روش های نوین مطالعه مواد

روش های نوین مطالعه مواد

اسلاید 1: روشهاي نوين مطالعه مواددکتر محمود حاجي صفرياستاديار گروه مهندسي مواد و متالورژي دانشگاه آزاد اسلامي واحد يزد1دانشگاه آزاد اسلامي واحد يزد

اسلاید 2: 2

اسلاید 3: 3بسم الله الرحمن الرحيمالْحَمْدُ لِلّهِ الَّذِي هَدَانَا لِهَـذَا وَمَا كُنَّا لِنَهْتَدِيَ لَوْلا أَنْ هَدَانَا اللّهُ(سوره اعراف آیه 43)

اسلاید 4: 4من امروز سرشار از توجه هستم خدایا از تو سپاسگزارم چون همیشه به من توجه نموده‌ ایمن اکنون هوشمندانه به همه نعمتهای فراوان اطرافم توجه می‌کنم  و قلبم را به سوی آنها می گشایم تا بسویم سرازیر گردند.

اسلاید 5: مراجع درس روشهاي نوين مطالعه مواددکتر گلستانی‌فرد، دکتر محمدعلی بهره‌ور، دکتر اسماعیل صلاحی، ”روشهای شناسایی و آنالیز مواد“، انتشارات دانشگاه علم و صنعتدکتر اعتمادی و دکتر عمیقیان(مترجم)، ”مبانی پراش پرتوی X“، انتشارات دانشگاه شیرازدکتر خرازی و امیر شیخ غفور، ”ابزار شناسایی ساختار مواد“، انتشارات دانشگاه علم و صنعتدکتر مرعشی، دکتر کاویانی، دکتر سرپولکی و دکتر ذوالفقاری، ”اصول و کاربرد میکروسکوپهای الکترونی و روشهای نوین آنالیز“، انتشارات دانشگاه علم و صنعت5

اسلاید 6: فهرست مطالب:تعريف آناليز و معرفي تکنيکهاي مختلف آناليز موادبررسي تکنيکهاي متداول در آناليز عنصري موادبيان تکنيکهاي متداول در آناليز حرارتي موادآناليز فازي اشعه Xآناليز ريزساختاري (OM، SEM، (TEM و غيره6

اسلاید 7: اهميت آناليز و شناسايي مواد در علم و مهندسي مواد:آناليز مواد در مهندسي و علم مواد از اهميت زيادي برخوردار است به طوريکه بدون آشنايي با علم آناليز و مطالعه مواد امکان تحقيق و توسعه و يا کنترل کيفي خواص يک محصول امکان پذير نمي‌باشد. پس بدون استفاده از تکنيکهاي آناليز مواد، صنعت دستخوش شکست خواهد گرديد. آشنايي با مفهوم آناليز:آناليز معادل کلمه analysis (n) مي‌‌باشد که در زبان فارسي معادل مناسبي براي آن پيدا نشده است. ترجمه تجزيه و تحليل کردن براي آن ارائه شده که تفاوت چنداني با ترجمه کلمه analyze(v) ندارد. 7

اسلاید 8: براي واضحتر شدن مفهوم آناليز(Analysis) به موارد زير توجه شود:a- An investigation of the component parts of a whole and their relations in making up the whole.بررسي و مطالعه اجزاء سازنده يک نمونه براي تعيين ارتباط بين آن اجزاء در ساخت نمونه کامل b)The abstract separation of a whole into its constituent parts in order to study the parts and their relations.جدا نمودن اجزاء يک نمونه براي مطالعه ارتباط بين آن اجزاءبراي روشن شدن مفهوم Analyze به موارد زير توجه نماييد:a) Consider in detail and subject to an analysis in order to discover essential features or meaning.بررسي دقيق و موشکافانه ارتباط بين اجزاء يک نمونه براي تعيين و يا کشف خصوصيات مرتبط با آنb) Break down into components or essential features.تعيين نکات اساسي و سازنده يک نمونه8

اسلاید 9: دسته بندي روشهاي آناليز و شناسايي موادآناليز سطحيآناليز حرارتيآناليز عنصريآناليز فازيآناليز ريزساختاريطيف سنجي فتوالکتروني پرتوي Xطيف سنجي جرمي يون ثانويهطيف سنجي الکتروني اوژهديلاتومتري TDTGA: Thermo Gravimetry Analysis DTA: Differential thermal analysis ميکروسکوپ الکتروني روبشي ميکروسکوپ الکترون عبوريميکروسکوپ نوريتفرق اشعه Xتفرق پرتوي الکترونيطيف سنجي نشري شعلهفلورسانس پرتو Xطيف سنجي جذب اتمي9

