آشنایی با ساختار فلیم فتومتر
ساختار فلیم فتومتر(flame photometer)
فليم فتومتر يكی از وسايل الكتريكي است كه در اكثر آزمايشگاه ها يافت مي شود كه از آن بيشتر براي اندازه گيري سديم و پتاسيم استفاده مي‌شود. اساس كار اين دستگاه مثل اسپكتروفتومتر بر روي سنجش انرژي نوراني و طيف قشري اتم هاي موردنظر است. الكترون‌هاي اتم فلزات به ويژه فلزات قليايي مانند سديم، پتاسيم و كلسيم بر اثر انرژي هاي مختلف مانند حرارتي و نوراني الكترون‌ها برانگيخته مي شوند و به مدارهاي بالاتر جهش مي كنند. در مدار جديد، الكترون ها انرژي بيشتر ولي ثبات كمتر دارند و به همين دليل پس از زمان بسيار كوتاهي به مدار اوليه بر مي گردند. در اين برگشت انرژي را كه جذب كرده اند به صورت انرژي نوراني (فوتون) منتشر مي كنند.
ايـن نـور داراي طـول مـوج مـعـيني است كه مخصوص آن فلز است؛ مثلا طول موج نور زرد كه از سوختن سديم ساطع مي شود برابر 590 نانومتر و طول موج پتاسيم كه نور صورتي مايل به بنفش به وجود مي آورد برابر 765 نانومتر و نور ليتيوم كه قرمز است، برابر 670 نانومتر است. اساس به وجود آمدن نور در فليم فتومتر شبيه به روش فـلــورسـنــت اسـت بـا ايـن تـفـاوت كـه در فلورسنت جهت برانگيختن اتم انرژي نوراني UV ماوراء بنفش به كار مي رود در حالي كه در فليـم فتـومتـر بـه ايـن منظـور از انـرژي حـرارتي استفاده مي شود.
بر اثر حرارت شعله، هر لحظه فقط حدود 002/0 درصد از اتم هاي عناصري كه بـه راحتـي بـرانگيختـه مـي شـونـد مثـل سـديـم يا پتـاسيـم تهييـج شـده و نـور ايجـاد مـي كنند و بر حسب اين كه الكترون چه مداري و تا چه حدي برانگيخته شده باشد و بر حسب اين كه چقدر انرژي نوراني (فتون) ساطع كند رنگ نوري كه مي دهد متفاوت است كه هر رنگ مخصوص يـك عنصـر اسـت. بعضـي از عناصر چند رنگ توليد مي كنند و اشكال اين است كه اگر شعله كم يــا زيــاد شــود طـول مـوج بـه وجـود آمـده تغييـر مي‌كند؛ به همين جهت دستگاه فليم فتومتر فقط براي اندازه گيري سديم و پتاسيم و گاهي در صورت حساس بودن دستگاه براي اندازه گيري كلسيم-البته با حرارت دادن محلول در محفظه جداگانه- استفاده مي شود.
ساختمان فليم فتومتر شبيه به اسپكتروفتومتر يا فتومتر ساده است با اين تفاوت كه در فتومتر منبع نور لامپ الكتريكي و در فليم فتومتر منبع نور از سوختن ماده مورد آزمايش در شعله است. به علاوه در اسپكتروفتومتر بعد از برخورد نور به محلول نمونه، مقدار نور جذب شده را اندازه مي گيرند در حالي كه در فليم فتومتر نور به وجود آمده مستقيما اندازه گيري مي شود. در دستگاه فليم فتومتر براي تجزيه نور به طور معمول از فيلترهاي تداخلي و براي سنجش نور از انواع مختلف نورسنج فتوسل يا فتوتيوب و براي اندازه گـيـري الكتـريسيتـه از گـالـوانـومتـر استفـاده مـي شـود.
