परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी

परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रमिकी (AAS) और परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रमिकी (AES) गैसीय अवस्था में मुक्त परमाणुओं द्वारा रासायनिक तत्वों के मात्रात्मक निर्धारण के लिए एक स्पेक्ट्रोविश्लेषणात्मक प्रक्रिया है। परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रमिकी मुक्त धात्विक आयनों द्वारा प्रकाश के अवशोषण पर आधारित है।

विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में तकनीक का विश्लेषण करने के लिए नमूने में एक विशेष तत्व (विश्लेषण) की एकाग्रता का निर्धारण करने के लिए उपयोग किया जाता है। AAS का उपयोग विलयन में 70 से अधिक विभिन्न तत्वों को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है, या सीधे विद्युत तापीय वाष्पीकरण के माध्यम से ठोस नमूनों में किया जा सकता है। और इसका उपयोग औषध, जैवभौतिकी, पुरातत्व और विष विज्ञान अनुसंधान में किया जाता है।

परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रमिकी का पहली बार एक विश्लेषणात्मक तकनीक के रूप में उपयोग किया गया था, और अंतर्निहित सिद्धांत 19 वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में जर्मनी के हीडलबर्ग विश्वविद्यालय के दोनों प्राध्यापक रॉबर्ट विल्हेम बन्सन और गुस्ताव रॉबर्ट किरचॉफ द्वारा स्थापित किए गए थे।

AAS का आधुनिक रूप 1950 के दशक के दौरान ऑस्ट्रेलियाई रसायनज्ञों की एक टीम द्वारा बड़े पैमाने पर विकसित किया गया था। उनका नेतृत्व मेलबोर्न, ऑस्ट्रेलिया में राष्ट्रमंडल वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुसंधान संगठन (CSIRO), मेलबर्न, ऑस्ट्रेलिया में रासायनिक भौतिकी विभाग में एलन वॉल्श (भौतिक विज्ञानी) ने किया था।

रसायन विज्ञान के विभिन्न क्षेत्रों में परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोमेट्री के कई उपयोग हैं जैसे कि जैविक तरल पदार्थ और ऊतकों जैसे संपूर्ण रक्त, प्लाज्मा, मूत्र, लार, मस्तिष्क के ऊतक, यकृत, बाल, मांसपेशियों के ऊतकों में धातुओं का नैदानिक ​​विश्लेषण। परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग गुणात्मक और मात्रात्मक विश्लेषण में किया जा सकता है।

सिद्धांत
यह तकनीक एक नमूने के परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रम का उपयोग करती है ताकि इसके भीतर विशिष्ट विश्लेषणों की एकाग्रता का आकलन किया जा सके। नापा गया अवशोषण और विश्लेषण एकाग्रता के बीच संबंध स्थापित करने के लिए ज्ञात विश्लेषण सामग्री वाले मानकों की आवश्यकता होती है और इसलिए [बीयर-लैंबर्ट कानून] पर निर्भर करता है।

उपकरण
इसके परमाणु घटकों के लिए एक नमूने का विश्लेषण करने के लिए, इसे परमाणु बनाना होगा। आजकल सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले परमाणु आग की ज्वाला और विद्युत तापीय (ग्रेफाइट नली) परमाणु हैं। तब परमाणुओं को प्रकाशीय विकिरण द्वारा विकिरणित किया जाना चाहिए, और विकिरण स्रोत एक तत्व-विशिष्ट रेखा विकिरण स्रोत या एक सतत विकिरण स्रोत हो सकता है। विकिरण तब विकिरण स्रोत द्वारा उत्सर्जित किसी अन्य विकिरण से तत्व-विशिष्ट विकिरण को अलग करने के लिए एक मोनोक्रोमेटर(एकवर्णक) से गुजरता है, जिसे अंततः एक डिटेक्टर द्वारा मापा जाता है।

पिचकारी
आजकल उपयोग किए जाने वाले स्पेक्ट्रोस्कोपिक ज्वाला और विद्युत तापीय परमाणु हैं। अन्य परमाणु, जैसे चमक-निर्वहन परमाणुकरण, हाइड्राइड परमाणुकरण, या शीत-वाष्प परमाणुकरण, का उपयोग विशेष उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है।

ज्वाला परमाणु
AAS में सबसे पुराने और सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले परमाणु की लपटें हैं, मुख्य रूप से लगभग 2300 डिग्री सेल्सियस के तापमान वाली वायु-एसिटिलीन लौ और लगभग 2700 डिग्री सेल्सियस के तापमान वाली नाइट्रस ऑक्साइड प्रणाली (एन2O)-एसिटिलीन लौ। बाद की लौ, इसके अलावा, अधिक कम करने वाला वातावरण प्रदान करती है, ऑक्सीजन के लिए उच्च आत्मीयता वाले विश्लेषणों के लिए आदर्श रूप से अनुकूल है।