اسلاید 10: اجزاء مختلف دستگاههاي آناليز موادچشمه برانگیختگیآشکارسازنمونهآنالیزکنندهثبت کننده وچاپگرچشمه بر انگيختگي :چشمه برانگيختگي مي تواند يك چشمه پديد آورنده پرتو x، تفنگ الكتروني، چراغ پديد آورنده پرتو ليزر، شعله و يا جرقه باشد.وظيفه ي اين چشمه، برانگيختگي نمونه و وادار كردن آن به جذب يا نشر انرژي است. بنابراين انرژي چشمه براي پديد آوردن بر انگيختگي مهم تر از شدت آن است. انتخاب نوع چشمه به گستره طيف الكترومغناطيس مورد مطالعه بستگي دارد. دو نكته در مورد نمونه:اول: آنكه نمونه مورد آزمايش هرچند كه به مقدار كم،بايد معرف كل نمونه مجهول باشد.دوم:عامل برانگيختگي بطور كامل و يكنواخت به آن بتابد.آناليزكننده: ميتواند يك صافي، منشورو يا يك بلورپراش دهنده باشد.وظيفه ي تفكيك امواجي را كه از نمونه مي تابد و ارسال انها را به آشكارساز به عهده دارد.آشكارساز: در اين قسمت مقدار انرژي يا شدت پرتويي كه از آناليز كننده رسيده است تعيين مي شود.ثبت كننده: جريان الكتريكي خروجي از قسمت آشكارساز را به صورت يك منحني يا جدول اطلاعات ارايه ميكند. 10

اسلاید 11: Energy کليات مربوط به آنالیز و شناسایی مواد همانگونه که گفته شد در بیشتر روشهای آنالیز مواد، اتمهای ماده به کمک یک چشمه انرژی (معمولا توسط امواج الکترومغناطیس) برانگیخته میشود و پاسخ ماده به این برانگیختگی از جنبه جذب یا نشر انرژی بررسی می‌شود.برانگیختگی اتم11

اسلاید 12: برانگیختگی اتمبراساس نظریه کوانتم، الکترونها در اطراف هسته اتم در موقعیتهای ویژه‌ای هستند و در نتیجه انرژی ویژه‌ای دارند. بنابراین در هر اتم ترازهای ویژه انرژی پدید می‌آید که مجموع این ترازها مانند اثر انگشت مشخصه هر اتم می‌باشد. برانگيختگي اتمي سبب ناپايداري اتم (افزايش انرژي) و در نتيجه موجب تابش پرتو يا پرتوهايي از اتم برانگيخته شده مي‌شود (براي رسيدن اتم به پايداري مجدد). انرژي پرتو يا پرتوهاي تابش يافته به تفاوت انرژي ترازهاي مربوط بستگي دارد.بنابراين اگر بتوان انرژي پرتو را اندازه‌گيري كرد مي‌توان ترازهاي انرژي اتمي و در نتيجه نوع اتم را مشخص نمود. پرتوهاي تابش يافته براي هر اتم مقدار ويژه‌اي بوده و مبين نوع آن اتم است و بعنوان پرتوهاي مشخصه ناميده مي‌شود. 12

اسلاید 13: برانگیختگی مولکولیبرانگيختگي الكتروني منحصر به اتم نيست بلكه اتمهاي يك مولكول نيز وقتي انرژي كافي جذب كنند به سطوح بالاتري برانگيخته مي‌شوند. بعبارت ديگر، ترازهاي مولكولي نيز حالت كوانتايي دارد. ترازهاي انرژي در مولكولها در مقايسه با اتمها از تنوع بيشتري برخوردارند. دو اتم در يك مولكول نسبت به يكديگر در حال حركت هستند و ارتعاش آنها نيز از قانون كوانتايي پيروي ميكند،‌ يعني براي انرژي ارتعاشي نيز ترازهاي ويژه اي در هر مولكول وجود دارد.13

اسلاید 14: ترازهای انرژی در مولکولها در مقایسه با ترازهای انرژی در اتمها از تنوع بیشتری برخوردار میباشد. :Total energy of a molecular state is the sum ofهرچه دماي سيستم ، ارتعاش اتمي ، فاصله تعادلي ،انرژي فاصله تعادلي ، نيروي جاذبه و دافعه براحتي نمي توانند همديگر را خنثي كنند به همين دليل انرژي بيشتر ميشود.14

