اجزای لامپ های جذب اتمی؛ HCL و EDL
طیف‌سنجی جذب اتمی (Atomic Absorption Spectroscopy) یکی از مهم‌ترین تکنیک‌ها برای تجزیه و تحلیل غلظت عناصر خاص در نمونه‌های مختلف است.
به گزارش شبکه اطلاع رسانی راه دانا؛ طیف‌سنجی جذب اتمی (Atomic Absorption Spectroscopy) یکی از مهم‌ترین تکنیک‌ها برای تجزیه و تحلیل غلظت عناصر خاص در نمونه‌های مختلف است. دو نوع اصلی لامپ‌های مورد استفاده در دستگاه‌های AAS شامل لامپ‌های کاتدی توخالی (Hollow Cathode Lamp - HCL) و لامپ‌های تخلیه بدون الکترود (Electrodeless Discharge Lamp - EDL) می‌باشد. هر کدام از این لامپ‌ها دارای اجزای خاصی هستند که نقش تعیین‌کننده‌ای در عملکرد دستگاه ایفا می‌کنند. در این مقاله، به بررسی دقیق‌تر اجزای هر دو نوع لامپ و نحوه عملکرد آن‌ها می‌پردازیم.
لامپ کاتدی توخالی (Hollow Cathode Lamp)
لامپ کاتدی توخالی (HCL) یکی از پرکاربردترین منابع نوری در دستگاه‌های طیف‌سنجی جذب اتمی است. این لامپ‌ها به دلیل پایداری و توانایی تولید نور با طول موج دقیق و مورد نظر، برای اندازه‌گیری عناصر مختلف استفاده می‌شوند. اجزای اصلی این لامپ‌ها به شرح زیر است:
- کاتد توخالی (Hollow Cathode)
- آند (Anode)
- گاز پرکننده (Filler Gas)
- شیشه پوششی (Envelope)
- اتصالات الکتریکی (Electrical Connections)
- پایه لامپ (Lamp Base)
در ادامه با جزئیات مربوط به این شش مورد آشنا می‌شویم.
۱-کاتد توخالی (Hollow Cathode)
کاتد توخالی بخش مرکزی و کلیدی لامپ HCL است. این کاتد از فلز خالص یا آلیاژهایی ساخته می‌شود که مشابه با عنصر مورد تجزیه است. به عنوان مثال، برای تجزیه نقره، کاتد از نقره یا آلیاژهای آن ساخته می‌شود. درون کاتد یک حفره کوچک وجود دارد که به عنوان منبع تولید نور عمل می‌کند.
هنگامی که یک جریان الکتریکی بین کاتد و آند شکل می‌گیرد، گاز بی‌اثر بین آند و کاتد یونیزه می‌شود. این یون‌ها به سمت کاتد حرکت کرده و آن را برانگیخته می‌کنند. این فرآیند باعث می‌شود اتم‌های فلزی در کاتد برانگیخته شده و سپس به حالت پایدار بازگردند که در این فرآیند، نور با طول موج مشخص ساطع می‌شود. این طول موج دقیقا همان طول موج مورد نیاز برای تجزیه عنصر مورد نظر است.
۲- آند (Anode)
آند یک قطب مثبت درون لامپ HCL است که معمولاً از مواد رسانای مقاوم مانند نیکل یا پلاتین ساخته می‌شود. آند در لامپ به صورت یک میله یا صفحه کوچک طراحی شده است.
آند وظیفه جمع‌آوری الکترون‌هایی را دارد که از کاتد جدا شده‌اند. این الکترون‌ها پس از جداشدن از کاتد به سمت آند حرکت می‌کنند که این حرکت، باعث ایجاد جریان الکتریکی درون لامپ می‌شود. جریان الکتریکی به تولید پلاسما درون لامپ کمک می‌کند و در نهایت باعث تحریک اتم‌های فلزی و انتشار نور می‌شود. عملکرد صحیح آند برای حفظ پایداری و کیفیت نور تولید شده بسیار مهم است.