तरल या घुले हुए नमूने आमतौर पर फ्लेम परमाणु के साथ उपयोग किए जाते हैं। नमूना विलयन एक वायवीय विश्लेषणात्मक नेब्युलाइज़र द्वारा एस्पिरेट किया जाता है, जिसे एक वायुोसोल में बदल दिया जाता है, जिसे एक स्प्रे कक्ष में पेश किया जाता है, जहाँ इसे लौ गैसों के साथ मिलाया जाता है और इस तरह से वातानुकूलित किया जाता है कि केवल बेहतरीन एरोसोल की बूंदें (< 10 μm) प्रवेश करें। ज्योति। यह कंडीशनिंग प्रक्रिया व्यवधान को कम करती है, लेकिन एरोसोलिज्ड विलयन का लगभग 5% ही इसकी वजह से लौ तक पहुँचता है।

स्प्रे कक्ष के शीर्ष पर एक बर्नर हेड होता है जो पार्श्व में लंबी (आमतौर पर 5–10 सेमी) और केवल कुछ मिमी गहरी लौ पैदा करता है। विकिरण किरण इस लौ के माध्यम से अपनी सबसे लंबी धुरी से गुजरती है, और लौ गैस प्रवाह-दर को मुक्त परमाणुओं की उच्चतम सांद्रता का उत्पादन करने के लिए समायोजित किया जा सकता है। बर्नर की ऊंचाई को भी समायोजित किया जा सकता है, ताकि विकिरण किरण ज्वाला में उच्चतम परमाणु बादल घनत्व के क्षेत्र से गुजरे, जिसके परिणामस्वरूप उच्चतम संवेदनशीलता हो।

एक ज्वाला में होने वाली प्रक्रियाओं में डीसोल्वेशन (सुखाने) के चरण शामिल होते हैं जिसमें विलायक वाष्पित हो जाता है और शुष्क नमूना नैनो-कण रह जाते हैं, वाष्पीकरण (गैसीय चरण में स्थानांतरण) जिसमें ठोस कण गैसीय अणु में परिवर्तित हो जाते हैं, परमाणुकरण जिसमें अणुओं को मुक्त परमाणुओं में अलग कर दिया जाता है, और आयनीकरण जहां (विश्लेषण परमाणुओं की आयनीकरण क्षमता और एक विशेष लौ में उपलब्ध ऊर्जा के आधार पर) परमाणुओं को आंशिक रूप से गैसीय आयनों में परिवर्तित किया जा सकता है।

इन चरणों में से प्रत्येक में अंशांकन मानक और नमूने में विश्लेषण के लिए चरण हस्तांतरण की डिग्री अलग होने की स्थिति में हस्तक्षेप का जोखिम शामिल है। आयनीकरण आम तौर पर अवांछनीय है, क्योंकि यह माप के लिए उपलब्ध परमाणुओं की संख्या को कम कर देता है, अर्थात संवेदनशीलता।

फ्लेम AAS में उस समय अवधि के दौरान एक स्थिर-अवस्था संकेत उत्पन्न होता है जब नमूना एस्पिरेट किया जाता है। इस तकनीक का उपयोग आमतौर पर mg L में निर्धारण के लिए किया जाता है-1 श्रेणी, और इसे कुछ μg L तक बढ़ाया जा सकता है-1 कुछ तत्वों के लिए।

विद्युत तापीय परमाणु
ग्रेफाइट नली परमाणु का उपयोग कर ग्रेफाइट भट्ठी परमाणु अवशोषण (ET AAS) का नेतृत्व सेंट पीटर्सबर्ग पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी, रूस में बोरिस वी। लवॉव ने किया था। 1950 के दशक के उत्तरार्ध से, और डॉर्टमुंड, जर्मनी में इंस्टीट्यूट ऑफ स्पेक्ट्रोकेमिस्ट्री एंड एप्लाइड स्पेक्ट्रमिकी (ISAS) में हंस मासमैन द्वारा समानांतर में जांच की गई। हालांकि पिछले कुछ वर्षों में ग्रेफाइट नली डिजाइनों की एक विस्तृत विविधता का उपयोग किया गया है, आजकल आयाम आमतौर पर 20–25 मिमी लंबाई और 5–6 मिमी आंतरिक व्यास हैं। इस तकनीक से तरल/घुलित, ठोस और गैसीय नमूनों का सीधे विश्लेषण किया जा सकता है। एक ठोस नमूने की मापी गई मात्रा (आमतौर पर 10–50 μL) या एक भारित द्रव्यमान (आमतौर पर लगभग 1 मिलीग्राम) ग्रेफाइट नली में डाला जाता है और तापमान कार्यक्रम के अधीन होता है। इसमें आमतौर पर चरण होते हैं, जैसे सुखाने - विलायक वाष्पित हो जाता है; पायरोलिसिस - अधिकांश मैट्रिक्स घटक हटा दिए जाते हैं; परमाणुकरण - विश्लेषण तत्व को गैसीय चरण में छोड़ा जाता है; और सफाई - ग्रेफाइट नली में अंतिम अवशेष उच्च तापमान पर हटा दिए जाते हैं। ग्रेफाइट नलीों को कम वोल्टेज उच्च-वर्तमान बिजली आपूर्ति का उपयोग करके उनके ओमिक प्रतिरोध के माध्यम से गरम किया जाता है; व्यक्तिगत चरणों में तापमान को बहुत बारीकी से नियंत्रित किया जा सकता है, और अलग-अलग चरणों के बीच तापमान रैंप नमूना घटकों को अलग करने की सुविधा प्रदान करता है। नलीों को अनुप्रस्थ या अनुदैर्ध्य रूप से गरम किया जा सकता है, जहां पूर्व वाले को उनकी लंबाई पर अधिक सजातीय तापमान वितरण का लाभ होता है। बोरिस लावोव के शोध के आधार पर वाल्टर स्लाविन द्वारा प्रस्तावित तथाकथित स्थिर तापमान प्लेटफॉर्म फर्नेस (STPF) अवधारणा, ET AAS को अनिवार्य रूप से हस्तक्षेप से मुक्त बनाती है। इस अवधारणा के प्रमुख घटक परमाणुकरण में देरी करने के लिए नली की दीवार के बजाय ग्रेफाइट नली (L'vov प्लेटफॉर्म) में डाले गए ग्रेफाइट प्लेटफॉर्म से नमूने का परमाणुकरण हैं, जब तक परमाणु में गैस चरण एक स्थिर तापमान तक नहीं पहुंच जाता है। ; एक पायरोलिसिस तापमान के विश्लेषण को स्थिर करने के लिए एक रासायनिक संशोधक का उपयोग जो मैट्रिक्स घटकों के बहुमत को हटाने के लिए पर्याप्त है; और परिमाणीकरण के लिए शिखर ऊंचाई अवशोषक का उपयोग करने के बजाय क्षणिक अवशोषण संकेत के समय अवशोषण का एकीकरण।

