Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) - PowerPoint by SxGEJg

VIEWS: 887 PAGES: 78

									1.) หลักการ
 อะตอมของธาตุทุกชนิดสามารถดูดกลืนแสงได้
                                               ่
 ธาตุแต่ละชนิดจะดูดกลืนแสงที่ตามความยาวคลืน (wavelength) จาเพาะ
  เนื่องจาก ธาตุแต่ละชนิดมีระดับพลังงานที่แตกต่างกัน จึงดูดกลืนพลังงานที่ต่างกัน
  เช่น สารละลายตัวอย่างที่มีนิเกิลละลายอยู่กับธาตุตะกั่วและทองแดง เมื่อนาไป
  ผ่านแสงที่มีความยาวคลื่นจาเพาะของนิเกิล อะตอมของนิกเกิลก็จะดูดกลืนแสง
  ส่วนอะตอมของตะกั่วและทองแดงจะไม่ดูดกลืนแสง
 อาศัยกระบวนการที่ทาให้อะตอมของธาตุในสารประกอบเกิดเป็นอะตอมอิสระและ
  ดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นจาเพาะ เช่น ที่ความยาวคลื่น 589 นาโนเมตร เมื่อ
  ผ่านเข้าไปยังอะตอมอิสระของ Na จะดูดกลืนแสงพอดีแล้วจะทาให้ e- ของ Na
  เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะ จากสถานะพื้น(ground state) ไปยังสถานะ
  กระตุ้น (excited state)
การเกิด Atomic absorption, Atomic emission, Atom fluorescence
        ซึ่งเป็นการเกิด transition จาก สถานะพืน (ground state) ไปยังสถานะกระตุน
                                              ้                               ้
   (excited state)
                                                                       excited state




  Photon                  heat          Photon         Photon          Photon




                                                                  ground state
Atomic absorption             Atomic emission              Atom fluorescence
    - เมือ e- ดูดพลังงานจาก โปรตอนแล้วเปลียนระดับพลังงานจาก ground
         ่                                ่
state ไปยัง excited state เรียกว่า Atomic absorption

      - เมือ e- ได้รับพลังงานความร้อน (heat) จะทาให้อิเล็กตรอนเปลียนระดับ
           ่                                                      ่
พลังงานจาก ground state ไปยัง excited state ทาให้ อิเล็กตรอน
ไม่เสถียร จาทาให้ อิเล็กตรอนปล่อยพลังงานออกมาในรูปโปรตอน เพื่อจับสู่ สถานะ
ground state เรียกว่า Atomic emission

       - เมือ e- ได้รับพลังงานจากโปรตอน จากสเปกตรัม ทาให้อเิ ล็กตรอนเปลียน
            ่                                                           ่
ระดับพลังงานจาก ground state ไปยัง excited state แล้เมือ                  ่
อิเล็กตรอนอยู่ใน excited state ไม่เสถียร จึงทาให้อิเล็กตรอนปล่อยพลังงาน
ออกมาในรูปโปรตรอนเพื่อกลับสู่ ground state เรียกว่า Atom
fluorescence
การทาให้เกิดอะตอมอิสระ (free atom)
   ในการทาให้อะตอมของธาตุในสารประกอบเกิดเป็นอะตอมอิสระ อะตอมของธาตุ
    นั้นต้องมีการดูดกลืนพลังงาน
   พลังงานเหล่านั้น อาจอยู่ในรูป พลังงานความร้อนจากเปลวไฟหรือความร้อนจาก
    ไฟฟ้า
   พลังงานความร้อนก็จะทาให้อะตอมของธาตุเกิดกระบวนการแตกตัว
    (dissociation) หรือเปลี่ยนให้เป็นไอ (vaporization) หรืออาจ
    แตกตัวเป็นอะตอมที่อยู่ในสถานะพื้นหรือสถานะกระตุ้น หรืออาจกลายเป็นไอออนได้
2.) เทคนิคต่างๆทีใช้ในการวิเคราะห์ด้วย AAS
                 ่
 - Flame Atomization Technique ใช้ในกระบวนการทาให้
 สารตัวอย่างแตกตัวเป็นอะตอมด้วยเปลวไฟ(flame)ที่เหมาะสม
 - Flame Technique / Non- Flame Atomization
 Technique ใช้ในการกระบวนการทาให้สารตัวอย่างสลายตัวเป็นอะตอมได้
 ด้วยความร้อนจากกระแสไฟฟ้า (electrothermal atomizer)
 - Hydride Generation Technique เป็นการทาให้ธาตุที่
 สนใจแตกตัวในบรรยากาศที่ปราศจากออกซิเจน เพื่อป้องกันการรวมตัวของธาตุกับ
 ออกซิเจนและธาตุที่สนใจต้องกลายเป็นไอได้ง่ายที่อุณหภูมิห้อง ด้วยการรีดิวซ์ให้
 เป็นไฮไดรด์แล้วผ่านไปในเปลวไฟไฮโดรเจน จะทาให้ธาตุกลายเป็นอะตอมอิสระได้
 และเทคนิคนี้นิยมใช้วิเคราะห์ธาตุ As, Se, Te, Ge, Bi และ Sb
 - Cold Vapor Generation Technique ใช้ธาตุที่สามารถ
 เปลี่ยนเป็นไอได้ง่าย เช่น การวิเคราะห์ปรอทที่มีปริมาณน้อย
3.) องค์ประกอบของเครื่อง AAS
           light source
1. Hollow cathode lamps (HCL)