اسلاید 15: امواج الکترومغناطیس15

اسلاید 16: امواج الكترومغناطيس طيف گسترده اي از پرتوي گاما تا امواج راديويي را شامل مي شود.امواج گاما: در اثر شكاف هسته ايجاد مي شودامواج x: تغيير تراز الكتروني در ترازهاي داخلي و تغيير موقعيت الكترونيامواج ماورا بنفش: تغييرات انرژي مربوط به انتقال الكتروني در ترازهاي بيروني و ظرفيتامواج مريي: در اثر تغييرات انرژي مربوط به اتم ها( تغيير تراز انرژي)امواج فرو سرخ: محدوده طول موج مادون قرمز بيشتر است كه بدليل تنوع بيشتر در ارتعاشات مولكولي مي‌باشد.امواج ماكرويو: در اثر شتاب دوراني الكترون در ميدان هاي شديد ايجاد مي‌شود.امواج راديويي: در اثر شتاب دوراني الكترون در ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي ايجاد مي‌شود. امواج الکترومغناطیس16

اسلاید 17: با توجه به ماهیت ذره‌ای امواج الکترومغناطیس میتوان این امواج بصورت ذره در نظر گرفت که انرژی هر ذره از رابطه پلانک(رابطه زير) بدست می‌آید.در رابطه فوق h، C و λ به ترتیب معرف ثابت پلانک (6.63×10-34J-s)، سرعت نور ( 3×108m/s) و طول موج فوتون می‌باشد. رابطه فوق را می‌توان به صورت زیر نوشت:E=hc/λE=hνکه ν فرکانس یا بسامد فوتون می‌باشد.از رابطه فوق دریافت میشود که:1- انرژی فوتون تک رنگ بوده و تنها به طول موج یا فرکانس آن بستگی دارد.2- شدت پرتو در انرژی آن تاثیر ندارد. (شدت یک پرتو به تعداد فوتونهای آن بستگی دارد).ماهیت ذره‌اي امواج الکترومغناطیسدر آناليز مواد به 2 ويژگي امواج الكترومغناطيس(خصوصيات ذره و موجي)آنها مي بايست توجه نمود.17

اسلاید 18: ماهیت موجی امواج الکترومغناطیساگر شدت كم و زياد شود تعداد اتم هاي برانگيخته كم و زياد مي شود.18

اسلاید 19: آنالیز عنصری موادمتداولترین روش شناسایی مواد، آنالیز عنصری آنهاست. روشهای گوناگونی برای شناسایی عنصری وجود دارد که در میان آنها روشهای مبتنی بر طیف سنجی نوری (Optical Spectrophotometery) بیشترین کاربرد را دارد.طیف سنجی نوری به معنی مطالعه و ثبت جذب یا نشر نور به ویژه در گستره نور مرئی می‌باشد.طیف سنجی نوری يعني:19

اسلاید 20: اساس روش طیف سنجی نوریبرانگیختگی اتم و بررسی رابطه آن با جذب و یا نشر پرتوی الکترومغناطیس در محدوده نور مرئی می‌باشد.زمانيكه الكترونهاي مدار ظرفيت به ترازهاي بالاتر انرژي برانگيخته مي‌شوند در هنگام برگشت از خود انرژي نوراني تابش مي‌كنند. اين نشر يا جذب پرتو براي هر اتم مقدار مشخصي بوده و با مطالعه‌ي طيف مربوط به آنها مي‌توان اتم مورد نظر را شناسايي كرد.در دماهاي معمولي امكان برانگيختگي اتم ها وجود ندارد .اصلي ترين روش براي يرانگيختگي،افزايش دماست. با افزايش دما توزيع انرژي اتم ها مطابق توزيع ماكسول-بولتزمن تغيير خواهد كرد.نور مريي به تنهايي توانايي برانگيختگي الكترون لايه ظرفيت را ندارد. با افزايش دما سطح انرژي اتم ها زياد مي‌شود و تعداد بيشتري از اتمها در آستانه‌ي برانگيختگي واقع مي‌شوند كه حتي با نور مريي هم قابليت برانگيختگي را دارند.باافزايش دما انرژي لازم براي عبور از سد انرژي فراهم ميشود. 20

