مطيافيّة البلازما المقترنة بالحث (ICP)
مقدمة:
مطيافيّة البلازما المقترنة بالحث تستخدم للكشف والقياس على العناصر المعدنية. تعتمد هذه الطريقة على تحفيز الإلكترونات لعناصر مختلفة في وسط يسمى البلازما وإطلاق الضوء بعد استرخاء الإلكترون، يمكن الحصول على نتائج دقيقة جداً و يمكن استخدام هذه الطريقة لقياس العناصر في عينات التربة، الماء، السبائك، منتجات التجميل والعناية الشخصية، أغذية الحيوانات والدواجن والأسماك، المنتجات الزراعية والأغذية، المنظفات، الهواء، المستحضرات الصيدلانية والطبية على مجموعة واسعة من مستويات التركيز (ppm, ppb) في نفس الوقت.
تحليل ICP-OES جنبًا إلى جنب مع ICP-MS يعتبران من أفضل الطرق التحليلية لتحديد تركيز المعادن الثمينة والمعادن الثقيلة في عينات التربة والصخور والمياه بكميات ضئيلة جدًا. نتيجة لذلك، يعدان من أكثر التحليلات استخدامًا في الصناعة والبحوث الأكاديمية. من المهم جدًا الإشارة إلى أن العينة المرسلة يجب أن تكون محلولًا شفافًا، ولذلك، لفحص العينات الصلبة، يجب إذابة المادة الصلبة في مذيب مناسب وغالبًا ما يكون أحماض، وتسمى هذه العملية الهضم.
تعريف الجهاز
تحليل ICP-MS (مطيافية الكتلة مع البلازما المقترنة inductively) يُعتبر من أكثر الطرق دقةً في قياس تركيز العناصر في العينات. هذه التقنية قادرة على الكشف عن كميات تصل إلى أقل من جزء في مليار (ppb). يتطلب إدخال العينات إلى جهاز ICP-MS أن تكون سائلة أو في شكل محلول شفاف (محلول أحادي الطور خالٍ من الجزيئات المعلقة)، مما يستلزم إذابة المواد الصلبة في مذيب مناسب، وتعرف هذه العملية باسم الهضم.
في الجهاز، تُرش العينة السائلة بحجم محدد داخل موقد البلازما. تتعرض الجزيئات المدخلة إلى التأيين بواسطة البلازما الناتجة عن غاز الأرجون. يتم تسريع الأيونات الناتجة بواسطة مجال كهربائي، ثم تدخل إلى مجال مغناطيسي حيث يتم فصل الأيونات وفقًا لنسبة الشحنة إلى الكتلة. يمكن للجهاز قياس تركيز كل من هذه الأيونات، مما يمكنه من تحليل ما يصل إلى 70 عنصرًا في وقت واحد، بما في ذلك جميع المعادن والفلزات شبه المعدنية وبعض اللافلزات.
تُعتبر قياس الكميات الدقيقة لعناصر معينة في العينات باستخدام الطرق التقليدية مهمة معقدة، خصوصًا عندما تكون تركيزات هذه العناصر أقل من 100 ppm. في مثل هذه الحالات، يُعتبر تحليل البلازما المقترنة الحثية (ICP) أو تحليل انبعاث الضوء البصري المقترن بالبلازما الحثية (ICP-OES) الخيار الأمثل. يمكن لهذا التحليل أن يقيس ما يصل إلى 62 معدنًا وسبعة عناصر غير معدنية بدقة تصل إلى 1 ppm بشكل متزامن.
تُستخدم هذه الطريقة بشكل واسع في تقييم التلوثات البيئية، بما في ذلك تلوث المياه والتربة وأنواع الوقود. من المهم الإشارة إلى أن أجهزة ICP المتاحة في إيران تتطلب أن تكون العينات السائلة، مما يعني أنه يتعين إذابة العينات الصلبة في مذيبات محددة. لذلك، من الضروري تحديد التركيب الكيميائي الكامل للمادة الصلبة ونوع العنصر المراد قياسه لضمان نتائج دقيقة وموثوقة.