2. Electrodeless Discharge lamps (EDL)
1.   Hollow cathode lamps (HCL)
       HCL มีลักษณะเป็นหลอดแก้วที่บรรจุแก๊สนีออนหรืออาร์กอนที่มีความดันประมาณ
 1-10 torr ซึ่งภายในประกอบด้วย
 ◦ ขั้วแคโทด ซึ่งเป็นโลหะรูปทรงกระบอกกลวงหรือถ้วย แล้วฉาบด้วยโลหะหรือผงโลหะ ที่เมื่อ
   กระตุ้นจะเห็นสเปกตรัมที่มี resonance linees
 ◦ ขั้วแอโนด ทาด้วยโลหะนิเกิล ทังสเตน หรือเซอร์โครเนียม มีลักษณะเป็นแท่งเล็กๆ
 ◦ Window ทาด้วยควอร์ตซ์หรือซิลิกาเมื่อสเปกตรัมอยู่ในช่วง UV แต่ถ้าสเปกตรัม
   อยู่ในช่วงวิสิเบิลก็จะใช้แก้วไพเร็กซ์หรือควอร์ตซ์ และที่สาคัญ window ต้องสะอาด
   เสมอ
       การใช้หลอด HCL ต้องใช้กระแสไฟฟ้าให้เหมาะสม
ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้อยู่ในช่วง 5 – 30 mA แต่ก็ต้องขึ้นอยู่กับ
ชนิดของธาตุ และเมื่อใช้กระแสไฟฟ้ามากๆ จะทาให้อายุการใช้
งานของหลอด HCL จะสั้นกว่าปกติ
การเกิดสเปกตรัมของ HCL
 ◦ เมื่อให้กระแสไฟฟ้าในช่วง 300 – 600 โวลท์ จะทาให้แก๊สเฉื่อยที่บรรจุอยู่เกิดการ
   แตกตัวเป็นไอออนบวก
 ◦ แล้วไอออนบวกจะวิ่งไม่ชน ธาตุที่ฉาบอยู่ที่ขั้วแคโทด
 ◦ ทาให้อะตอมของธาตุถูกกระตุ้นและเปล่งแสงออกมาเป็นสเปกตรัมและในสเปกตรัมนั้นจะมี
   resonance line อยู่ด้วย เช่น
                     Ultra AA lamps
   Ultra AA lamps เป็น HCL ชนิดหนึ่งที่บริษัท GBC และบริษัท
    Varian ของออสเตรเลียได้ผลิตขึ้น
   Ultra AA lamps มีทั้ง
               1. single element
               2. multi element คือ ในหลอดเดียวกันสามารถใช้ได้
    หลายธาตุ เช่น หลอด Ca/Mg , Na/K , หรือ
    Cu/Cr/Cu/Fe/Mn/Ni ทาให้สะดวกในการวิเคราะห์หลายๆธาตุโดย
    ไม่ต้องมีการเปลียนหลอด และเมื่อใช้งานต้อง warm up 5 -10 นาที
                    ่
    เสมอ เพื่อให้ได้แสงที่ออกมาคงที่
     - หลอดนี้เป็นหลอดที่ให้แสงออกมามี intensity สูงกว่า
HCL ธรรมดา 3-4 เท่า ทาให้ sensitivity ของการ
วิเคราะห์สูงขึนถึง 40%
              ้