ईटी AAS में एक क्षणिक संकेत उत्पन्न होता है, जिसका क्षेत्र ग्रेफाइट नली में पेश किए गए विश्लेषण (इसकी एकाग्रता नहीं) के द्रव्यमान के सीधे आनुपातिक होता है। इस तकनीक का यह फायदा है कि किसी भी तरह के नमूने, ठोस, तरल या गैसीय का सीधे विश्लेषण किया जा सकता है। इसकी संवेदनशीलता ज्वाला AAS की तुलना में परिमाण के 2-3 क्रम अधिक है, ताकि कम μg L में निर्धारण−1 श्रेणी (20 μL के विशिष्ट नमूना मात्रा के लिए) और ng g−1 श्रेणी (1 मिलीग्राम के विशिष्ट नमूना द्रव्यमान के लिए) की जा सकती है। यह हस्तक्षेप से बहुत उच्च स्तर की स्वतंत्रता दिखाता है, इसलिए ET AAS को आजकल जटिल मैट्रिसेस में ट्रेस तत्वों के निर्धारण के लिए उपलब्ध सबसे मजबूत तकनीक माना जा सकता है।

विशिष्ट परमाणुकरण तकनीक
जबकि लौ और विद्युत तापीय वापोराइज़र सबसे आम परमाणुकरण तकनीकें हैं, विशेष उपयोग के लिए कई अन्य परमाणुकरण विधियों का उपयोग किया जाता है।

ग्लो-डिस्चार्ज एटमाइजेशन
एक ग्लो-डिस्चार्ज डिवाइस (जीडी) एक बहुमुखी स्रोत के रूप में कार्य करता है, क्योंकि यह एक साथ नमूना पेश कर सकता है और परमाणु बना सकता है। चमक निर्वहन 1 और 10 टोर के बीच कम दबाव वाले आर्गन गैस वातावरण में होता है। इस वातावरण में आर्गन गैस को सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों और इलेक्ट्रॉनों में तोड़ने के लिए 250 से 1000 वी के एकदिश धारा वोल्टेज को लागू करने वाले इलेक्ट्रोड की एक जोड़ी होती है। ये आयन, विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, नमूना युक्त कैथोड सतह में त्वरित होते हैं, नमूने पर बमबारी करते हैं और स्पटरिंग के रूप में जाने वाली प्रक्रिया के माध्यम से तटस्थ नमूना परमाणु इजेक्शन का कारण बनते हैं। इस डिस्चार्ज द्वारा उत्पादित परमाणु वाष्प आयनों, जमीनी अवस्था के परमाणुओं और उत्तेजित परमाणुओं के अंश से बना होता है। जब उत्तेजित परमाणु वापस अपनी जमीनी अवस्था में आराम करते हैं, तो एक कम तीव्रता वाली चमक उत्सर्जित होती है, जिससे तकनीक को इसका नाम मिलता है।

ग्लो डिस्चार्ज परमाणु के नमूनों की आवश्यकता यह है कि वे विद्युत चालक हों। नतीजतन, परमाणु का उपयोग आमतौर पर धातुओं और अन्य संवाहक नमूनों के विश्लेषण में किया जाता है। हालांकि, उचित संशोधनों के साथ, इसका उपयोग तरल नमूनों के विश्लेषण के साथ-साथ गैर-चालक सामग्रियों को एक कंडक्टर (जैसे ग्रेफाइट) के साथ मिलाकर किया जा सकता है।