اسلاید 21: 21

اسلاید 22: روشها یا تکنیکهای طیف سنجی نوریطیف سنجی نوریجذب نورنشر نورنشر شعلهتخلیه الکتریکیپلاسمای جفت نشده القائیبرانگیختگی به کمک جرقهجذب اتمیجذب نوری22

اسلاید 23: 23

اسلاید 24: 24

اسلاید 25: طیف سنجی جذب اتمی Atomic Absorption Spectroscopy: AASاساس اين روش: توانايي جذب انرژي اتمهاي آزاد از پرتويي با طول موج مشخص است.Hollow cathode lampPMTFlamesamplenebulizerAirAcetyleneCoating of elementmonochrometerبطور كلي روش كار يك طيف سنج جذب اتمي متشكل از 4 مرحله است:تشكيل نوراتميزاسيونتك رنگ سازيآشكار سازي25

اسلاید 26: چشمه ي برانگيختگي: لامپ كاتدي توخالياين لامپ از يك جداره پيركسي يا شيشه‌اي تشكيل شده كه پس از تخليه از هوا توسط گاز نيون يا آرگون با فشار كم پر مي‌شود. داخل اين محفظه يك سيم فلزي به عنوان قطب مثبت(آند) و يك محفظه‌ي استوانه‌اي شكل توخالي بعنوان قطب منفي (كاتد) وجود دارد. پديد آمدن ولتاژ و جريان الكتريكي بين آند و كاتد سبب يونش مولكولهاي گاز مي‌شود. بنابراين ذرات مثبت به طرف كاتد شتاب مي‌گيرند و در اثر برخورد به محفظه‌ي تو خالي سبب جدا شدن و انتقال آنها به بيرون از محفظه‌ي استوانه‌اي مي‌شود. اين اتمها در برخورد با مولكولهاي گازي برانگيخته شده و در اثر برگشت به حالت ابتدايي پرتو ويژه خود را تابش مي‌كنند. در پايان از انتهاي چراغ، پرتو ناشي از تغيير ترازانرژي اتمهاي مربوط به فلز كاتد خارج مي‌شود.وظيفه ي چراغ: پديد آوردن پرتو تك رنگ و با شدت بالاست .هرچراغ فقط توان پديد آوردن پرتو مربوط به يك عنصر را دارد.26

اسلاید 27: Ar + e Ar+2eM(s) M(g) M(g) M*(g)M*(g) M(g)+hνيونهاي حاصل با نيروي زيادي به سوي كاتد شتاب مي‌گيرند و Mرا جدا مي‌كنند.اتمهاي M در اثر برخورد با eو يونها برانگيخته مي‌شود.اتمهاي فلز برانگيخته خطوط نشر اتمي ويژه اي را نشر مي‌نمايند.گاز در اثر برخورد با الكترون ( e) يونيزه مي‌شود.27

اسلاید 28: هرچراغ فقط توان پديد آوردن پرتو مربوط به يك عنصر را دارد. بنابراين در هنگام آناليز عنصرهاي گوناگون بايد از چراغ هاي گوناگون استفاده نمود.28

اسلاید 29: آناليز طيف سنجي جذب اتمي براساس نوع اتمايز كردن به دو دسته زير تقسيم مي‌شود:1-طيف سنجي جذب اتمي شعله‌اي2-طيف سنجي جذب اتمي بر اساس اتمايز كردن الكتريكياتمايز كردن الكتريكي (GF): نمونه داخل بوته گرافيتي واقع و با عبور جريان الكتريكي گرم مي‌شود.29

اسلاید 30: در روش GF-AAS سه مرحله حرارت دهي (براي گرم كردن نمونه) داريم:DryAshAtomizeاز انحلال خارج شدن اجزاءخاكستر شدن و زمينه اتمايز مي‌شوداجزاء به فرم اتمايز شده درآمده30

اسلاید 31: Flame Atomic Absorption Spectroscopy: Flame AASWavelength SelectorSampleDetectorSignal Processor ReadoutPPoChopperپرتو نور پديد آمده، در مسير حركت خود نخست از ميان شعله‌اي كه نمونه به صورت محلول در آن تزريق شده است عبور مي‌كند. شعله به كمك مخلوطي از گازهاي استيلن-هوا يا استيلن-اكسيژن پديد مي‌آيد.پديد آوردن مخلوط مناسب و تضمين دماي مطلوب از شرايط اصلي شعله است. معمولا دمايي در گستره ي 2000ºC تا 3000ºC در شعله ايجاد مي‌شود.31