  - อายุการใช้งานยาวขึ้น โดยมี life time มากกว่า
8000 mA-hr

    - cetection limits ในการวิเคราะห์ที่ธาตุ As, Se,
และ Pb ก็ต่าด้วย
2. Electrodeless Discharge lamps (EDL)

     หลอดนี้ได้รับความนิยมเป็น light source ในการหาปริมาณของ
 As, Se, Hg เพราะให้ sensitivity ดีกว่า ความเข้มแสงสูงกว่า
กระบวนการทาให้ธาตุแตกตัวเป็นอะตอมอิสระ ด้วยเปลวไฟ(Flame Atomization)

  - สารตัวอย่างต้องเป็นสารละลายที่เป็นเนื้อเดียวกัน ไม่แขวนลอย ตัวทาละลายะเป็นน้าหรือ
  สารอินทรีย์ก็ได้
  - Flame Atomization มี 5 ขั้นตอน ดังนี้
         1. Nebulization เป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลงของเหลวให้เป็นละอองเล็กๆ(mist)ด้วยเครื่อง
  Nebulizer
         2. Droplet precipitation เป็นกระบวนการที่ละอองเล็กๆ ของสารละลายรวมกันเป็นหยด
  สารละลายขนาดใหญ่ ไม่สามารถจะลอยอยู่ในอากาศได้ จึงต้องตกลงมาแล้วออกไปทางท่อน้าทิ้ง
         3.Mixing เป็นกระบวนการที่ละอองเล็กๆ ของสารละลายผสมกับแก็สเชื้อเพลิง(fucl)และออกซิ
  แดนท์( oxidant)ใน spray chamber ของ nebulizer
         4.Disolvation เป็นกระบวนการทีตัวทาละลายที่อยู่ในละอองเล็กๆ ถูกกาจัดออกไป ทาให้เกิดเป็น
                                             ่
  อนุภาคเล็กๆของสารประกอบ (กระบวนการเกิดขึ้นตอนกลางของเปลวไฟ)
         5. Compound decomposition เป็นกระบวนการที่ทาให้สารประกอบแตกตัวเป็น
  ออกไซด์ เป็นโมเลกุลและเป็นอะตอมอิสระ
   ผู้วิเคราะห์ต้องทราบเสียก่อนว่าธาตุที่วเิ คราะห์ควรจะใช้ Flame ชนิดไหนจึงจะเหมาะสมในการ
    ทาให้เกิดอะตอมอิสระ
   จึงเลือก Burners ซึ่งในปัจจุบันบริษัทที่ผลิตเครื่อง AAS มี Burners ให้เลือกใช้ 3
    ชนิด
           Burners ที่ใช้กับ air/acetylene
           Burners ที่ใช้กับ nitrous oxide/acetylene
           Burners ที่ใช้กับ hydrogen/entrained air
   Burners
    - ทาด้วยโลหะแท่งทนต่อการกัดกร่อนของกรด เช่น ทาด้วยโลหะไทเทเนียม/โลหะผสมไทเทเนียม
    - มีขนาดของช่องเปลวไฟ (slot) 2 ขนาดคือ 10 cm และ 5 cm
    - Burners ที่มีช่องเปลวไฟ 5 cm ใช้กับ nitrous oxide/acetylene
    เท่านั้น เพราะเป็นการเผาไหม้ที่เร็วมาก ถ้าใช้ช่องยาวอาจทาให้เกิดระเบิดได้
    - บางบริษัทมี Burners เดียว แต่สามารถประกอบใช้สาหรับ ขนาด 10 cm และ 5
    cm ก็ได้
เปลวไฟที่ใช้กับเครื่อง AAS มี 4 ชนิดที่มีให้เลือกใช้