فوائد القياس
تحليل العناصر حتى تركيزات ppb
يعتبر قياس العناصر حتى تركيزات أجزاء من المليار (ppb) من المهام الدقيقة التي تتطلب تقنيات متقدمة. تشمل هذه العملية هضم العينات الصلبة وقياس تركيز كل عنصر في العينة.
لضمان دقة النتائج، يتم استخدام تقنية إزالة التداخلات الذرية (DRC) التي تساعد في تقليل التداخلات الناتجة عن العناصر الأخرى.
التطبيقات الجيولوجية: قياس العناصر في عينات التربة والصخور والرواسب النهرية.
التطبيقات البيئية: قياس العناصر المعدنية بكميات ضئيلة في عينات المياه، والغذاء، والنباتات، والحيوانات، والتربة، والرواسب.
التطبيقات الحيوية-السريرية: قياس العناصر المعدنية في العينات السريرية، ومنتجات الدم، والأنسجة.
التطبيقات الأثرية: قياس العناصر في العينات الأثرية لتحديد تركيبتها الكيميائية وتاريخها.
التطبيقات الصناعية: قياس المعادن في مياه الصرف الصحي والحمأة الصناعية.
تُظهر هذه التطبيقات أهمية التحليل الدقيق للعناصر في مجموعة متنوعة من المجالات، مما يسهم في فهم أفضل للبيئة والصحة العامة والتاريخ الثقافي.
شروط التحليل
إذا كانت العينات محلولًا غير شفاف، يجب اختيار خيار الهضم.
إذا كانت العينة تحتوي على نسبة عالية من السيليكون أو الألمنيوم وترغب في قياس هذين العنصرين، يرجى إبلاغنا.
في حالة طلب قياس السيليكون، النيتروجين، والكلور، يجب إرسال كمية أكبر من العينة.
لا يتم تقديم منحنى قياسي.
الحد الأدنى القابل للإبلاغ عن العينات السائلة هو حوالي 10 ppb، وبالنسبة للعينات الصلبة يتراوح بين 0.2 إلى 0.5 ppm. توجد استثناءات لبعض العناصر، لذا يرجى تذكيرنا بذلك عند تسجيل الطلب إذا لزم الأمر.
التكلفة تشمل قياس كل العناصر باستثناء العناصر والمعادن الثمينة يضاف لها سعر خاص لوحدها.
كواشف البلازما المقترنة بالحث (ICP)
تُستخدم كواشف البلازما المقترنة بالحث على نطاق واسع في الكيمياء التحليلية لتحليل العناصر. وهي فعالة بشكل خاص في اكتشاف المعادن وبعض اللافلزات في عينات متنوعة
تُعد كواشف ICP أدوات قوية لتحليل العناصر، حيث توفر حساسية عالية والقدرة على تحليل مجموعة واسعة من العناصر في أنواع عينات متنوعة. يعتمد اختيار الكاشف على المتطلبات التحليلية المحددة، مثل الحساسية، حدود الكشف، وطبيعة العينة التي يتم تحليلها.. وهنا الأنواع الرئيسية من كواشف ICP وخصائصها:
1. ICP Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES)
المبدأ: يستخدم الضوء المنبعث من الذرات والأيونات في البلازما لتحديد وقياس العناصر. يتم إدخال العينة في البلازما، حيث يتم تحويلها إلى ذرات مثارة، مما يؤدي إلى انبعاث ضوء عند أطوال موجية مميزة.
التطبيقات: يُستخدم بشكل شائع في التحليل البيئي، سلامة الأغذية، المستحضرات الصيدلانية، وعلوم المواد.
المركبات المُقاسة: المعادن، شبه المعادن، وبعض اللافلزات في العينات الصلبة والسائلة والغازية.
2. Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS)
المبدأ: يجمع بين البلازما المقترنة بالحث ومطياف الكتلة لاكتشاف الأيونات بناءً على نسبة الكتلة إلى الشحنة. بعد التأيين في البلازما، يتم إدخال الأيونات إلى مطياف الكتلة للتحليل.
التطبيقات: يُستخدم لتحليل العناصر بكميات ضئيلة، ودراسات نسبة النظائر، والمراقبة البيئية.