हाइड्राइड परमाणुकरण
विशिष्ट तत्वों के विलयन में हाइड्राइड उत्पादन तकनीकें विशिष्ट हैं। तकनीक आर्सेनिक, सुरमा, सेलेनियम, बिस्मथ युक्त नमूनों को पेश करने का एक साधन प्रदान करती है, और गैस चरण में परमाणु में ले जाती है। इन तत्वों के साथ, वैकल्पिक तरीकों की तुलना में हाइड्राइड परमाणुकरण 10 से 100 के कारक द्वारा पता लगाने की सीमा को बढ़ाता है। सोडियम बोरोहाइड्राइड के 1% जलीय घोल में नमूने के अम्लीय जलीय घोल को जोड़कर हाइड्राइड पीढ़ी होती है, जो सभी एक कांच के बर्तन में समाहित होती है। होने वाली प्रतिक्रिया से उत्पन्न अस्थिर हाइड्राइड परमाणुकरण कक्ष में एक निष्क्रिय गैस द्वारा बह जाता है, जहां यह अपघटन से गुजरता है। यह प्रक्रिया विश्लेषण का एक परमाणु रूप बनाती है, जिसे तब अवशोषण या उत्सर्जन स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा मापा जा सकता है।

शीत-वाष्प अणुकरण
शीत-वाष्प तकनीक एक परमाणुकरण विधि है जो केवल पारे के निर्धारण के लिए सीमित है, क्योंकि यह परिवेश के तापमान पर बड़े वाष्प दबाव वाला एकमात्र धात्विक तत्व है। इस वजह से, नमूनों में कार्बनिक पारा यौगिकों के निर्धारण और पर्यावरण में उनके वितरण में इसका महत्वपूर्ण उपयोग होता है। विधि पारे को Hg में परिवर्तित करके आरंभ करती है2+ नाइट्रिक और सल्फ्यूरिक एसिड से ऑक्सीकरण द्वारा, इसके बाद एचजी की कमी2+ SnCl2|tin(II) क्लोराइड के साथ। पारा, प्रतिक्रिया मिश्रण के माध्यम से अक्रिय गैस की एक धारा को बुदबुदाते हुए एक लंबी-पास अवशोषण नली में बह जाता है। 253.7 एनएम पर इस गैस के अवशोषण को मापने के द्वारा एकाग्रता निर्धारित की जाती है। इस तकनीक का पता लगाने की सीमा पार्ट-पर-बिलियन रेंज में है, जो इसे एक उत्कृष्ट पारा डिटेक्शन एटमाइजेशन विधि बनाती है।

विकिरण स्रोत
हमें रेखा स्रोत AAS (एलएस AAS) और सातत्य स्रोत AAS (सीएस AAS) के बीच अंतर करना होगा। शास्त्रीय एलएस AAS में, जैसा कि एलन वॉल्श द्वारा प्रस्तावित किया गया है, AAS मापन के लिए आवश्यक उच्च वर्णक्रमीय विभेदन विकिरण स्रोत द्वारा ही प्रदान किया जाता है जो अवशोषण रेखाओं की तुलना में संकरी रेखाओं के रूप में विश्लेषण के स्पेक्ट्रम का उत्सर्जन करता है। कॉन्टिनम स्रोत, जैसे ड्यूटेरियम लैंप, केवल पृष्ठभूमि सुधार उद्देश्यों के लिए उपयोग किए जाते हैं। इस तकनीक का लाभ यह है कि AAS को मापने के लिए केवल एक मध्यम-रिज़ॉल्यूशन मोनोक्रोमेटर(एकवर्णक) आवश्यक है; हालाँकि, इसका नुकसान यह है कि आमतौर पर प्रत्येक तत्व के लिए एक अलग दीपक की आवश्यकता होती है जिसे निर्धारित करना होता है। सीएस AAS में, इसके विपरीत, एक दीपक, ब्याज की संपूर्ण वर्णक्रमीय सीमा पर एक निरंतर स्पेक्ट्रम का उत्सर्जन करता है, सभी तत्वों के लिए उपयोग किया जाता है। जाहिर है, इस तकनीक के लिए एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन मोनोक्रोमेटर(एकवर्णक) की आवश्यकता होती है, जैसा कि बाद में चर्चा की जाएगी।



खोखले कैथोड लैंप
एलएस AAS में खोखले कैथोड लैंप (एचसीएल) सबसे आम विकिरण स्रोत हैं। सीलबंद लैंप के अंदर, कम दबाव पर आर्गन या नियॉन गैस से भरा हुआ, एक बेलनाकार धातु कैथोड होता है जिसमें ब्याज का तत्व और एक एनोड होता है। एनोड और कैथोड पर एक उच्च वोल्टेज लगाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप फिल गैस का आयनीकरण होता है। गैस आयनों को कैथोड की ओर त्वरित किया जाता है और, कैथोड पर प्रभाव पड़ने पर, कैथोड सामग्री को स्पटर किया जाता है, जो स्पटर सामग्री के विकिरण को उत्सर्जित करने के लिए चमक निर्वहन में उत्तेजित होता है, अर्थात, ब्याज का तत्व। अधिकांश मामलों में एकल तत्व लैंप का उपयोग किया जाता है, जहां लक्ष्य तत्व के मुख्य रूप से यौगिकों से कैथोड को दबाया जाता है। कैथोड में दबाए गए लक्षित तत्वों के यौगिकों के संयोजन के साथ बहु-तत्व लैंप उपलब्ध हैं। बहु तत्व लैंप एकल तत्व लैंप की तुलना में थोड़ी कम संवेदनशीलता पैदा करते हैं और वर्णक्रमीय हस्तक्षेप से बचने के लिए तत्वों के संयोजन को सावधानी से चुना जाना चाहिए। अधिकांश मल्टी-एलिमेंट लैंप मुट्ठी भर तत्वों को मिलाते हैं, उदाहरण के लिए: 2 - 8. परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोमीटर में 1-2 खोखले कैथोड लैंप की स्थिति या स्वचालित मल्टी-एलिमेंट स्पेक्ट्रोमीटर में, 8-12 लैंप की स्थिति आमतौर पर उपलब्ध हो सकती है।.