           ชนิดของเปลวไฟ                               อุณหภูมิ
             Ar – H2                            1577
            Air – H2                            2045
           Air – C2H2                           2300
           N2O – C2H2                        2955 (- 3000)
    การเลือกเปลวไฟในกระบวนการ Atomization จะต้อง
เหมาะสมเพราะเปลวไฟแต่ละชนิดให้อุณหภูมิสูต่าแตกต่างกัน เช่น
1.เปลวไฟที่เกิดจากอากาศและอะเซทิลีน (Air – C2H2 flame)
    - เป็นเปลวไฟที่ใช้กันมาก
    - ใช้วิเคราะห์ได้ประมาณ 30 ธาตุ
2.เปลวไฟที่เกิดจากไนตรัสออกไซด์และอะเซทีลีน (N2O – C2H2
flame)
    - เป็นเปลวไฟที่ร้อนที่สุด
    - ใช้วิเคราะห์ธาตุพวก Al,V,Si,Ti รวมทั้ง rare earth
elements
    - เปลวไฟนี้สามารถทาให้ธาตุที่ทนไฟ หรือเป็นออกไซด์ที่เสถียร สลายตัวเป็น
อะตอมได้
    - ใช้วิเคราะห์ธาตุได้ถึง 67 ธาตุ
3. เปลวไฟที่เกิดจากอากาศและไฮโดรเจน (Air – H2 flame)/ อาร์กอน
– ไฮโดรเจน (Ar – H2 flame)
     - เป็นเปลวไฟที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง เพราะไฮโดรเจนติดไฟได้ง่าย
     - ใช้กับธาตุ As,Se,Zn,Pb,Cd,และSn
     - ใช้กับ hydride generation technique
                                ้
     - ใช้แสงที่มีความยาวคลื่นสัน
     - background absorption จะต้องต่า
     - เป็น reducing flame
- อุณหภูมิของเปลวไฟต่า
- มีการแทรกสอด
- ปัจจุบันเลิกใช้แล้ว
                              ิ              ้ ่
       องค์ประกอบและอุณหภูมของเปลวไฟขึนอยูกับ อัตราส่วนผสมของ แก็ส
เชื้อเพลิง/ออกซิแดนท์(fuele/oxidant) ทาให้เปลวไฟมีสมบัติที่แตกต่าง
กัน เช่น
       1.oxidizing flame หรือ fuel – lean flame
                -เป็นเปลวไฟที่ใช้เชื้อเพลิงน้อย
                -ใช้ oxidant มาก
       2.Neutral flame หรือ stoichiometric flame
                -เป็นเปลวไฟที่ใช้เชื้อเพลิงและอากาศเผาไหม้พอดี
       3.Reducing flame หรือ fuel – rich flame
                -เป็นเปลวไฟที่ใช้เชื้อเพลิงมากกว่าปกติ
โครงสร้างของเปลวไฟที่สาคัญ 3 ส่วน
    1.Primary combustion zone/inner cone

    2.Interconal region

    3.Outer cone
1.Primary combustion zone/inner cone
     - บริเวณนี้มีเปลวไฟสีฟ้า
     - ได้รับความร้อนโดยการนาและการแผ่รังสี
     - fuel gases บริเวณนี้จะเกิด oxidation และ
 emit แสงออกมาได้
     - ไม่ควรใช้เปลวไฟบริเวณในการวิเคราะห์ เพราะเมื่อ
 sample ผ่านเข้าไปในเปลวไฟบริเวณนี้ จะทาให้น้าระเหยออก
 จากหยดของเหลวตัวอย่าง กลายเป็น solid particle
2.Interconal region
     - อยู่เหนือบริเวณ Primary combustion zone
     - เป็นบริเวณที่ร้อนที่สุดในเปลวไฟ
     - เกิด combustion อย่างสมบูรณ์
     - เมื่อ sample ที่เป็น solid par ผ่านเข้าไปจะทาให้เกิด
 vaporizationและ decomposition
     - เกิด excitation และ absorption process
     - ควรใช้เปลวไฟบริเวณนี้ในการวิเคราะห์

3.Outer cone
     - อยู่เหนือบริเวณ Primary combustion zone และ
 Interconal region
     - Co ที่เป็นผลผลิตที่เหลือจากการ oxidized จะเกิดการ
 combustion อย่างสมบูรณ์ แล้วถูก eject ออกจาก flame
     - บริเวณใช้ประโยชน์ได้น้อยมาก
   ไอออนไนเซชันเป็นปัญหาที่เกิดขึนในการวิเคราะห์ทาง AAS
                                  ้

   การเกิด Ionization ของธาตุในขณะที่อะตอมอิสระของธาตุอยู่ในเปลวไฟ จะ
    มีผลกระทบต่อความถูกต้องของการวัดค่าการดูดกลืนแสง