چـون فـرق كلـي فليـم فتـومتـر و اسپكتروفتومتر در منبع نور آن ها است، لذا اين قسمت به صورت كامل در ادامه توضيح داده مي شود.منبع نوربراي ايجاد نور از نمونه مورد آزمايش آن را به وسيله مكنده وارد شعله مي كنيم و شعله از سوختن گاز قابل اشتعال به وجود مي آيد.
الف) مكنده ساده: در اين نوع مكنده محلول از مجراي بسيار ظريف و باريك مكيده شده و مخلوط هواي فشرده و گاز آن را تميز كرده و وارد شعله مي كند. به علت ظرافت مسير نمونه، كار كردن با آن دقت زيادي مي خواهد چون كمترين اختلال توليد اشكال مي كند. هم چنين رسوبات در دهانه مشعل يا ناخالصي گاز باعث تغيير مقدار شعله و شدت آن مي شود مثل آلودگي گاز استيلن يا پروبان كه در اين شرايط رنگ آبي شعله به سبز متمايل مي شود.
در اين نوع مكنده از شعله شديد استفاده مي شود كه نتيجه حاصل از گازهاي سوزنده مانند هيدروژن-استيلن آنالتيك و گاهي پروپان حاصل مي شود. شعله شديد يكنواخت سوخته و با وجود حجم كم داراي حرارت بسيار است. با به كار بردن اين نوع شعله عناصري را كه نور ضعيف توليد مي كنند مثل كلسيم را مي توان اندازه گيري كرد.
ب) مكنده با محفظه: در اين مكنده نمونه ابتدا اتميزه شده و سپس به شعله مي رسد. اين سيستم صدادارتر از سيستم اول بوده و مقدار نمونه را نيز بهتر مي توان كنترل كرد. نمونه بعد از اين كه در محفظه به صورت atomized پودر در آمد، ذرات درشت آن ته نشين شده و فقط ذرات ريز و يكدست وارد شعله مي شوند. اينجا مقدار نمونه اي كه به شعله مي رود از نوع اول كمتر است. اشكالات اين نوع هم اين است كه تميز كردن محفظه كار آساني نيست چون مقدار زيادي املاح در آن رسوب مي كند. در ضمن مخلوط گاز و هوا ممكن است در آن توليد انفجار كند. در اين سيستم معمولا شعله نوع ملايم استفاده مي‌شود و ذرات بسيار ريز را در مسير هوا به شعله مي رساند.
نمونه را مي توان به دو طريق اندازه گيري كرد:
- روش مستقيم: در اين روش نوري را كه از عناصري مثل سديم ساطع مي شود به وسيله نورسنج (فتوسل) و الكتريك سنج (گالوانومتر) اندازه گيري مي كنند. با در دست داشتن منحني استاندارد مقدار عنصر مورد نظر تعيين مي شود. اين طريق اندازه گيري معمولا در دستگاهي كه شعله شديد به كار رفته مرسوم است.
- روش مقايسه اي: در اين روش ماده مورد آزمايش را با نور ماده اي كه به عنوان استاندارد داخلي مصرف مي شود. مقايسه مي كنند. براي رفع اشكالاتي كه از تغييرات شدت و ميزان شعله به وجود مي آيد از يك استاندارد داخلي استفاده مي كنند. به اين ترتيب كه مقدار معيني از ماده اي كه در نمونه وجود ندارد به استاندارد سرم كنترل و بلانك و نمونه مورد آزمايش اضافه مي كنند. در اندازه گيري سديم و پتاسيم استاندارد داخـلــي لـيـتـيــوم اســت .
(نـيـتــرات و ســولـفــات لـيـتـيــوم ) لـيـتـيــوم نـوري بـا طـول مـوج 670 ميلي‌ميكرون ايجاد مي كند كه به آساني مي توان آن را از امواج سديم و پتاسيم جدا كرد. اين روش معمولا در دستگاه هايي كه شعله ملايم ندارند مرسوم است. در اين روش نور نمونه با نور استاندارد مقايسه مي شود. مثل سيستم دو پرتوي در دستگاه اسپكتروفتومتر. بدين ترتيب تغييرات حرارت و شعله و اتميزه كردن و تغييرات فشار گازها و نوسانات ولت براي هر دو عنصر يكسان است.
