परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एईएस) एक रासायनिक विश्लेषण विधि है जो एक नमूने में एक तत्व की मात्रा निर्धारित करने के लिए एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर एक लौ, प्लाज्मा, चाप या चिंगारी द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की तीव्रता का उपयोग करती है।
परमाणु वर्णक्रमीय रेखा की तरंग दैर्ध्य तत्व की पहचान देती है, जबकि उत्सर्जित प्रकाश की तीव्रता तत्व के परमाणुओं की संख्या के समानुपाती होती है। यह परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी का सार है। यह आपको त्रुटिहीन सटीकता के साथ तत्वों और भौतिक घटनाओं का विश्लेषण करने की अनुमति देता है।
विश्लेषण के वर्णक्रमीय तरीके
सामग्री का एक नमूना (विश्लेषण) लौ में गैस, स्प्रे समाधान, या तार के एक छोटे लूप के साथ, आमतौर पर प्लैटिनम के रूप में पेश किया जाता है। लौ से निकलने वाली गर्मी विलायक को वाष्पीकृत करती है और रासायनिक बंधनों को तोड़ती है, जिससे मुक्त परमाणु बनते हैं। तापीय ऊर्जा भी बाद वाले को उत्तेजित में बदल देती हैइलेक्ट्रॉनिक राज्य जो बाद में अपने पूर्व रूप में लौटने पर प्रकाश उत्सर्जित करते हैं।
प्रत्येक तत्व एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश उत्सर्जित करता है, जो एक झंझरी या प्रिज्म द्वारा बिखरा हुआ है और एक स्पेक्ट्रोमीटर में पाया जाता है। इस विधि में सबसे अधिक प्रयोग किया जाने वाला ट्रिक है डिसोसिएशन।
लौ उत्सर्जन माप के लिए एक सामान्य अनुप्रयोग फार्मास्युटिकल एनालिटिक्स के लिए क्षार धातुओं का विनियमन है। इसके लिए परमाणु उत्सर्जन वर्णक्रमीय विश्लेषण की विधि का प्रयोग किया जाता है।
अस्थायी रूप से युग्मित प्लाज्मा
आगमनात्मक रूप से युग्मित प्लाज्मा परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी (ICP-AES), जिसे आगमनात्मक रूप से युग्मित प्लाज्मा ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोमेट्री (ICP-OES) भी कहा जाता है, रासायनिक तत्वों का पता लगाने के लिए उपयोग की जाने वाली एक विश्लेषणात्मक तकनीक है।
यह एक प्रकार का उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी है जो एक विशेष तत्व की तरंग दैर्ध्य विशेषता पर विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्सर्जित करने वाले उत्तेजित परमाणुओं और आयनों का उत्पादन करने के लिए एक प्रेरक युग्मित प्लाज्मा का उपयोग करता है। यह एक ज्वाला विधि है जिसका तापमान 6000 से 10000 K के बीच होता है। इस विकिरण की तीव्रता स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण विधि के अनुप्रयोग में उपयोग किए गए नमूने में तत्व की एकाग्रता को इंगित करती है।
मुख्य लिंक और योजना
ICP-AES में दो भाग होते हैं: ICP और ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमीटर। ICP टॉर्च में 3 संकेंद्रित क्वार्ट्ज ग्लास ट्यूब होते हैं। रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) जनरेटर का आउटपुट या "वर्किंग" कॉइल इस क्वार्ट्ज बर्नर के हिस्से को घेरता है।प्लाज्मा बनाने के लिए आमतौर पर आर्गन गैस का उपयोग किया जाता है।