इलेक्ट्रोडलेस डिस्चार्ज लैंप
इलेक्ट्रोडलेस लैंप (EDL) में कम दबाव पर एक अक्रिय गैस, आमतौर पर आर्गन गैस के साथ क्वार्ट्ज बल्ब में धातु या नमक के रूप में विश्लेषण की एक छोटी मात्रा होती है। बल्ब को एक तार में डाला जाता है जो एक विद्युत चुम्बकीय रेडियो फ्रीक्वेंसी क्षेत्र उत्पन्न कर रहा है, जिसके परिणामस्वरूप दीपक में एक कम दबाव वाला प्रेरक युग्मित निर्वहन होता है। EDL से उत्सर्जन HCL से अधिक होता है, और रेखा की चौड़ाई आम तौर पर संकरी होती है, लेकिन EDL को एक अलग बिजली आपूर्ति की आवश्यकता होती है और इसे स्थिर करने के लिए अधिक समय की आवश्यकता हो सकती है।

ड्यूटेरियम लैंप
पृष्ठभूमि सुधार उद्देश्यों के लिए एलएस AAS में ड्यूटेरियम आर्क लैंप या यहां तक ​​कि हाइड्रोजन एचसीएल और ड्यूटेरियम डिस्चार्ज लैंप का उपयोग किया जाता है। इन लैंपों द्वारा उत्सर्जित विकिरण की तीव्रता बढ़ती तरंग दैर्ध्य के साथ काफी कम हो जाती है, इसलिए इनका उपयोग केवल 190 और लगभग 320 एनएम के बीच तरंग दैर्ध्य रेंज में किया जा सकता है।



सातत्य स्रोत
जब AAS के लिए निरंतर विकिरण स्रोत का उपयोग किया जाता है, तो उच्च-रिज़ॉल्यूशन मोनोक्रोमेटर(एकवर्णक) का उपयोग करना आवश्यक होता है, जैसा कि बाद में चर्चा की जाएगी। इसके अलावा, यह आवश्यक है कि दीपक 190 एनएम से 900 एनएम तक की संपूर्ण तरंग दैर्ध्य सीमा पर एक विशिष्ट एचसीएल के ऊपर कम से कम परिमाण के क्रम में तीव्रता के विकिरण का उत्सर्जन करता है। इन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए हॉट-स्पॉट मोड में काम करने वाला एक विशेष क्सीनन आर्क लैंप | उच्च दबाव वाला क्सीनन शॉर्ट आर्क लैंप विकसित किया गया है।

स्पेक्ट्रोमीटर
जैसा कि पहले ही ऊपर बताया गया है, एलएस AAS के लिए उपयोग किए जाने वाले मध्यम-रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रोमीटर और सीएस AAS के लिए डिज़ाइन किए गए उच्च-रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रोमीटर के बीच अंतर है। स्पेक्ट्रोमीटर में स्पेक्ट्रल सॉर्टिंग डिवाइस (मोनोक्रोमेटर(एकवर्णक)) और डिटेक्टर शामिल हैं।

एलएस आस
के लिए स्पेक्ट्रोमीटर एलएस AAS में परमाणु अवशोषण की माप के लिए आवश्यक उच्च संकल्प विकिरण स्रोत के संकीर्ण रेखा उत्सर्जन द्वारा प्रदान किया जाता है, और मोनोक्रोमेटर(एकवर्णक) को केवल दीपक द्वारा उत्सर्जित अन्य विकिरण से विश्लेषणात्मक रेखा को हल करना होता है। यह आमतौर पर 0.2 और 2 एनएम के बीच एक बैंड पास के साथ पूरा किया जा सकता है, यानी, एक मध्यम-रिज़ॉल्यूशन मोनोक्रोमेटर(एकवर्णक)। एलएस AAS तत्व-विशिष्ट बनाने के लिए एक अन्य विशेषता प्राथमिक विकिरण का मॉड्यूलेशन है और एक चयनात्मक एम्पलीफायर का उपयोग है जो समान मॉड्यूलेशन आवृत्ति पर ट्यून किया गया है, जैसा कि पहले से ही एलन वॉल्श द्वारा पोस्ट किया गया है। इस तरह परमाणु द्वारा उदाहरण के लिए उत्सर्जित किसी भी (अनमॉड्यूलेटेड) विकिरण को बाहर रखा जा सकता है, जो एलएस AAS के लिए अनिवार्य है। लिट्रो के सरल मोनोक्रोमेटर(एकवर्णक)्स या (बेहतर) Czerny-Turner डिज़ाइन आमतौर पर LS AAS के लिए उपयोग किए जाते हैं। एलएस AAS में फोटोमल्टीप्लायर नली सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले डिटेक्टर हैं, हालांकि उनके बेहतर सिग्नल-टू-शोर अनुपात के कारण ठोस राज्य डिटेक्टरों को प्राथमिकता दी जा सकती है।