براي روشن شدن اين مطلب سديم و ليتيم را در نظر بگيريد. چنانچه سيستم اتمايزر دچار اشكال شود مقدار سديم و ليتيوم كه به شعله مي رسد به يك نسبت تغيير مي كند ولي تغييرات شدت نور براي هر دو عنصر يكسان نخواهد بود چون انرژي جهت تهييج شدن براي دو عنصر صددرصد يكسان نيست. خواص فيزيكي و شيميايي ليتيوم شبيه سديم و پتاسيم است شدت تهييج شدن آن هم حدودا شبيه سديم و پتاسيم است.
طرز جدا كردن نور سديم از ليتيوم در عمل و طبق استاندارد ، سرم كنترل ، نمونه و بلانك با ليتيوم رقيق مي شوند . علاوه بر ليتيوم كمي ماده مرطوب كننده نيز اضافه مي شود تا غلظت محلول ها يكنواخت شده و عبور آن ها بهتر كنترل شود.
- تنظيم نبودن درجه حرارت و مقدار شعله: براي رفع اين اشكال از فشار سنج و دستگاه تنظيم كننده فشار هوا و گاز (رگولاتور) استفاده مي كنند به علاوه مسير گاز بايد كاملا تميز بوده و گاز خالص مصرف شود.
- ثابت نبودن مقدار نمونه مورد آزمايش: براي رفع اين اشكال نمونه را رقيق كرده و سپس آن را به كمك سيستم اتمايزر به حالت ذرات ريز در آورده و در مسير گاز جهت سوخت يا در مسير هوا آن را وارد شعله مي كنند. بنابراين با تنظيم يكنواخت هواي فشرده و گاز سوزنده مقدار نمونه نيز كنترل مي شود.
- يكنواخت نبودن چسبندگي محلول ها: چـون چسبنـدگـي محلـول مـورد آزمـايش آن با محلول استاندارد مساوي نيست اين امر باعث مي شود مقدار نوري كه به وجود مي آيد متناسب با مقدار نمونه نباشد. براي رفع اين اشكال مقدار معينـي مـاده مـرطـوب كننـده اضـافـه مـي كنند تا مـحـلـــول هـــاي مــورد آزمــايــش اسـتــانــداردهــا، ســرم‌هــاي كـنتـرل و بـلانـك داراي چسبنـدگـي يكنواخت شوند.
- اثر اتم‌هاي ديگر: بعضي از اتمها انرژي نـورانـي را كـه بـه وسـيـلـه سـايـر اتم ها به وجود مـي‌آيـنـد جـذب كـرده و بـرعـكس بعضي ديگر انرژي نوراني را تشديد مي كنند نمونه هاي مورد آزمايش مثل سرم خون يا ادرار هميشه مقداري از ايـن اتم هاي مزاحم دربردارند. خوشبختانه مـقـدار ايـن اتـم ها يكسان بوده و قابل اغماض است. اثر نامطلوب اين اتم ها را مي توان به چند طريق تقليل داد:
الف) تا جايي كه امكان دارد نمونه ها را رقيق كـرد (بـسـتـه بـه حـداقـل حـسـاسـيـت دسـتگاه) تا اتم‌هاي ناخواسته هم رقيق شوند.
ب) اضـافـه كـردن مـقـدار مـعـيـني از اتم هاي ناخواسته، به عنوان مثال سديم باعث تشديد نور پـتـاسـيـم مـي شود. براي كنترل اثر سديم مقدار معيني از آن را به تمام محلول ها اضافه مي كنند و چون نمونه را با استاندارد مي سنجند اثر سديم خنثي خواهد شد. مسلم است كه با اضافه كردن سديم نمي توان در يك نمونه رقيق شده سديم و پتاسيم را با هم اندازه گيري كرد.