اسلاید 32: Flame AAS (continue) شماتيك ايجاد شعله و اتمايزينگ نمونه32

اسلاید 33: Flame AAS (continue) نواحي مختلف شعله: 33

اسلاید 34: 1- منطقه پيشگرمايي: در ناحيه ابتدايي مخروط داخلي شعله است. در اين ناحيه دماي گاز ورودي بسيار سريع افزايش مي‌يابد زيرا آنها تابش شعله را جذب مي‌نمايند.2- منطقه ي واكنش مقدماتي: در اين منطقه مقدار زيادي نشر نور صورت طيف گسترده‌اي وجود دارد. اين منطقه داغ‌ترين قسمت شعله است و در اين ناحيه اغلب شكست هاي اتمي و مولكولي رخ مي‌دهد.3- منطقه بين مخروطي: اين منطقه در تعادل حرارتي موضعي است. در اين ناحيه دماهاي نسبتا بالا به واسطه گرمادهي واكنشهاي تركيب راديكالها ايجاد مي‌شود و نور كمتري از هر دو ناحيه واكنش مقدماتي و ثانوي نشر مي‌شود.4- منطقه واكنش ثانويه: در اين ناحيه درجه حرارت افت كرده و اكسيژن اتمسفر اطراف وارد شعله مي‌شود. در اين ناحيه اتمها به مولكولهاي پايدار و اكسيدها تبديل مي‌شود.منطقه پيشگرمايي Flame AAS (continue) نواحي مختلف شعله (ادامه): 34

اسلاید 35: برحسب اينكه نمونه ما به كدام قسمت شعله پاشيده شود مقدار جذب توسط عناصر مختلف متفاوت است. بعبارت ديگر، محل برخورد اتمها به شعله مهم است به علت رفتار متفاوت اتمها.عناصري كه سريع اكسيد مي‌شوند در حوالي مشعل حداكثر جذب را دارند. عناصري كه مقاومت به اكسيداسيون بالايي دارند در قسمت خارجي مشعل حداكثر ميزان جذب را دارند.علت تفاوت در جذب در نقاط مختلف شعله:1- ماهيت ماده2- دماهاي شعله(با تنظيم سوخت و اكسيدان)تغييرات ميزان جذب عناصر بر حسب ارتفاع شعلهنتيجه گيري:الف)‌ حساسيت جذب در مورد عناصر مختلف متفاوت است.ب)‌ طول شعله‌اي كه در طيف سنجي نوري استفاده مي‌شود بايستي ماكزيمم يا بلند باشد.ج) آناليز چندگانه در يك بار آناليز كردن مشكل است.35

اسلاید 36: مهپاش: اتميزاسيوننمونه به صورت محلول و به كمك يك دستگاه پاشنده كه در اصطلاح به آن مهپاش مي‌گويند به داخل شعله پاشيده مي‌شود. محلول به كمك يك لوله موئي در نزديكي خروجي يك محفظه گاز پرفشار تزريق شده و جريان گاز، اين مايع را به ذرات بسيار ريز تبديل مي‌كند.استفاده از نمونه به صورت مايع و پاشيدن آن براي آسان كردن فرايند تبخير مايع و شكستن مولكولهاي آن و در نتيجه تشكيل اتمهاي آزاد است .36

اسلاید 37: مراحل اتمایز نمودن نمونه و پديده‌هاي مربوطه:1- نمونه در يك محلول حل شده و داخل شعله پاشيده مي‌شود. حلال تبخير مي‌شود و ذرات ريزي از نمك پديد مي‌آيد.2- ذرات جامد پديد آمده به ذرات گازي تبديل مي‌شوند.3- بخشي از مولكولهاي گازي شكسته شده و اتمهاي آزاد پديد مي‌آيد.4- قسمتي از اتمهاي آزاد در اثر برخورد به اجزاي ديگر موجود در شعله به حالت برانگيخته در آمده و حتي شماري از آنها نيز يونيزه مي‌شوند. تعدادي از آنها ممكن است با اجزاي ديگر مانند هيدروكسي (Oh) و يا اكسيژن (O2) واكنش كرده و تركيبهاي جديدي بوجود آورند.37