   การเกิด Ionization จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับชนิดของธาตุและพลังงานที่ใช้
    ในการทาให้ อิเล็กตรอนหลุดออกไป เช่น พลังงานจากเปลวไฟ ความร้อนจากไฟฟ้า
   การเลือกใช้ตัวทาละลายต้องเลือกตัวทาละลายที่เหมาะสม เพราะตัวทาละลายมีผลกระทบ
    ต่อสมบัติของเปลวไฟ ส่งผลให้ความแม่นยา และสภาพไว (precision และ
    sensivity)ของการวิเคราะห์คลาดเคลื่อน

   ตัวทาละลายที่ไม่เหมาะสมกับเทคนิคทาง AAS ได้แก่ พวกสารประกอบอะโรมาติก และ
    เฮไลด์ เพราะตัวทาละลายเหล่านี้ทาให้เกิดควันมากและทาให้เปลวไฟมีสีเหลือง

   ตัวทาละลายที่เหมาะสมได้แก่ ตัวทาละลาย aliphatic esters , ketones
    ขนาด C6 C7 และพวก อัลเคน ขนาดC10

   ตัวทาละลายที่ระเหยได้ง่ายได้แก่ เมทานอล เอทานอล อะซิโตน อีเทอร์ และพวกอัลเคน
    เพราะตัวทาละลายเหล่านี้ระเหยได้ใน nebulizer ทาให้ค่าการดูดกลืนแสงที่วัดได้ไม่
    แน่นอน
   ตัวทาละลายที่เหมาะสม   ตัวทาละลายที่ไม่เหมาะสม
      Acetonitrile            Aceton
         MIBK              Chloroform
Methyl-n-amyl ketone       Diethyl ether
   Isobutyl acetate          Ethanol
        Xylene              Methanol
      White spirit        Methyl chloride
 Aliphatic esterand
     ketone C6, C7
Monochromator
     - เป็นส่วนที่กระจายแสงออกไปเป็นความยาวคลื่นต่างๆ
(เหมือนกัน UV-VIS)

    - ใช้ grating ธรรมดา

     - แต่ในปัจจุบันเครื่องรุ่นใหม่ใช้ echelle grating ซึง
                                                         ่
เป็น polychromator สามารถแยกแสงได้ดีกว่า
Detector
   - เครื่อง AAS ทั่วไปไม่ใช้ photomultiplier tube หรือ
diod arry
   - เพราะราคาถูก
   - ทางานได้ดี