ج) مـوادي بـه نـمـونـه اضـافـه مي كنند كه اثر نامطلوب اتم ناخواسته را خنثي كند، به عنوان مثال در مورد كلسيم يكي از اتم هاي ناخالص كه شدت نور كلسيم را كم مي كند فسفات است. براي خنثي كردن فسفات مقداري لنتانيوم اضافه مـي كـنـنـد چـون لـنـتـانـيـوم براي گرفتن فسفات رقابت مي كند. طول موج لنتانيوم نزديك طول موج كلسيم نيست و به هيمن دليل جداكردن آن‌ها آسان است.
د) اضافه كردن ليتيوم به عنوان استاندارد داخلي اثر نامطلوب سديم را بر روي پتاسيم يا پتاسيم بر روي سديم را كاهش مي دهد.جهت مطالعه بيماران رواني ليتيوم مصرف مي كنند و براي كنترل مقدار ليتيوم در سرم بيماران لازم است كه ميزان آن را در سرم خون بيمار اندازه گيري كرد. واضح است كه با استـانـدارد داخلـي ليتيـوم نمـي توان آن را سنجيد. به ناچار دستگاه هاي فليم فتومتر مخصوص ساخته شده اند كه سيستم هاي مخصوص دارند و مجهز به فيلتر مخصوص ليتيوم بوده و ليتيوم سرم را با مصرف پتاسيم به عنوان استاندارد داخلي اندازه مي گيرند.
5- رقت زياد: رقيق كردن بيش از حد نمونه باعث مي شود كه در حرارت زياد بعضي از اتم هاي ماده مورد آزمايش يونيزه شوند. طول موج نوري كه يون ها ايجاد مي كنند با طول موج اتم آن ماده متفاوت است. با رسم منحني استاندارد مي توان متوجه شد كه در دقت پايين منحني خطي نيست.براي رفع اين اشكال با به كار بردن استانداردهاي مختلف منحني را كشيده و رقت مطلوب را محاسبه مي كنند.
6- غلظت زياد: اگر محلول غليظ‌تر از حد لازم باشد علاوه بر اثرات نامطلوب اتم‌هاي ناخواسته، اتم هاي ناخواسته كه شرح آن گذشت، مقداري از انرژي نوراني ماده مورد آزمايش به وسيله اتم هاي خود ماده ،جذب خواهد شد. اين جذب به وسيله الكترون‌هايي كه در گراند استيت هستند انجام مي شود. باز هم با استفاده از منحني استانداردها مي توان غلظت محلول را محاسبه كرد. اشكالات در اندازه گيري كلسيم كلسيم در حرارت پائين به سختي نور مي دهد. در حرارت كمي بالاتر چند رنگ مي‌دهد كه بعضي از آن ها نزديك به رنگ سديم بوده و با آن مخلوط شده و جداكردن آن مشكل است. لذا هنوز دستگاهي كه بر اساس فليمفتومتري كار كند، ساخته نشده كه بتواند مستقيم كلسيم را اندازه گيري كند.
مگر اين كه ساير يون هاي مزاحم را جدا كرده و بعـد كلسيـم را انـدازه گيـري كنـد. يعنـي رسـوب كلسيـم را تهيـه كرده و در محلول رقيق‌كننده مجددا رقيق‌كرده و اندازه گيري مي كنند. روش فوق نيز دقيق نيست و در حال حاضر كلسيم را با دستگاه تيترانور و فعال انفعالات شيميايي اندازه گيري مي كنند.
الف) اشكالات در مورد اتمايزر: بهتر است جهت نگهداري، اتمايزر پس از استفاده از دستگاه به مدت 10 دقيقه به صورت خشك (بدون تزريق محلول به آن) كار كند تا تمام مايعات و مواد اضافي اتمايزر خارج شده و باعث گرفتگي سوزن اتمايزر نشود.