اسلاید 38: چگونه ميتوان پرتوهاي اضافي را حذف كرد؟برخي از اتمها در اثر برخورد با شعله، خودشان برانگيخته مي‌شوند و هنگام برخورد پرتو با آنها علاوه بر مقدار انرژي كه جذب مي‌كنند، مقداري انرژي ساطع مي‌كنند. پس ابتدا صافي را قرار مي‌دهيم تا از عبور پرتو جلوكيري كند و فقط پرتوي نشري را به شناساگر منتقل كند بعد با چرخاندن صافي پرتو عبور ميكند در اين حالت پرتويي كه به شناساگر منتقل مي‌شود مجموع پرتو نشري توسط اتمها و هم پرتو جذبي است كه از اين طريق مي‌توانيم مقدار جذب اتمي را محاسبه نماييم 38

اسلاید 39: تك رنگ كننده:در صورتي كه هدف تعيين كاهش شدت پرتو ابتدايي باشد پيش از رسيدن پرتو به آشكار ساز، بايد پرتوهاي مزاحم را حذف كرد اين كار را تك رنگ كننده انجام مي‌دهد.گراتينگ يك قطعه ي شيشه مي‌باشد كه روي آن شيارهايي با فاصله و شيب مشخص پديد آمده است. اين وسيله مي‌تواند هر پرتويي را در زاويه مشخصي به صورت پراش بازتاب نمايد. در حالت پراش كه همان بازتاب تقويت شده است هر طول موج از بقيه پرتو تفكيك شده و باقي مانده پرتو پراكنده مي‌شود. در نتيجه پرتو مورد نظر از دريچه‌ي خروجي خارج و به داخل آشكارساز هدايت مي‌شود.حساست گراتينگ به موازي، مستقيم و يكسان بودن شيارهاي ان بستگي دارد وقتي كه پرتو از شعله عبور ميكند مقداري از شدت آن كاسته شده سپس وارد تك رنگ كننده ميشود.39

اسلاید 40: آشكارسازThe amount of light absorbed is proportional to the number of unexcited atoms present. This has been referred to as the Beer-Lambert law and can be expressed in the form of the equation below.40

اسلاید 41: GF-AAS 1-اتمايز شدن پيوسته است2-مقدار نمونه مصرفي %5-13-مقدار ماده مصرفي (ml)4-زمان بررسي نسبتا كوتاهms))1-پالسي و گذراست2-مقدار نمونه مصرفي %1003-مقدار ماده مصرفي (µl)4-زمان بررسي نسبتا طولاني(s)FLAME -AAS 41

اسلاید 42: نشرجذبشكل زير اصول كار طيف‌سنجي نشر و جذب اتمي را نشان مي‌دهد.آزاد شدن يا بازگشت ذرات برانگيخته به حالت پايه (الكترونهاي ظرفيت) همراه با پرتويي در محدوده نور مريي و UV است كه اينها از مشخصه‌هاي اجزاي سازنده مواد هستند.هر عنصري در حين بازگشت از حالت برانگيخته به حالت پايه، پرتو مشخصه‌ي خودش را ساطع ميكند. بررسي پرتوهاي مذكور مشخص كننده نوع عنصر و شدت آنها مقدار عنصر را مشخص مي‌نمايد.طیف سنجی نشر نوری AES42

اسلاید 43: اجزاء اصلي طيف‌سنج نشر نورياز مهمترين منابع برانگيختگي مورد استفاده درآزمون AES ميتوان به موارد زير اشاره نمود: 1-شعله2-جرقه(اسپارك)3-قوس الكتريكي(آرك)4-پلاسما43

اسلاید 44: مزيت شعله:طيف‌سنج (نورسنج) شعله‌اي عمدتا براي تعيين عناصر سديم، پتاسيم و كلسيم استفاده مي‌شود.نورسنج شعله‌اي به علت سادگي به مراتب ارزانتر از ديگر منابع برانگيختگي است.عدم تداخل طيفي: دماي نسبتا پايين شعله (در مقايسه با ديگر منابع برانگيختگي) موجب ايجاد تنها چند خط نشري از عناصر موجود در نمونه مي‌شود. عدم تداخل‌هاي يونيزاسيون: دماي نسبتا پايين شعله موجب حداقل شدن يونيزه شدن فلزات قليايي ميشود. لازم به ذكر است ميزان يونيزاسيون فلزات قليايي با افزايش دما افزايش مي‌يابد.محدوديت شعله:خود جذبينشر زمينه تداخل طيفي منبع برانگيختگي شعلهبطور كلي در مواردي كه حساسيت نسبتا كمي كافي است نور سنج شعله‌اي روش مقرون به صرفه‌اي است.44