सीएस आस
के लिए स्पेक्ट्रोमीटर जब AAS माप के लिए एक सतत विकिरण स्रोत का उपयोग किया जाता है तो उच्च-रिज़ॉल्यूशन मोनोक्रोमेटर(एकवर्णक) के साथ काम करना अनिवार्य होता है। अंशांकन ग्राफ की संवेदनशीलता और रैखिकता के नुकसान से बचने के लिए रिज़ॉल्यूशन को परमाणु अवशोषण रेखा (लगभग 2 बजे) की आधी-चौड़ाई के बराबर या उससे बेहतर होना चाहिए। उच्च-रिज़ॉल्यूशन (एचआर) सीएस AAS के साथ शोध अमेरिका में ओ'हावर और हार्नली के समूहों द्वारा किया गया था, जिन्होंने इस तकनीक के लिए केवल एक साथ बहु-तत्व स्पेक्ट्रोमीटर (अब तक) विकसित किया था। हालाँकि, सफलता तब मिली जब बर्लिन, जर्मनी में बेकर-रॉस के समूह ने पूरी तरह से HR-CS AAS के लिए डिज़ाइन किया गया एक स्पेक्ट्रोमीटर बनाया। बेकर-रॉस और फ्लोरेक द्वारा प्रस्तावित डिजाइन के आधार पर, 21 वीं सदी की शुरुआत में एचआर-सीएस AAS के लिए पहला व्यावसायिक उपकरण विश्लेषक जेना  (जेना, जर्मनी) द्वारा पेश किया गया था। ये स्पेक्ट्रोमीटर एक प्रिज्म प्री-मोनोक्रोमेटर(एकवर्णक) के साथ एक कॉम्पैक्ट डबल मोनोक्रोमेटर(एकवर्णक) का उपयोग करते हैं और उच्च रिज़ॉल्यूशन के लिए एशेल ग्रेटिंग मोनोक्रोमेटर(एकवर्णक) का उपयोग करते हैं। डिटेक्टर के रूप में 200 पिक्सल के साथ एक रैखिक चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) सरणी का उपयोग किया जाता है। दूसरे मोनोक्रोमेटर(एकवर्णक) में निकास छिद्र नहीं होता है; इसलिए विश्लेषणात्मक रेखा के दोनों किनारों पर वर्णक्रमीय वातावरण उच्च विभेदन में दिखाई देता है। जैसा कि आम तौर पर परमाणु अवशोषण को मापने के लिए केवल 3-5 पिक्सेल का उपयोग किया जाता है, अन्य पिक्सेल सुधार उद्देश्यों के लिए उपलब्ध होते हैं। इनमें से एक सुधार यह है कि दीपक झिलमिलाहट शोर के लिए, जो तरंग दैर्ध्य से स्वतंत्र है, जिसके परिणामस्वरूप माप बहुत कम शोर स्तर के साथ होता है; अन्य सुधार पृष्ठभूमि अवशोषण के लिए हैं, जैसा कि बाद में चर्चा की जाएगी।

पृष्ठभूमि अवशोषण और पृष्ठभूमि सुधार
अपेक्षाकृत कम संख्या में परमाणु अवशोषण रेखाएँ (परमाणु उत्सर्जन रेखाओं की तुलना में) और उनकी संकीर्ण चौड़ाई (कुछ अपराह्न) वर्णक्रमीय ओवरलैप को दुर्लभ बनाती हैं; केवल कुछ उदाहरण ज्ञात हैं कि एक तत्व से एक अवशोषण रेखा दूसरे के साथ ओवरलैप होगी। आणविक अवशोषण, इसके विपरीत, बहुत व्यापक है, ताकि यह अधिक संभावना हो कि कुछ आणविक अवशोषण बैंड एक परमाणु रेखा के साथ ओवरलैप हो जाए। इस तरह का अवशोषण नमूने के सहवर्ती तत्वों के अविघटित अणुओं या ज्वाला गैसों के कारण हो सकता है। हमें द्वि-परमाणु अणुओं के स्पेक्ट्रा के बीच अंतर करना होगा, जो एक स्पष्ट सूक्ष्म संरचना प्रदर्शित करते हैं, और उन बड़े (आमतौर पर त्रि-परमाणु) अणुओं के बीच जो ऐसी सूक्ष्म संरचना नहीं दिखाते हैं। पृष्ठभूमि अवशोषण का एक अन्य स्रोत, विशेष रूप से ET AAS में, परमाणुकरण चरण में उत्पन्न होने वाले कणों पर प्राथमिक विकिरण का बिखराव है, जब मैट्रिक्स को पायरोलिसिस चरण में पर्याप्त रूप से हटाया नहीं जा सकता था।

इन सभी परिघटनाओं, आणविक अवशोषण और विकिरण प्रकीर्णन के परिणामस्वरूप नमूने में विश्लेषण की एकाग्रता या द्रव्यमान के लिए कृत्रिम रूप से उच्च अवशोषण और अनुचित रूप से उच्च (गलत) गणना हो सकती है। पृष्ठभूमि अवशोषण के लिए सही करने के लिए कई तकनीकें उपलब्ध हैं, और वे एलएस AAS और एचआर-सीएस AAS के लिए काफी अलग हैं।