जब बर्नर चालू किया जाता है, तो कॉइल के अंदर एक शक्तिशाली आरएफ सिग्नल प्रवाहित होने से एक मजबूत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनता है। यह आरएफ सिग्नल एक आरएफ जनरेटर द्वारा उत्पन्न होता है, जो अनिवार्य रूप से एक शक्तिशाली रेडियो ट्रांसमीटर है जो "वर्किंग कॉइल" को उसी तरह नियंत्रित करता है जैसे एक पारंपरिक रेडियो ट्रांसमीटर एक ट्रांसमिटिंग एंटीना को नियंत्रित करता है।
विशिष्ट उपकरण 27 या 40 मेगाहर्ट्ज पर काम करते हैं। बर्नर के माध्यम से बहने वाली आर्गन गैस को टेस्ला इकाई द्वारा प्रज्वलित किया जाता है, जो आयनीकरण प्रक्रिया शुरू करने के लिए आर्गन प्रवाह में एक छोटा निर्वहन चाप बनाता है। जैसे ही प्लाज्मा "प्रज्वलित" होता है, टेस्ला इकाई बंद हो जाती है।
गैस की भूमिका
आर्गन गैस एक मजबूत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में आयनित होती है और आरएफ कॉइल के चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में एक विशेष घूर्णन सममित पैटर्न के माध्यम से बहती है। तटस्थ आर्गन परमाणुओं और आवेशित कणों के बीच निर्मित अकुशल टक्करों के परिणामस्वरूप, लगभग 7000 K का एक स्थिर उच्च तापमान वाला प्लाज्मा उत्पन्न होता है।
एक पेरिस्टाल्टिक पंप एक विश्लेषणात्मक नेबुलाइज़र के लिए एक जलीय या कार्बनिक नमूना वितरित करता है जहां इसे धुंध में परिवर्तित किया जाता है और सीधे प्लाज्मा लौ में इंजेक्ट किया जाता है। नमूना तुरंत प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉनों और आवेशित आयनों से टकराता है और स्वयं बाद में क्षय हो जाता है। विभिन्न अणु अपने-अपने परमाणुओं में विभाजित हो जाते हैं, जो तब इलेक्ट्रॉनों को खो देते हैं और प्लाज्मा में बार-बार पुनर्संयोजन करते हैं, इसमें शामिल तत्वों की विशेषता तरंग दैर्ध्य पर विकिरण उत्सर्जित करते हैं।
कुछ डिज़ाइनों में, एक कतरनी गैस, आमतौर पर नाइट्रोजन या शुष्क संपीड़ित हवा, का उपयोग एक विशिष्ट स्थान पर प्लाज्मा को "काटने" के लिए किया जाता है। एक या दो ट्रांसमिशन लेंस का उपयोग तब उत्सर्जित प्रकाश को एक विवर्तन झंझरी पर केंद्रित करने के लिए किया जाता है, जहां इसे एक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमीटर में इसके घटक तरंग दैर्ध्य में अलग किया जाता है।
अन्य डिजाइनों में, प्लाज्मा सीधे ऑप्टिकल इंटरफेस पर गिरता है, जिसमें एक छेद होता है जिससे आर्गन का एक निरंतर प्रवाह बाहर निकलता है, इसे विक्षेपित करता है और शीतलन प्रदान करता है। यह प्लाज्मा से उत्सर्जित प्रकाश को ऑप्टिकल कक्ष में प्रवेश करने की अनुमति देता है।
कुछ डिज़ाइन ऑप्टिकल फ़ाइबर का उपयोग कुछ प्रकाश को अलग-अलग ऑप्टिकल कैमरों में संचारित करने के लिए करते हैं।
ऑप्टिकल कैमरा
इसमें, प्रकाश को उसके विभिन्न तरंग दैर्ध्य (रंगों) में विभाजित करने के बाद, तीव्रता को एक फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब या ट्यूबों का उपयोग करके मापा जाता है जो भौतिक रूप से शामिल प्रत्येक तत्व रेखा के लिए विशिष्ट तरंग दैर्ध्य (ओं) को "देखने" के लिए स्थित होते हैं।