همان‌طور که در لینک زیر مشاهده می‌کنید، قیمت لامپ‌ها متفاوت است. یکی از دلایل تفاوت قیمت لامپ دستگاه جذب اتمی همین جنس آند است:
https://myindustry.ir/choosing-aas-lamp-tips/
۳- گاز پرکننده (Filler Gas)
درون لامپ HCL با گاز بی‌اثر مانند نئون یا آرگون پر شده است. این گازها به دلیل خواص شیمیایی خود، به آسانی با اتم‌های فلزی واکنش نمی‌دهند و در عین حال توانایی انتقال انرژی از الکترون‌ها به اتم‌های فلزی را دارند. فشار گاز پرکننده در لامپ باید به دقت تنظیم شود تا بهینه‌ترین شرایط برای تخلیه الکتریکی ایجاد شود.
گاز بی‌اثر داخل لامپ باعث ایجاد تخلیه الکتریکی بین کاتد و آند می‌شود. این تخلیه الکتریکی منجر به تولید پلاسما درون لامپ می‌گردد که در نهایت باعث تحریک اتم‌های کاتد و انتشار نور با طول موج مشخص می‌شود. کیفیت و فشار گاز پرکننده نقش مهمی در پایداری و کارایی لامپ دارد.
۴- شیشه لامپ (Envelope)
شیشه لامپ HCL معمولاً از مواد مقاوم به حرارت و با ضریب انتقال نوری بالا مانند کوارتز یا بوروسیلیکات ساخته می‌شود. این شیشه باید توانایی تحمل دماهای بالا و همچنین انتقال نور تولیدشده توسط لامپ را بدون ایجاد تداخل داشته باشد.
شیشه پوششی دو وظیفه اصلی دارد؛ اول، محافظت از اجزای داخلی لامپ در برابر محیط خارجی و دوم، عبور دادن نور تولیدشده به سمت بیرون از لامپ. شفافیت و خلوص نوری شیشه بر کیفیت نور ساطع‌شده و در نتیجه بر دقت اندازه‌گیری تأثیر مستقیم دارد.
۵- اتصالات الکتریکی (Electrical Connections)
اتصالات الکتریکی در لامپ HCL برای اتصال لامپ به منبع تغذیه و ایجاد ولتاژ مورد نیاز برای عملکرد لامپ طراحی شده‌اند. این اتصالات معمولاً از مواد رسانا با کیفیت بالا ساخته می‌شوند تا انتقال الکتریسیته به‌صورت پایدار و بدون تداخل انجام شود.
این اتصالات جریان الکتریکی را به لامپ منتقل می‌کنند و ولتاژ لازم را برای ایجاد تخلیه الکتریکی درون لامپ فراهم می‌آورند. اتصال صحیح و پایدار این اجزا برای عملکرد بهینه لامپ ضروری است.
۶-پایه لامپ (Lamp Base)
پایه لامپ بخشی است که لامپ را در جای خود در دستگاه AAS نگه می‌دارد و به عنوان واسط بین لامپ و منبع تغذیه عمل می‌کند. پایه لامپ باید به گونه‌ای طراحی شده باشد که لامپ به‌طور دقیق و محکم در دستگاه قرار گیرد.
پایه لامپ وظیفه تثبیت و نگهداری لامپ در جای خود را دارد. همچنین پایه لامپ وظیفه اتصال به منبع تغذیه و انتقال جریان الکتریکی به اجزای داخلی لامپ را بر عهده دارد. یک پایه مناسب باید از مواد با کیفیت ساخته شده باشد تا از لرزش یا جابه‌جایی لامپ در حین کار جلوگیری کند.
لامپ تخلیه بدون الکترود (EDL)
لامپ‌های تخلیه بدون الکترود (EDL) نوع دیگری از منابع نوری در دستگاه‌های AAS هستند که در کاربردهایی که نیاز به حساسیت و توان بالاتر است، استفاده می‌شوند. این لامپ‌ها دارای ساختار و اجزای متفاوتی نسبت به لامپ‌های HCL هستند. اجزای اصلی لامپ EDL عبارتند از:
۱-حباب شیشه‌ای (Glass Bulb)
حباب شیشه‌ای در لامپ‌های EDL یک محفظه بسته است که از جنس شیشه مقاوم به حرارت بالا، مانند کوارتز یا بوروسیلیکات ساخته شده است. درون این حباب، گاز بی‌اثر (مانند نئون یا آرگون) و مقدار کمی از عنصر مورد نظر برای تجزیه قرار دارد.