اسلاید 45: مزاياي منابع نشر غير شعله اي:عدم تداخل شيمياييحساسيت بالاتر، بخصوص براي خطوط نشري در ناحيه ماورا بنفشگستره‌ي كاري خطي طولاني(تا حدود 4 برابر اندازه‌ي غلظت)امكان تجزيه همزمان چند عنصر پلاسما:يك مخروط گازي با قابليت هدايت الكتريكي كه شامل يون است.بار خالص پلاسما صفر است.عمدتا از گاز آرگون استفاده مي‌شود كه يونيزه مي‌شود و دمايي به اندازه ي 10000 كلوين ايجاد مي‌كند.پلاسما، با قرار دادن گاز در معرض تخليه الكتريكي بدست مي‌آيد. تخليه الكتريكي مي‌تواند به چندين روش حاصل شود كه عبارتند از:ICP (پلاسماي القايي جفت شده): از جريان متناوب با فركانس بالا براي ايجاد پلاسما در اتمسفر آرگون استفاده مي‌شود.DCP(پلاسماي قوس جريان مستقيم): از جريان مستقيم براي ايجاد پلاسما در اتمسفر گاز آرگون استفاده مي‌شود.MIP (پلاسماي القا شده توسط ريز موج): از جريان متناوب با فركانس فوق العاده بالا براي ايجاد پلاسما در اتمسفر هليوم استفاده مي‌شود.منبع برانگيختگي پلاسما45

اسلاید 46: پلاسماي جفت شده القايي (ICP)اين پلاسما از القاي يك ميدان مغناطيسي با بسامد بالا پديد مي‌آيد. شكل روبرو مشعل پلاسما را نشان ميدهد.همانطور كه در شكل ديده ميشود، دو لوله از جنس كوارتز در داخل لوله ي سومي جا سازي شده و سيم هاي جريان بسامد بالا در قسمت بالايي لوله خارجي قرار دارند.نمونه مجهول از لوله مركزي به شكل ريز مايع توسط گاز آرگون به قسمت بالايي رانده مي‌شود. براي تشكيل پلاسما، گاز آرگون از لوله‌ي ديگر جريان مي‌يابد و از لوله‌ي سوم آرگون فقط براي ايجاد سرمايش بصورت مارپيچ به بالا جريان دارد. براي روشن كردن مشعل، نخست گاز آرگون از طريق لوله مركزي به طرف بالا فرستاده شده و در محوطه سيم‌ها بخاطر وجود ميدان مغناطيسي يونيزه مي‌شود. پس از برقراري جريان آرگون ابتدايي، بوسيله‌ي تخليه التريكي، مقداري الكترون در محيط پلاسما تخليه مي‌شود و اين الكترونها در ميدان مغناطيسي، وارد يك جريان گردابي گرديده و برخورد انها به مولكولهاي گاز باعث يونش آنها مي‌شود.46Inductively coupled plasma (ICP)

اسلاید 47: پلاسماي جفت شده القايي به پلاسماي راديو فركانسي (RF)نيز معروف است.اين پلاسما در توانهاي بالاي KW3-5/. و فركانس MHZ50-15 به كار ميرود.دماها تا 10000 فارنهايت يا 5500 سانتي گراد در اين پلاسما قابل حصول اند.مدت زماني كه نمونه داخل پلاسما قرار ميگيرد 2 ميلي ثانيه است زمان كوتاه بدليل دماي بالاست.47

اسلاید 48: ورود نمونه به داخل ICP:1-اتمايز نمودن(اسپري شدن) (nebulizers): عمده ترين حالتي است كه در طيف سنجي نشري استفاده ميشود. نمونه ابتدا بصورت محلول در مي‌آيد و به داخل پلاسما پاشيده ميشود. دمش گاز آرگون در حدود 0.3-1.5 ml/min2-تبخير نمونه توسط گرم نمودن الكتريكي (electro thermal vaporization): نمونه هاي مذاب يا جامد با استفاده از گرمايش الكتريكي نمونه( توسط ميدان الكتريكي)تبخير ميشود و فرم تبخير شده وارد پلاسما ميشود3-جداكردن، كندن يا پودر كردن(ablation devices): در مورد نمونه هاي جامد مثل رنده كردن نمونه رنده شده و وارد محيط پلاسما ميشود(حالت مكانيكي دارد)48