ب) هر چند وقت يك بار مجراهاي مختلف ورود گاز و چربي هاي ناشي از آن كه در لوله ها رسوب كرده كاملا پاك و فيلتر ورودي گاز به دستگاه تميز و شستشو شود.
ج) گذرگاه هاي هواي فشرده نيز به همين ترتيب تميز شود.
د) مجراي فاضلاب تميز شده و انسدادهاي موجود رفع شود. توضيح اين كه در انتهاي خروج فاضلاب، ظرف مخصوصي موجود است كه هميشه سطح فاضلاب بايد در سطح معيني باشد و اضافه آن نيز به خارج هدايت شود. اين موضوع باعث مي شود كه از خروج گاز و محلول اتميزه شده از راه غيرطبيعي فاضلاب خارج نشود.
ه) هر چند ماه يك‌بار سطح مشعل را از رسوب هاي ايجاد شده بايستي پاك كرد.
و) لنز(عدسي) و دريچه هاي تمركز دهنده نور را كه در جلوي مشعل قرار گرفته است و به طور معمول دودزده مي شود بايستي پاك كرده و سطح سلول فتوالكتريكي را با پارچه بسيار نرم تميز كرد. در صورتي كه دستگاه داراي سيستم گريتينگ است بايد از هر گونه دست زدن به منشور و آينه ها خودداري شود و فقط با دميدن هوا به آهستگي گرد و غبار موردنظر تميز شود.اشكالات در مورد كمپرسور هواي فشرده فيلترهاي مخصوص ورود هوا به كمپرسور تـمـيــز يــا تعـويـض شـود.
دريچـه هـاي خـارجـي كـمـپـرسـور تـمـيـز و بـازديـد شـونـد. در صـورت كــاهــش فـشــار هــوا بــايــد سيستـم ايجـاد تـراكـم كمپرسور مورد بازديد و سرويس قرار گيرد.نحوه شروع كار با دستگاه دستگاه به برق شهر وصل و روشن مي شود. در صـورتـي كـه كـمپرسور به صورت جداگانه تغذيه مي شود، كمپرسور هم روشن مي شود. درجه هواي فشرده روي عدد مورد نظر تنظيم مي شود. در هر دستگاه فشار هوا، معين و ثابت است. شير گاز را باز كرده و بلافاصله مشتعل مـي‌شـود و بـه وسـيـله دريچه مخصوص تنظيم مي‌شود تا شعله آبي موردنظر ايجاد شود.
نحوه انجام كار: شستشوي دستگاه با استفاده از آب مـقـطـر دوبـار تـقـطـيـر كـه بـه اتـمايزر داده مي‌شود، انجام مي گيرد. سپس گاز بسته مي شود و با از بين رفتن شعله در مشعل ، نياز است كه دستگاه به مدت 10 دقيقه خشك كار كند و سپس كمپرسور و بعد دستگاه خاموش مي شوند و پس از خــنـــك شـــدن مــشــعـــل دســتـگــاه بــا روكــش مخصوص پوشانده مي شود.نحوه اندازه گيريپـس از تـنـظيم دستگاه فيلتر سديم يا پتاسيم (بر حسب احتياج) در جاي مخصوص قرار داده مي‌شود.
- دستگاه با آب مقطر دو بار تقطير (بلانك) صـفـر مـي شـود (با استفاده از دكمه مخصوص تنظيم صفر.)
- با محلول استاندارد كه پيش ترً آماده شده گـالـوانـومـتـر روي يـك عـدد تـنظيم مي شود (با استفاده از دكمه مخصوص حساسيت.)
- سرم بيمار، كه پيش تر برابر با رقت محلول كنترل و استاندارد آماده شده به دستگاه داده شده و عدد گالوانومتر خوانده مي شود.
- رقــم خــوانــده شــده گــالـوانـومـتـر از روي جدول مخصوص دستگاه بر حسب ميلي گرم يا ميلي اكووالانت تعيين مي شود.