المركبات المُقاسة: المعادن النادرة، العناصر النزرة، والنظائر في مصفوفات متنوعة، بما في ذلك الأنسجة البيولوجية، والعينات البيئية، والمواد الجيولوجية.
3. ICP Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES)
المبدأ: مشابه لمطياف ICP-OES، حيث يكشف الضوء المنبعث من الذرات المثارة بعد إدخالها في البلازما. يركز عادةً على تحليل العناصر في خطوط طيفية محددة.
التطبيقات: يُستخدم في علم المعادن، الجيولوجيا، وعلوم المواد للتحليل الكمي.
المركبات المُقاسة: المعادن وبعض اللافلزات عبر نطاق واسع من التركيزات.
4. Laser Ablation ICP-MS (LA-ICP-MS)
المبدأ: يتضمن استخدام ليزر لإزالة كمية صغيرة من المادة من عينة صلبة، والتي تُنقل بعد ذلك إلى ICP للتأيين وتحليل الكتلة.
التطبيقات: مناسب لتحليل العينات الصلبة، بما في ذلك العينات الجيولوجية، التحليل الجنائي، والحفاظ على الفنون.
المركبات المُقاسة: المعادن، شبه المعادن، وبعض اللافلزات في مصفوفات صلبة.
أنواع العينات التي يمكن قياسها
يمكن قياس هذه العينات باستخدام تقنيات مثل ICP-OES و ICP-MS لتحديد التركيزات الدقيقة للعناصر المعدنية والفلزات.
1- العينات السائلة:
مياه شرب
مياه الصرف الصحي
محاليل كيميائية
سوائل غذائية (مثل العصائر والحليب)
2- العينات الصلبة:
تربة (من مناطق مختلفة)
صخور (عينات جيولوجية)
رواسب مائية (من الأنهار والبحيرات)
مواد بناء (مثل الخرسانة)
3- العينات البيولوجية:
نباتات (أوراق، جذور)
حيوانات (أنسجة، دم)
منتجات غذائية (مثل الفواكه والخضراوات)
4- العينات الأثرية:
قطع أثرية من مواد مختلفة
تربة أو رواسب من مواقع آثار
5- العينات الصناعية:
مياه صرف صناعية
مواد كيميائية تستخدم في الصناعة
تحليل النتائج
تحليل النتائج وقراءتها بشكل دقيق يعد جزءًا أساسيًا من أي عملية تحليل كيميائي. إليك الخطوات الأساسية لفهم النتائج
وهذه الخطوات ستساعدك في تحليل النتائج وفهمها بشكل أفضل
1- معرفة وحدات القياس:
تأكد من فهم وحدات القياس المستخدمة في النتائج، مثل ppb (أجزاء في البليون) أو ppm (أجزاء في المليون).
تكون النتائج عادةً معبّرة عن تركيز العناصر في العينة.
2- فهم المنحنيات القياسية:
عند استخدام منحنيات قياسية، تأكد من أن النتائج تتماشى مع النطاق المحدد. يمكن أن يساعد ذلك في تقييم دقة القياسات.
3- مقارنة النتائج بالمعايير:
قارن النتائج بالمعايير المقبولة أو الحدود المسموح بها حسب اللوائح المحلية أو الدولية.
يساعد ذلك في تقييم ما إذا كانت العينات تتجاوز المستويات الآمنة.
4- تحديد التداخلات:
إذا كانت النتائج غير متوقعة أو غير دقيقة، تحقق من وجود تداخلات محتملة من عناصر أخرى. يمكن أن تؤثر العناصر المعروفة على دقة القياسات.
إذا كانت النتائج معقدة أو تحتاج إلى تفسير أعمق، استشر مختصين مركز فوتون .
مثال على قراءة النتائج:
إذا كانت لديك نتيجة تشير إلى أن تركيز عنصر معين هو 20 ppb، وقارنتها بالحد المسموح به (مثلاً 10 ppb):
النتيجة: 20 ppb
الحد المسموح به: 10 ppb
التحليل: التركيز أعلى من الحد المسموح به، مما يدل على وجود تلوث أو مشكلة بيئية.