گونه تنظیم شده است که Cxنمونه آب شهر که مجهول می باشد

Y=25.7x-22.7 > 25.7x-22.7=0  > x=22.7/25.7=0.88

انداره گیری سدیم به روش افزایش استاندارد:

        این روش که معمولتر می باشد در اندازه گیری سدیم به کار گرفته می شود همان طور که می دانید سدیم از عناصر گروه یک می باشد که بسیار فعالند بنابر این به آسانی توسط گرمای شعله تحریک می شوند این جابه جایی فتون ها است که در حال برگشتن به لایه های پایین تر وپایه از خود نشر دارند دراین دستگاه که هوا –  گاز می باشد فقط از نشر آزمایش به عمل می آوریم .

وسایل و مواد مورد نیاز:

فتومتر شعله ای –بالن حجمی50 میلی لیتری 6 عدد –بالن حجمی 100 –پیپت  -کلرید سدیم خشک وخالص –نمونه آب

روش کار:

         مقدار0.25گرم از کلرید سدیم خشک را در یک بالن100 به حجم می رسانیم که 100PPM غلظت آن می باشد.شش بالن را با S.1.2.3.4.5نامگذاری می نماییم .با پیپت از نمونه آب مجهول 25میلی لیتر به هر یک از بالن ها اضافه می نماییم .بعد از بالن نمونه سدیم استاندارد به ترتیب شماره آنها 1تا5 سی سی به بالن ها اضافه می کنیم وبه حجم میرسانیم بعد دستگاه را روشن می نماییم وطول موج را روی nm589 تنظیم می نماییم  دستگاه را کالیبره می کنیم وطبق جدول نمونه ها را از رقیق به غلیظ چک و داده ها را ثبت می کنیم.

Y=9.6x+52.8 > 9.6x+52.8=0 > 9.6x=52.8 > x=52.8/9.6 > x=5.5

=     >xb=cx+ca

2-2 بررسی مزاحمت یون های Na+ ,K+در طیف بینی نشر اتمی:

     با پیپت 25 سی سی از محلول 100 ppm در یک بالن حجمی100 می ریزیم وبه حجم می رسانیم این محلول نسبت به یون سدیم 25ppm است سپس در یک بالن حجمی 100 دیگر 25 میلی لیتر از محلول 100ppm  سدیم و25 میلی لیتر از محلول 100ppm پتاسیم می ریزیم وبه حجم  می رسانیم که غلظت 25 ppm است.

0.025*100/1000*74.56/39.098 =0.0047gr  (  K+)                                                                                                            

0.25*100/1000*58.44/22.9 =0.0063 gr  (Na+)                                                                                                                  

   دستگاه را کالیبره کرده  ودر طول موج 589 نانومتر 43 و41 ثبت می شود

حال 25 سی سی از 100ppm پتاسیم رابه حجم 100 میرسانیم که 25ppmمی باشد  دستگاه را در طول موج 766.5 نانومتر قرار می دهیم باید از صافی پتاسیم هم استفاده کرد

43-41/41*100=4.8%درصد مزاحمت پتاسیم برای سدیم

42-35/35*100=20%درصد مزاحمتسدیم برای پتاسیم

یون های سدیم وپتاسیم در روش نشری مزاحمت آنها همانطور که ملاحظه می فرمایید مثبت می باشد.

منابع خطا:

1.خطاهای دستگاهی که مربوط به دقت دستگاه فتومتر شعله ای میباشد.

2.خطای فرد در تهیه محلولها.

3.خطای ترازوی آنالیتیک.

4.نبودن آب مقطر خالص در آزمایشگاه(وجودNa درآب مقطر)