مطيافية الانبعاث الذري للبلازما المقترنة حثيًا

مطيافية الانبعاث الذري للبلازما المقترنة حثيًا ( ICP-AES )، والمعروفة أيضًا باسم مطيافية الانبعاث الضوئي للبلازما المقترنة حثيًا (ICP-OES)، هي تقنية تحليلية تُستخدم للكشف عن العناصر الكيميائية. وهي نوع من مطيافية الانبعاث تستخدم البلازما المقترنة حثيًا لإنتاج ذرات وأيونات مثارة تُصدر إشعاعًا كهرومغناطيسيًا بأطوال موجية مميزة لعنصر معين . ^{[ 1 ]} البلازما عبارة عن مصدر عالي الحرارة لغاز متأين (غالبًا الأرجون). يتم الحفاظ على البلازما عن طريق الاقتران الحثي من ملفات كهربائية بترددات ميغاهرتز. تتراوح درجة حرارة المصدر بين 6000 و10000 كلفن. تتناسب شدة الانبعاثات من أطوال موجية مختلفة للضوء طرديًا مع تركيزات العناصر داخل العينة.

يتكون جهاز ICP-AES من جزأين: البلازما المقترنة حثيًا (ICP) والمطياف البصري . يتألف موقد البلازما المقترنة حثيًا من ثلاثة أنابيب زجاجية كوارتزية متحدة المركز . ^{[ 2 ]} يحيط ملف الخرج أو "ملف التشغيل" لمولد الترددات الراديوية (RF) بجزء من هذا الموقد الكوارتزي. يُستخدم غاز الأرجون عادةً لتكوين البلازما . وقد أتاحت الابتكارات الحديثة استخدام غاز النيتروجين في البلازما المقترنة حثيًا. ^{[ 3 ]}

تتميز بلازما ICP بنمطين للتشغيل، هما النمط السعوي (E) ذو كثافة البلازما المنخفضة، والنمط الحثي (H) ذو كثافة البلازما العالية، ويحدث الانتقال من نمط التسخين E إلى H عند تطبيق مدخلات خارجية. ^{[ 4 ]} ويتم تشغيل الشعلة في النمط H.

عند تشغيل الشعلة، يتولد مجال كهرومغناطيسي شديد داخل الملف بفعل إشارة التردد اللاسلكي عالية الطاقة المتدفقة فيه. تُولّد هذه الإشارة بواسطة مولد التردد اللاسلكي، وهو في الواقع جهاز إرسال لاسلكي عالي الطاقة يُشغّل ملف العمل بنفس طريقة تشغيل جهاز الإرسال اللاسلكي التقليدي لهوائي الإرسال. تعمل الأجهزة النموذجية بتردد 27 أو 40  ميجاهرتز. ^{[ 5 ]} يُشعل غاز الأرجون المتدفق عبر الشعلة بواسطة وحدة تسلا ، مما يُحدث قوسًا كهربائيًا قصيرًا عبر تدفق الأرجون لبدء عملية التأين. بمجرد اشتعال البلازما، تُطفأ وحدة تسلا.

يتأين غاز الأرجون في المجال الكهرومغناطيسي الشديد ويتدفق بنمط متناظر دورانيًا باتجاه المجال المغناطيسي لملف الترددات الراديوية. ثم تتولد بلازما مستقرة ذات درجة حرارة عالية تبلغ حوالي 7000 كلفن نتيجة للتصادمات غير المرنة بين ذرات الأرجون المتعادلة والجسيمات المشحونة. ^{[ 6 ]}

تقوم مضخة تمعجية بضخ عينة مائية أو عضوية إلى مرذاذ تحليلي ، حيث تتحول إلى رذاذ وتُدخل مباشرة إلى لهب البلازما. تصطدم العينة فورًا بالإلكترونات والأيونات المشحونة في البلازما، وتتفكك هي الأخرى إلى أيونات مشحونة . تتفكك الجزيئات المختلفة إلى ذراتها المكونة لها، والتي تفقد بدورها إلكترونات وتتحد مجددًا بشكل متكرر في البلازما، مطلقةً إشعاعًا بأطوال موجية مميزة للعناصر المكونة لها.

في بعض التصاميم، يُستخدم غاز القص، عادةً النيتروجين أو الهواء المضغوط الجاف، لقطع البلازما عند نقطة محددة. ثم تُستخدم عدسة أو عدستان ناقلتان لتركيز الضوء المنبعث على محزز حيود ، حيث يُفصل إلى أطوال موجاته المكونة له في المطياف البصري. في تصاميم أخرى، تصطدم البلازما مباشرةً بواجهة بصرية تتكون من فتحة يخرج منها تدفق مستمر من غاز الأرجون، مما يؤدي إلى انحراف البلازما وتبريدها، بينما يسمح للضوء المنبعث منها بالدخول إلى الحجرة البصرية. وتستخدم تصاميم أخرى أليافًا بصرية لنقل جزء من الضوء إلى حجرات بصرية منفصلة.