एलएस AAS
में पृष्ठभूमि सुधार तकनीकें एलएस AAS पृष्ठभूमि अवशोषण में केवल सहायक तकनीकों का उपयोग करके ठीक किया जा सकता है, और ये सभी दो अनुक्रमिक मापों पर आधारित हैं: सबसे पहले, कुल अवशोषण (परमाणु प्लस पृष्ठभूमि), दूसरा, केवल पृष्ठभूमि अवशोषण। दो मापों का अंतर शुद्ध परमाणु अवशोषण देता है। इस वजह से, और स्पेक्ट्रोमीटर में अतिरिक्त उपकरणों के उपयोग के कारण, पृष्ठभूमि-संशोधित संकेतों का सिग्नल-टू-शोर अनुपात हमेशा असंशोधित संकेतों की तुलना में काफी कम होता है। यह भी बताया जाना चाहिए कि एलएस AAS में दो परमाणु रेखाओं के प्रत्यक्ष ओवरलैप (दुर्लभ मामले) के लिए सही करने का कोई तरीका नहीं है। संक्षेप में, एलएस AAS में पृष्ठभूमि सुधार के लिए तीन तकनीकों का उपयोग किया जाता है:

ड्यूटेरियम पृष्ठभूमि सुधार
यह सबसे पुरानी और अभी भी सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली तकनीक है, विशेष रूप से फ्लेम AAS के लिए। इस मामले में, व्यापक उत्सर्जन के साथ एक अलग स्रोत (ड्यूटेरियम लैंप) का उपयोग स्पेक्ट्रोमीटर के निकास भट्ठा की पूरी चौड़ाई पर पृष्ठभूमि अवशोषण को मापने के लिए किया जाता है। एक अलग लैंप का उपयोग इस तकनीक को सबसे कम सटीक बनाता है, क्योंकि यह किसी भी संरचित पृष्ठभूमि के लिए सही नहीं हो सकता है। इसका उपयोग लगभग 320 एनएम से अधिक तरंग दैर्ध्य पर भी नहीं किया जा सकता है, क्योंकि ड्यूटेरियम लैंप की उत्सर्जन तीव्रता बहुत कमजोर हो जाती है। विश्लेषण एचसीएल के साथ पूर्व दीपक की छवि के बेहतर फिट होने के कारण आर्क लैंप की तुलना में ड्यूटेरियम एचसीएल का उपयोग बेहतर है।

स्मिथ-हिफ्त्जे पृष्ठभूमि सुधार
यह तकनीक (उनके आविष्कारकों के नाम पर) उच्च धारा लागू होने पर HCL से उत्सर्जन रेखाों के रेखा-ब्रॉडिंग और सेल्फ-रिवर्सल पर आधारित है। कुल अवशोषण को सामान्य लैंप करंट से मापा जाता है, यानी, एक संकीर्ण उत्सर्जन रेखा के साथ, और स्व-उलट रेखा के प्रोफाइल के साथ एक उच्च-वर्तमान पल्स के आवेदन के बाद पृष्ठभूमि अवशोषण, जिसमें मूल तरंग दैर्ध्य पर थोड़ा उत्सर्जन होता है, लेकिन मजबूत उत्सर्जन विश्लेषणात्मक रेखा के दोनों ओर। इस तकनीक का लाभ यह है कि केवल एक विकिरण स्रोत का उपयोग किया जाता है; नुकसान में से एक यह है कि उच्च-वर्तमान दालें दीपक के जीवनकाल को कम करती हैं, और तकनीक का उपयोग केवल अपेक्षाकृत अस्थिर तत्वों के लिए किया जा सकता है, क्योंकि संवेदनशीलता के नाटकीय नुकसान से बचने के लिए केवल वे पर्याप्त स्व-उलट प्रदर्शित करते हैं। एक और समस्या यह है कि पृष्ठभूमि को कुल अवशोषण के समान तरंग दैर्ध्य पर नहीं मापा जाता है, जिससे तकनीक संरचित पृष्ठभूमि को ठीक करने के लिए अनुपयुक्त हो जाती है।

