การฝึกอบรมการใช้เครื่อง Atomic Absorption Spectrophotometer

เนื้อหาการอบรม หลักการและทฤษฎีของอะตอมมิกแอบซอพชั่นและการใช้เครื่อง วิธีการตรวจวิเคราะห์ ปฏิบัติการใช้เครื่องอะตอมมิกแอบซอพชั่นและ การบำรุงรักษา

หลักการและทฤษฎีของอะตอมมิกแอบซอพชั่น

สเปกโตรโฟโตเมตรี(Spectrophotometry) สเปกโตรสโกปี(Spectroscopy) คือวิชาที่ศึกษาถึงการกระทำร่วม (interaction) ระหว่าง คลื่นแสงกับสสาร สเปกโตรโฟโตมิเตอร์(Spectrophotometer) เครื่องมือที่ใช้ในการศึกษาการกระทำร่วมระหว่างคลื่นแสง กับสสาร สเปกตรัม(Spectrum) กราฟความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานที่ถูกดูดกลืนกับ ความยาวคลื่น

ความยาวคลื่นแสง (wavelength) :  คือความยาวแสงหนึ่งช่วงคลื่น มีหน่วยวัดเป็น  , Å , etc ความถี่ (frequency) : υ คือจำนวนคลื่นที่ผ่านจุดๆหนึ่งในต่อหน่วยเวลา มีหน่วยเป็น cycle per sec (cps) หรือ Hz 1 cps = 1 sec-1 = 1 Hz

υ = จำนวนคลื่นต่อเซนติเมตรมีหน่วยเป็น cm-1 การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าหรือแสง แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หรือ อนุภาค (particle) ที่เรียกกันว่า photon จาก Quantum theory พลังงานของ photon จะเป็นปฏิภาคโดยตรงกับความถี่ของการแผ่รังสีนั้น E = hυ E = h C/ υ = 1/ E = พลังงานของ photon มีหน่วยเป็นจูล (J) h = Plank’s constant = 6.62 x 10-34 J sec υ = ความถี่ในหน่วย Hertz (Hz = cps , sec-1)  = ความยาวคลื่นแสง υ = จำนวนคลื่นต่อเซนติเมตรมีหน่วยเป็น cm-1

ความสัมพันธ์ระหว่างความถี่และความยาวคลื่น υ = c/η C = ความเร็วของแสงในสูญญากาศ = 3.0 x 108 m/s η = ดัชนีหักเหของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่าน กรณีที่แสงผ่านอากาศ υ = c 1 Å = 10-10 m 1 µm = 10-6 m 1 nm = 10-9 m

Electromagnetic Spectrum คือช่วงความยาวคลื่นของแสง ตั้งแต่ gramma ray ซึ่งมีพลังงานสูงสุด (  ต่ำสุด) ถึงคลื่นวิทยุ (radiowave) ซึ่งมีพลังงานต่ำสุด (  สูงสุด) Nuclear transition Inner electron transition Outer electron transition Molecular vibration Molecular rotation Nuclear Magnetic Resonance

Electromagnetic Spectrum Visible

สเปกตรัมของแสงที่ตามองเห็น (Visible spectrum) Wavelength, nm Color Complementary Color (absorbed) (color observed) < 380 380 - 435 435 - 480 480 - 490 490 - 500 500 - 560 560 - 580 580 - 595 595 - 650 650 - 780 >780 Ultraviolet Violet Blue Green-blue Blue-green Green Yellow-green Yellow Orange Red NIR Yellow-green Yellow Orange Red Purple Violet Blue Green-blue Blue green

Molecular Response to Radiation

Electronstate

Electronic transition

Nature of atom e- + Mo Ground state M0 = Ground State Electron

Excitation Absorption Light e- + +E Mo M* M* = Excited Electron

Emission +E + e- Light +E - E Mo M* Mo Back to ground state

Origins of Atomic Spectra Light e- + e- Excited State E = hn = hc/l

Atomic Spectroscopy Absorption Mo + light M* Emission Mo + heat M* Mo + light

absorption emission Interaction between light and atom fluorescence Excited state photon heat photon photon photon Ground State absorption emission fluorescence

ภาพแสดง spectrum ของการดูดกลืนช่วงแสง ของ atom หรือ molecule UV/VIS spectrum Absorbance max = Absorption maximum  ภาพแสดง spectrum ของการดูดกลืนช่วงแสง ของ atom หรือ molecule

UV/VIS spectrum

การกระทำร่วม (Interaction) ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับสสาร Transmitted radiation (Pt) Fluorescence (F) Scattering (Ps) Reflected radiation, (Pr) Incident radiation, P0 absorbed