حباب شیشه‌ای به عنوان محافظی برای حفظ گاز و نمونه عنصر درون خود عمل می‌کند. این حباب باید به گونه‌ای طراحی شده باشد که در برابر دما و فشارهای داخلی مقاوم باشد و نور تولیدشده را به خوبی عبور دهد.
۲- گاز بی‌اثر (Inert Gas)
درون حباب شیشه‌ای لامپ EDL با گاز بی‌اثر پر شده است که معمولاً نئون یا آرگون است. این گاز بی‌اثر در زمان تحریک لامپ به تولید پلاسما کمک می‌کند. گاز بی‌اثر به دلیل خنثی بودن شیمیایی با عنصر درون لامپ واکنش نمی‌دهد و تنها به عنوان یک واسطه برای انتقال انرژی عمل می‌کند.
گاز بی‌اثر درون حباب نقش مهمی در ایجاد پلاسما در زمان تحریک لامپ دارد. پلاسما باعث تحریک اتم‌های عنصر مورد نظر می‌شود و در نتیجه نور با طول موج مشخص ساطع می‌شود. فشار و خلوص این گاز نقش مهمی در کارایی و کیفیت نور تولید شده دارد.
۳- نمونه عنصر (Element Sample)
مقدار کمی از عنصر مورد تجزیه به صورت گاز یا بخار درون حباب شیشه‌ای قرار دارد. این عنصر، همان عنصری است که لامپ برای آن طراحی شده است (به عنوان مثال، جیوه یا سدیم).
عنصر درون حباب، منبع نور در لامپ EDL است. زمانی که پلاسما درون حباب ایجاد می‌شود، اتم‌های این عنصر تحریک شده و نور با طول موج مشخص ساطع می‌کنند. این نور دقیقاً متناظر با عنصر مورد تجزیه است و در دستگاه AAS برای اندازه‌گیری غلظت آن عنصر استفاده می‌شود.
۴- منبع تحریک خارجی (External Excitation Source)
بر خلاف لامپ‌های HCL، لامپ‌های EDL فاقد الکترودهای داخلی هستند و به‌جای آن‌ها از یک منبع تحریک خارجی استفاده می‌شود. این منبع تحریک می‌تواند امواج مایکروویو، امواج رادیویی یا میدان الکتریکی باشد که به حباب شیشه‌ای اعمال می‌شود.
منبع تحریک خارجی انرژی لازم را برای ایجاد پلاسما درون حباب فراهم می‌کند. پلاسما اتم‌های عنصر را تحریک می‌کند و باعث ساطع شدن نور با طول موج مشخص می‌شود. نوع و شدت منبع تحریک باید به دقت تنظیم شود تا عملکرد بهینه لامپ تضمین شود.
۵- پایه لامپ (Lamp Base)
توضیحات مربوط به پایه‌ی این لامپ دقیقا مشابه لامپ HCL است.
نتیجه‌گیری
لامپ‌های کاتدی توخالی (HCL) و لامپ‌های تخلیه بدون الکترود (EDL) هر دو به عنوان منابع نوری در دستگاه‌های طیف‌سنجی جذب اتمی استفاده می‌شوند، اما با توجه به کاربردهای مختلف، انتخاب بین این دو نوع لامپ به نیازهای خاص آنالیز بستگی دارد. HCLها برای تجزیه‌های معمولی با پایداری و دقت بالا استفاده می‌شوند، در حالی که EDLها برای کاربردهای حساس‌تر که نیاز به طول موج‌های خاص و توان بالا دارند، مناسب‌تر هستند. درک اجزای هر یک از این لامپ‌ها و نقش آن‌ها در عملکرد دستگاه، به کاربر کمک می‌کند تا انتخاب صحیح‌تری انجام دهد و از دستگاه AAS به بهترین شکل بهره‌برداری کند.
ارسال دیدگاه