داخل الحجرة البصرية، وبعد فصل الضوء إلى أطواله الموجية المختلفة (ألوانه)، تُقاس شدة الضوء باستخدام أنبوب أو أنابيب مضاعفة ضوئية موضوعة بدقة لرصد الطول الموجي المحدد لكل عنصر، أو في الأجهزة الحديثة، تسقط الألوان المفصولة على مصفوفة من كواشف ضوئية شبه موصلة، مثل أجهزة اقتران الشحنات (CCD). في الأجهزة التي تستخدم هذه المصفوفات، يمكن قياس شدة جميع الأطوال الموجية (ضمن نطاق النظام) في آنٍ واحد، مما يسمح للجهاز بتحليل جميع العناصر التي يستشعرها دفعة واحدة. وبالتالي، يمكن تحليل العينات بسرعة فائقة.

ثم تتم مقارنة شدة كل خط مع شدة التركيزات المعروفة للعناصر التي تم قياسها مسبقًا، ثم يتم حساب تركيزاتها عن طريق الاستيفاء على طول خطوط المعايرة (باستخدام منحنى المعايرة ).

بالإضافة إلى ذلك، تقوم البرامج الخاصة عمومًا بتصحيح التداخلات الناتجة عن وجود عناصر مختلفة داخل مصفوفة عينة معينة.

كانت أول محاولة منشورة لاستخدام انبعاثات البلازما كمصدر للتحليل الطيفي في عام 1956 على يد يوجين بادارو . ^{[ 7 ]} وفي عام 1964، كان ستانلي غرينفيلد، الذي كان يعمل في شركة ألبرايت آند ويلسون، أول من استخدم تقنية البلازما المقترنة حثيًا (ICP) للتحليل غير التجريبي. ^{[ 7 ]} أنتجت شركة كونترون أول جهاز تجاري في عام 1975. ^{[ 7 ]}

تشمل أمثلة تطبيق تقنية ICP-AES تحديد المعادن في النبيذ، ^{[ 8 ]} والزرنيخ في الطعام، ^{[ 9 ]} والعناصر النزرة المرتبطة بالبروتينات. ^{[ 10 ]} تُستخدم طرق ICP-AES لاختبار تلوث المعادن في مياه الشرب ومياه الصرف الصحي. ^{[ 11 ]} وقد حلت تقنية ICP-AES إلى حد كبير محل الطرق التحليلية القديمة، مثل التحليل الوزني، في التحليل الروتيني للعناصر النزرة المتعددة.

يستخدم جهاز ICP-AES على نطاق واسع في معالجة المعادن لتوفير البيانات المتعلقة بدرجات التدفقات المختلفة، من أجل بناء موازنات الكتلة.

في عام 2008، استُخدمت هذه التقنية في جامعة ليفربول لإثبات أن تميمة " كي رو" التي عُثر عليها في شيبتون ماليت ، والتي كان يُعتقد سابقًا أنها من بين أقدم الأدلة على المسيحية في إنجلترا ، ^{[ 12 ]} لم تكن سوى من القرن التاسع عشر. ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

يُستخدم جهاز ICP-AES غالبًا لتحليل العناصر النزرة في التربة، ولذلك يُستخدم بكثرة في الطب الشرعي لتحديد مصدر عينات التربة الموجودة في مسرح الجريمة أو على الضحايا، وما إلى ذلك. يُتيح أخذ عينة من عينة مرجعية وتحديد تركيبها المعدني، ثم أخذ عينة من عينة الأدلة وتحديد تركيبها المعدني، إجراء مقارنة بينهما. ورغم أن أدلة التربة قد لا تكون كافية وحدها في المحكمة، إلا أنها تُعزز الأدلة الأخرى بلا شك.

كما أنها أصبحت بسرعة الطريقة التحليلية المفضلة لتحديد مستويات العناصر الغذائية في التربة الزراعية. وتُستخدم هذه المعلومات بعد ذلك لحساب كمية الأسمدة اللازمة لزيادة إنتاجية المحاصيل وجودتها إلى أقصى حد.

يُستخدم تحليل ICP-AES في تحليل زيوت المحركات . يكشف تحليل زيت المحرك المُستعمل الكثير عن كيفية عمل المحرك. تترك الأجزاء المُتآكلة في المحرك آثارًا في الزيت، والتي يُمكن الكشف عنها باستخدام ICP-AES. يُساعد تحليل ICP-AES في تحديد ما إذا كانت الأجزاء تالفة. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن لـ ICP-AES تحديد كمية مُضافات الزيت المُتبقية، وبالتالي تحديد العمر الافتراضي المُتبقي للزيت. غالبًا ما يستخدم مُديرو أساطيل المركبات أو مُحبو السيارات تحليل الزيت، حيث يرغبون في معرفة أكبر قدر مُمكن من المعلومات حول أداء مُحركاتهم. كما يُستخدم ICP-AES أثناء إنتاج زيوت المحركات (وغيرها من زيوت التشحيم) لضمان مراقبة الجودة والامتثال لمواصفات الإنتاج والصناعة.

• آشينغ
• مطيافية الامتصاص الذري
• مطيافية الانبعاث الذري
• مطياف الكتلة بالبلازما المقترنة حثيًا

• مطيافية الانبعاث الضوئي/البلازما المقترنة حثيًا في موسوعة الكيمياء التحليلية
• مصدر إثارة البلازما المقترنة حثيًا (ICP) [اسم المستخدم وكلمة المرور مطلوبان]