अधिक आधुनिक उपकरणों में, चार्ज-कपल्ड डिवाइस (सीसीडी) जैसे सेमीकंडक्टर फोटोडेटेक्टर की एक सरणी पर अलग किए गए रंग लागू होते हैं। इन डिटेक्टर सरणियों का उपयोग करने वाली इकाइयों में, सभी तरंग दैर्ध्य (सिस्टम की सीमा के भीतर) की तीव्रता को एक साथ मापा जा सकता है, जिससे उपकरण को हर उस तत्व का विश्लेषण करने की अनुमति मिलती है जिसके लिए इकाई वर्तमान में संवेदनशील है। इस प्रकार, परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके नमूनों का बहुत जल्दी विश्लेषण किया जा सकता है।
आगे का काम
फिर, उपरोक्त सभी के बाद, प्रत्येक पंक्ति की तीव्रता की तुलना तत्वों की पहले से मापी गई ज्ञात सांद्रता से की जाती है, और फिर उनके संचय की गणना अंशांकन लाइनों के साथ प्रक्षेप द्वारा की जाती है।
इसके अलावा, विशेष सॉफ्टवेयर आमतौर पर नमूनों के दिए गए मैट्रिक्स में विभिन्न तत्वों की उपस्थिति के कारण होने वाले हस्तक्षेप को ठीक करता है।
ICP-AES अनुप्रयोगों के उदाहरणों में वाइन में धातुओं का पता लगाना, खाद्य पदार्थों में आर्सेनिक और प्रोटीन से जुड़े तत्वों का पता लगाना शामिल है।
आईसीपी-ओईएस का व्यापक रूप से खनिज प्रसंस्करण में उपयोग किया जाता है ताकि वजन बनाने के लिए विभिन्न धाराओं के लिए ग्रेड डेटा प्रदान किया जा सके।
2008 में, लिवरपूल विश्वविद्यालय में इस पद्धति का उपयोग यह प्रदर्शित करने के लिए किया गया था कि ची रो ताबीज, शेप्टन मैलेट में पाया गया और पहले इंग्लैंड में ईसाई धर्म के शुरुआती साक्ष्यों में से एक माना जाता था, केवल उन्नीसवीं शताब्दी की है।
गंतव्य
आईसीपी-एईएस का उपयोग अक्सर मिट्टी में ट्रेस तत्वों का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है और इस कारण से इसका उपयोग फोरेंसिक में अपराध स्थलों या पीड़ितों आदि पर पाए गए मिट्टी के नमूनों की उत्पत्ति का निर्धारण करने के लिए किया जाता है। हालांकि मिट्टी के सबूत ही एकमात्र नहीं हो सकते हैं। एक अदालत में, यह निश्चित रूप से अन्य सबूतों को मजबूत करता है।
यह कृषि मिट्टी में पोषक तत्वों के स्तर को निर्धारित करने के लिए पसंद का विश्लेषणात्मक तरीका भी तेजी से बनता जा रहा है। फिर इस जानकारी का उपयोग उपज और गुणवत्ता को अधिकतम करने के लिए आवश्यक उर्वरक की मात्रा की गणना करने के लिए किया जाता है।
आईसीपी-एईएसइंजन तेल विश्लेषण के लिए भी उपयोग किया जाता है। परिणाम दिखाता है कि इंजन कैसे काम करता है। इसमें खराब होने वाले हिस्से तेल में निशान छोड़ देंगे जिन्हें आईसीपी-एईएस से पता लगाया जा सकता है। ICP-AES विश्लेषण यह निर्धारित करने में मदद कर सकता है कि क्या पुर्जे काम नहीं कर रहे हैं।
इसके अलावा, यह निर्धारित करने में सक्षम है कि कितने तेल योजक शेष हैं, और इसलिए यह इंगित करते हैं कि इसमें कितना सेवा जीवन बचा है। तेल विश्लेषण अक्सर बेड़े प्रबंधकों या कार उत्साही द्वारा उपयोग किया जाता है जो अपने इंजन के प्रदर्शन के बारे में जितना संभव हो उतना सीखने में रुचि रखते हैं।
ICP-AES का उपयोग गुणवत्ता नियंत्रण और विनिर्माण और उद्योग विनिर्देशों के अनुपालन के लिए मोटर तेल (और अन्य स्नेहक) के निर्माण में भी किया जाता है।
एक अन्य प्रकार की परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी
परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी (एएएस) गैसीय अवस्था में मुक्त परमाणुओं द्वारा ऑप्टिकल विकिरण (प्रकाश) के अवशोषण का उपयोग करके रासायनिक तत्वों के मात्रात्मक निर्धारण के लिए एक वर्णक्रमीय विश्लेषणात्मक प्रक्रिया है। यह मुक्त धातु आयनों द्वारा प्रकाश के अवशोषण पर आधारित है।
विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में, विश्लेषण किए गए नमूने में एक विशेष तत्व (एक विश्लेषक) की एकाग्रता को निर्धारित करने के लिए एक विधि का उपयोग किया जाता है। एएएस का उपयोग इलेक्ट्रोथर्मल वाष्पीकरण के माध्यम से समाधान में या सीधे ठोस नमूनों में 70 से अधिक विभिन्न तत्वों को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है, और इसका उपयोग औषधीय, जैव-भौतिकीय और विषाक्त अनुसंधान में किया जाता है।
पहली बार परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी19वीं शताब्दी के प्रारंभ में एक विश्लेषणात्मक पद्धति के रूप में इस्तेमाल किया गया था, और अंतर्निहित सिद्धांतों को बाद के आधे भाग में रॉबर्ट विल्हेम बन्सन और गुस्ताव रॉबर्ट किरचॉफ, हीडलबर्ग विश्वविद्यालय, जर्मनी के प्रोफेसरों द्वारा स्थापित किया गया था।
इतिहास
एएएस का आधुनिक रूप काफी हद तक 1950 के दशक में ऑस्ट्रेलियाई रसायनज्ञों के एक समूह द्वारा विकसित किया गया था। उनका नेतृत्व मेलबर्न, ऑस्ट्रेलिया में कॉमनवेल्थ साइंटिफिक एंड इंडस्ट्रियल रिसर्च ऑर्गनाइजेशन (CSIRO), डिविजन ऑफ केमिकल फिजिक्स के सर एलन वॉल्श ने किया था।
परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोमेट्री में रसायन विज्ञान के विभिन्न क्षेत्रों में कई अनुप्रयोग हैं जैसे कि जैविक तरल पदार्थ और ऊतकों में धातुओं का नैदानिक विश्लेषण जैसे कि संपूर्ण रक्त, प्लाज्मा, मूत्र, लार, मस्तिष्क के ऊतक, यकृत, बाल, मांसपेशियों के ऊतक, वीर्य, कुछ फार्मास्युटिकल निर्माण प्रक्रियाओं में: अंतिम दवा उत्पाद में शेष उत्प्रेरक की मात्रा और धातु सामग्री के लिए जल विश्लेषण।
कार्य योजना
तकनीक नमूने के परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रम का उपयोग करती है ताकि इसमें कुछ विशेष विश्लेषणों की एकाग्रता का अनुमान लगाया जा सके। मापा अवशोषण और उनकी एकाग्रता के बीच संबंध स्थापित करने के लिए ज्ञात घटक सामग्री के मानकों की आवश्यकता होती है, और इसलिए यह बीयर-लैम्बर्ट कानून पर आधारित है। परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी के मूल सिद्धांत ठीक वैसे ही हैं जैसे लेख में ऊपर सूचीबद्ध हैं।
संक्षेप में, एटमाइज़र में परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों को थोड़े समय में उच्च कक्षा (उत्तेजित अवस्था) में स्थानांतरित किया जा सकता हैसमय की अवधि (नैनोसेकंड) ऊर्जा की एक निश्चित मात्रा को अवशोषित करके (किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य का विकिरण)।
यह अवशोषण पैरामीटर एक विशेष तत्व में एक विशेष इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के लिए विशिष्ट है। एक नियम के रूप में, प्रत्येक तरंग दैर्ध्य केवल एक तत्व से मेल खाता है, और अवशोषण रेखा की चौड़ाई केवल कुछ पिकोमीटर (pm) है, जो तकनीक को मौलिक रूप से चयनात्मक बनाती है। परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी की योजना बहुत समान है।