اسلاید 49: 49

اسلاید 50: پلاسماي قوس جريان مستقيم (DCP)پلاسمابطور مستقيم بين دو الكترود ايجاد مي‌شود. يعني جرقه ايجاد مي‌شود كه باعث يونيزه شدن اتمها بين اين دو الكترود شده و پلاسما ايجاد مي‌شود.جرياني كه براي اين قوس استفاده مي‌شود مستقيم است.محيطي كه پلاسما ايجاد مي‌شود محيط آرگون است كه خنثي است. دما حدود 10000 كلوين است.در پلاسماي جريان مستقيم آرگون كمتري استفاده مي‌شود و تجهيزات استفاده شده ارزانتر از ICP است.الكترودهاي گرافيتي استفاده شده در اين روش هر چند ساعت يكبار بايستي عوض شود كه در ICPنگه داري كمتري لازم است.50

اسلاید 51: مزاياي منابع پلاسمايي:1- تداخل بين عنصري كمتر است2-قابليت امكان برانگيختگي چندين عنصر بطور همزمان وجود دارد3-امكان اناليز مقادير كمي از عناصر كه تمايل به تشكيل تركيبات ديرگداز را دارند در اين روش وجود دارد4-تعيين تركيب شيميايي غير فلزي5-دماي مقطع پلاسما تقريبا يكنواخت استنكته:طيف سنجي نشر توسط پلاسما نمي‌تواند جايگزين كامل جذب اتمي توسط الكتروترمال،شعله شود چون طيف سنجي جذبي ساده تر ،ارزان تر و دقيق تر نسبت به روش نشر است.طيف سنجي نشر و جذب مكمل هم هستند.51

اسلاید 52: 52طیف سنجی يا نورسنجي

اسلاید 53: 53طيف‌سنجي نشري و نوري

اسلاید 54: GF-AAS1-ارزانتر است.2-هرمرحله اناليز يك عنصر را مشخص ميكند.3-مقدار نمونه مصرفي خيلي كم است.4-تداخل هاي اتمايز شده بيشتر است(تداخل اتمي)(طيف ايجاد نميشود).ICP-AES 1-تجهيزات گران تر است.2-هر مرحله آناليز چندين عنصر از مشخص ميكند.3-مقدار نمونه مصرفي خيلي بيشتر است.4-برخوردها و تداخل طيفي است(دما بالاست،تداخل اتمي نداريم).هردو تكنيك مكمل يكديگرند 54مقايسه آزمون طيف‌سنجي نشر و جذب

اسلاید 55: طيف سنجي جرمي،روشي است كه در ان براي شناسايي مواد،ازذرات بار داراستفاده ميكنند.در يك طيف سنج جرمي،ابتدا مولكول هاي جسم توسط جرياني از الكترون هاي پر انرژي بمباران ميشود و برخي از مولكولها نيز به يون تبديل ميشوند اين يونها در يك ميدان الكتريكي شتاب ميگيرند و براساس نسبت جرم به بار الكتريكي در يك ميدان مغناطيسي يا الكتريكي از هم جدا خواهند شد انگاه يونهايي كه نسبت جرم به بار مشخصي دارند توسط قسمت اشكارساز دستگاه كه ميتواند يك نمايشگر يا چاپ گر باشد اشكار ميشود.55طیف سنجی جرمی

اسلاید 56: اصول كارThe three essential functions of a mass spectrometer, and the associated components, are: 1- The Ion Source: A small sample is ionized, usually to cations by loss of an electron  2- The Mass Analyzer: The ions are sorted and separated according to their mass and charge  3- The Detector: The separated ions are then measured, and the results displayed on a chart در طيف سنجي جرمي به نمونه آسيبي نمي‌رسد.نتيجه كار، يك طيف جرمي است كه نشان دهنده تعداد ذرات شمارش شده به عنوان تابعي از نسبت جرم به بار الكتريكي انهاست.در اين روش نمونه به هر سه حالت جامد،مايع و گاز قابل شناسايي است56

اسلاید 57: 57

اسلاید 58: در طیف سنجی جرمی از ذرات باردار برای آنالیز مواد استفاده میشود.1/2.m.v2=e.V (1)m.v=r.e.H (2)m/e=H2.r2/2V58

اسلاید 59: 59