Zeeman प्रभाव पृष्ठभूमि सुधार
अवशोषण रेखा को तीन घटकों में विभाजित करने के लिए परमाणु (ग्रेफाइट भट्टी) पर एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र लगाया जाता है, π घटक, जो मूल अवशोषण रेखा के समान स्थिति में रहता है, और दो σ घटक, जो उच्च और निम्न में स्थानांतरित होते हैं तरंग दैर्ध्य, क्रमशः। चुंबकीय क्षेत्र के बिना कुल अवशोषण और चुंबकीय क्षेत्र के साथ पृष्ठभूमि अवशोषण को मापा जाता है। इस मामले में π घटक को हटाना होगा, उदा। एक पोलराइज़र का उपयोग करके, और σ घटक लैंप के उत्सर्जन प्रोफ़ाइल के साथ ओवरलैप नहीं होते हैं, ताकि केवल पृष्ठभूमि अवशोषण को मापा जा सके। इस तकनीक का लाभ यह है कि कुल और पृष्ठभूमि अवशोषण को एक ही दीपक के समान उत्सर्जन प्रोफ़ाइल के साथ मापा जाता है, ताकि किसी भी प्रकार की पृष्ठभूमि, ठीक संरचना वाली पृष्ठभूमि सहित, सटीक रूप से ठीक की जा सके, जब तक कि पृष्ठभूमि के लिए जिम्मेदार अणु भी प्रभावित न हो चुंबकीय क्षेत्र द्वारा और एक पोलराइज़र के रूप में एक हेलिकॉप्टर का उपयोग शोर अनुपात के संकेत को कम करता है। जबकि नुकसान अवशोषण रेखा को विभाजित करने के लिए आवश्यक शक्तिशाली चुंबक को चलाने के लिए आवश्यक स्पेक्ट्रोमीटर और बिजली की आपूर्ति की बढ़ी हुई जटिलता है।

एचआर-सीएस AAS
में पृष्ठभूमि सुधार तकनीकें एचआर-सीएस AAS पृष्ठभूमि सुधार में सॉफ्टवेयर में गणितीय रूप से डिटेक्टर पिक्सल से जानकारी का उपयोग किया जाता है जो परमाणु अवशोषण को मापने के लिए उपयोग नहीं किया जाता है; इसलिए, एलएस AAS के विपरीत, पृष्ठभूमि सुधार के लिए किसी अतिरिक्त घटक की आवश्यकता नहीं है।

सुधार पिक्सेल का उपयोग कर पृष्ठभूमि सुधार
यह पहले ही उल्लेख किया जा चुका है कि एचआर-सीएस AAS लैंप झिलमिलाहट शोर को सुधार पिक्सेल का उपयोग करके समाप्त कर दिया गया है। वास्तव में, सुधार के लिए चुने गए सभी पिक्सेल पर समान सीमा तक देखी गई विकिरण तीव्रता में कोई भी वृद्धि या कमी सुधार एल्गोरिथम द्वारा समाप्त हो जाती है। इसमें स्पष्ट रूप से विकिरण बिखरने या आणविक अवशोषण के कारण मापी गई तीव्रता में कमी भी शामिल है, जिसे उसी तरह ठीक किया जाता है। कुल और पृष्ठभूमि अवशोषण के माप के रूप में, और बाद के लिए सुधार, कड़ाई से एक साथ (एलएस AAS के विपरीत) हैं, यहां तक ​​कि पृष्ठभूमि अवशोषण के सबसे तेज परिवर्तन, जैसा कि वे ईटी AAS में देखे जा सकते हैं, कोई समस्या नहीं पैदा करते हैं। इसके अलावा, जैसा कि एक ही एल्गोरिथ्म का उपयोग पृष्ठभूमि सुधार और दीपक शोर के उन्मूलन के लिए किया जाता है, पृष्ठभूमि सुधारित सिग्नल, असंशोधित संकेतों की तुलना में बहुत बेहतर सिग्नल-टू-शोर अनुपात दिखाते हैं, जो एलएस AAS के विपरीत भी है।

कम से कम वर्ग एल्गोरिथम का उपयोग करके पृष्ठभूमि सुधार
उपरोक्त तकनीक स्पष्ट रूप से ठीक संरचना वाली पृष्ठभूमि के लिए सही नहीं हो सकती है, क्योंकि इस मामले में प्रत्येक सुधार पिक्सेल पर अवशोषण अलग होगा। इस मामले में एचआर-सीएस AAS अणु के सुधार स्पेक्ट्रा को मापने की संभावना की पेशकश कर रहा है जो पृष्ठभूमि के लिए जिम्मेदार है और उन्हें कंप्यूटर में संग्रहीत करता है। फिर इन स्पेक्ट्रा को नमूना स्पेक्ट्रम की तीव्रता से मिलान करने के लिए एक कारक के साथ गुणा किया जाता है और कम से कम वर्ग एल्गोरिदम का उपयोग करके नमूना स्पेक्ट्रम से स्पेक्ट्रम द्वारा पिक्सेल और स्पेक्ट्रम द्वारा घटाया जाता है। यह जटिल लग सकता है, लेकिन सबसे पहले AAS में उपयोग किए जाने वाले परमाणु के तापमान पर मौजूद डाय-परमाणु अणुओं की संख्या अपेक्षाकृत कम है, और दूसरा, कंप्यूटर द्वारा कुछ सेकंड के भीतर सुधार किया जाता है। एक ही एल्गोरिथ्म का उपयोग वास्तव में दो परमाणु अवशोषण रेखाों के डायरेक्ट रेखा ओवरलैप के लिए सही करने के लिए किया जा सकता है, जिससे एचआर-सीएस AAS एकमात्र AAS तकनीक है जो इस तरह के वर्णक्रमीय हस्तक्षेप के लिए सही हो सकती है।

यह भी देखें

 * अवशोषण स्पेक्ट्रमिकी
 * बीयर-लैंबर्ट कानून
 * विवेचनात्मक रूप से संयोजित प्लाज्मा द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री
 * लेजर अवशोषण स्पेक्ट्रोमेट्री

अग्रिम पठन

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