กฏที่เกี่ยวกับการดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า Lambert’s law ความเข้มแสงที่ถูกดูดกลืนเป็นสัดส่วนโดยตรงกับระยะทางที่แสงผ่าน P0 b1 P P0 P b1 P0 b2 P Log P0/P ⍺ b

กฏที่เกี่ยวกับการดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า Beer’s law ความเข้มแสงที่ถูกดูดกลืนเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของสาร P0 P P0 P P0 P Log P0/P ⍺ C

Lambert & Beer’s law Log P0/P = A = - log T = abc A A = Absorbance T = Transmission a = absorptivity b = ระยะทางที่แสงผ่านสาร c = ความเข้มข้นสาร C

การคำนวณเปลี่ยน %T เป็น A Absorbance %T A %T 1 10 0.69 20 0.52 30 0.39 40 0.301 50 0.221 60 0.154 70 0.096 80 0.045 90 100 A = - log T A = 2 - log%T เช่นถ้าแสงผ่านออกมา 70% A = -log 70/100 A = 0.1549

การเบี่ยงเบนไปจากกฏของ Beer’s (Deviation)

อะตอมมิกแอบซอพชั่นสเปกโตรสโกปี Atomic Absorption Spectroscopy เป็นการศึกษากระบวนการซึ่งเกิดจากการดูดกลืนแสงของอะตอมอิสระที่ความยาวคลื่นใดความยาวคลื่นหนึ่ง

อะตอมมิกแอบซอพชั่นสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ Atomic Absorption Spectrophotometer คือ เครื่องมือที่ใช้ในการศึกษากระบวนการ การดูดกลืนแสงของอะตอมอิสระที่ความยาวคลื่นใดความยาวคลื่นหนึ่ง

อะตอมมิกแอบซอพชั่นสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ Atomic Absorption Spectrophotometer Light Source Atomizer Mono Chromator Detector

แหล่งกำเนิดแสง Light Source คือ อุปกรณ์ที่ให้แสงในความยาวคลื่นจำเพาะสำหรับธาตุที่ทำการวิเคราะห์ โดยแหล่งกำเนิดแสงของเครื่องอะตอมมิกแอบซอพชั่นสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ เรียกว่า Hollow Cathode Lamp

แหล่งกำเนิดแสง Light Source

ส่วนที่กระตุ้นให้ธาตุกลายเป็นอะตอมอิสระ Atomizer คือ ส่วนที่ทำให้ธาตุเกิดการแตกตัวกลายเป็นอะตอมอิสระ โดยการใช้ความร้อนเป็นตัวกระตุ้น ซึ่งแบ่งตามกระบวนการให้ความร้อนออกได้เป็น 2 กระบวนการ คือ

ส่วนที่กระตุ้นให้ธาตุกลายเป็นอะตอมอิสระ Atomizer กระบวนการทำให้ธาตุแตกตัวเป็นอะตอมอิสระโดยใช้เปลวไฟ (Flame Atomization) กระบวนการทำให้ธาตุแตกตัวเป็นอะตอมอิสระโดยใช้ความร้อนจากไฟฟ้า (Flameless Atomization)

ส่วนที่กระตุ้นให้ธาตุกลายเป็นอะตอมอิสระ Flame Atomizer

Flame Atomization Burner Spray Chamber Nebulizer Sample Atomization and Absorption Burner Evaporation : Solid to gaseous Evaporation : Soluton to Solid Spray Chamber Mixed with Fuel Nebulizer Mixed with Oxidant Sample

Flame Atomization Flame type Oxidant Fuel Temp. (oC) Air-C2H2 Air Acetylene 2100 - 2300 N2O-C2H2 Nitrous Oxide Acetylene 2600 - 3000

ส่วนที่กระตุ้นให้ธาตุกลายเป็นอะตอมอิสระ Atomizer กระบวนการทำให้ธาตุแตกตัวเป็นอะตอมอิสระด้วยความร้อนจากไฟฟ้า (Flameless/Graphite Furnace Atomization)

ส่วนทำหน้าที่คัดแยกแสง Monochromator คือ ส่วนที่ทำหน้าที่คัดแยกแสงจากแหล่งกำเนิดแสงให้กลายเป็นลำแสงที่ความยาวคลื่นเดียว

ส่วนทำหน้าที่คัดแยกแสง Monochromator Grating Entrance Slit Exit Slit Detector

ส่วนตรวจวัดแสง Detector คือ ส่วนที่รับและแปลงสัญญาณจากแสงเป็น สัญญาณไฟฟ้า

Photomultiplier Tube Photocathode Light e- Dynode Current Convert light energy to electrical energy

Atomic absorption spectrophotometer

Software Control

Standard Calibration Curve

Results