Data System
    - ปัจจุบันมี software ในการควบคุมการทางานของเครื่องมือ
ประมวลผล
    - ทารายงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
 ถ้าตัดสินใจจะวิเคราะห์สารตัวอย่างโดยใช้เทคนิค AAS แล้ว ควรจะ
        1.ตัดสินใจว่าจะวิเคราะห์สารตัวอย่างเพื่ออะไร ? ปริมาณวิเคราะห์
หรือคุณภาพวิเคราะห์
        2.เตรียมสารตัวอย่างในรูปสารละลายให้เหมาะสมกับเครื่อง AAS
        3.จัดเครื่องมือให้พร้อมใช้งานได้ เช่น เลือก HCL ของธาตุที่
วิเคราะห์, ปรับอัตราการไหลของเชื้อเพลิง อากาศ, จัดความกว้างของช่องแสง
เข้าออกจาก monochromator เป็นต้น
        4.เลือกโปรแกรมการวัดผล การคานวณ ตลอดจนรายงายผลการ
วิเคราะห์
     โดยทั่วไปแล้วเทคนิคทาง AAS นั้นไม่เหมาะสมที่จะใช้ทาคุณภาพ
วิเคราะห์ เพราะต้องเสยเวลาและสิ้นเปลืองในการเปลี่ยน HCL และต้อง
ทาการ scan ความยาวคลื่นด้วย จึงไม่ค่อยนิยมใช้ตรวจหา
     แต่อย่างไรก็ตาม สามารถใช้เทคนิค AAS ทาคุณภาพวิเคราะห์ได้
เช่น ต้องการตรวจสอบว่ามี Ni เป็นองค์ประกอบหรือไม่ ก็ใช้ HCL เป็น
Ni แล้วใช้ flame (C2H2/ air) เป็น atomizer ใช้ความยาว
คลื่นของ Ni คือ 232 nm สาหรับการตรวจว่ามีการดูดกลืนแสงหรือไม่
ถ้ามีการดูดกลืนแสงในช่วงความยาวคลื่นดังกล่าว แสดงว่าในสารตัวอย่าง
มี Ni เป็นองค์ประกอบ
มีด้วยกัน 4 วิธี คือ
    1. Calibration Method
    2. Standard Addition Method
    3. Dilution Method
    4. Internal Standard method
    โดยวิธีที่นิยมใช้ทาการวิเคราะห์มากที่สุด คือ วิธี Calibration
และ Standard Addition Method
                                               ิ่
     วิธีนี้เหมาะสาหรับสารตัวอย่างที่ไม่ค่อยมีสงรบกวนและเจือจาง
สามารถวิเคราะห์โดยเทียบกับสารมาตรฐานที่ทราบความเข้มข้น
แน่นอน ทาโดยปรับ signal ที่ได้จาก blank ให้เป็นศูนย์ แล้ววัด
ค่า absorbance ของสารละลายมาตรฐานที่ความเข้มข้นต่างๆ
4-5 ความเข้มข้น นาผลมาสร้างกราฟระหว่างความเข้มข้นกับค่า
absorbance จะได้ calibration curve
      ในกรณีที่ใช้เทคนิค flameless atomization
อาจใช้การวัด peak area หรือ peak height แล้ว
นามาสร้างกราฟข้อพึงระวังคือ calibration curve ที่
ได้ ใช้ได้เฉพาะการวิเคราะห์สารแต่ละครั้งเท่านั้น เมื่อจะ
วิเคราะห์ใหม่ก็ต้องทาใหม่ เนื่องจาก parameters ต่างๆ
ที่ใช้อาจมีการเปลี่ยนแปลง
    เป็นวิธีแก้ปญหาเกี่ยวกับ matrix effects และ
                ั
interferences ทาโดยแบ่งสารละลายออกเป็น 4-5 ส่วน
นามาเติมสารละลายมาตรฐานที่มีความเข้มข้นต่างๆ แต่มีจานวน
ปริมาตรเท่ากันลงไป ส่วนสารละลายสุดท้ายเติมเฉพาะตัวทาละลาย
stdC1       stdC2        stdC3         stdC4     solvent
     การวิเคราะห์ด้วยวิธีนี้ถ้ามี matrix effects ก็จะมี
effects เหมือนกันหมด ทาให้หักล้างกันไป อีกทั้งยัง
สามารถหาได้ว่าสารตัวอย่างมี matrix effects มากน้อย
เพียงใด โดยดูจากการเทียบค่า slope ของ curve ทั้งสอง
ถ้า slope เท่ากัน แสดงว่าสารละลายทั้งสองชุดไม่มี
Interference
     วิธีการนี้เหมาะกับสารตัวอย่างทีมี interference
                                    ่
โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเกิด enhancement (คือค่า
absorbance วัดได้มากเกินกว่าปกติ เนื่องจากเกิด
ionization) ทาการวิเคราะห์โดยเติมสารละลายทีประกอบด้วย
                                                ่
ธาตุที่เกิด ionize ง่ายๆลงไปในสารละลายตัวอย่างและสารละลาย
มาตรฐานให้มากเกินพอ (ไม่ควรเติมจนสารละลายเจือจางจนวัดค่า
ไม่ได้) การวิเคราะห์อาจใช้ Calibration หรือ Standard
Addition Method วิเคราะห์ก็ได้
     วิธีนี้อาศัยหลักการเติมสารมาตรฐาน (reference
element) ซึ่งเป็นคนละธาตุกับสารที่จะวิเคราะห์ลงไปในสาร
ตัวอย่างและ blank นาไปวัดค่า absorbance แล้วหา
อัตราส่วนระหว่างสารตัวอย่างและสารมาตรฐาน (Au/As) นาข้อมูล
ไปสร้าง calibration curve แล้ววิเคราะห์หาความเข้มข้นของ
สารละลายตัวอย่างต่อไป วิธีนี้ใช้ได้ต่อเมื่อ
     1.สารตัวอย่างจะต้องไม่มีธาตุที่ใช้เป็นมาตรฐาน
     2.ทั้งสารตัวอย่างและสารมาตรฐานต้องมีลักษณะและคุณสมบัติ
ทางเคมีเหมือนกัน
   การวิเคราะห์ด้วยเทคนิคทาง AAS นั้น อาจทาได้
หลายวิธี เช่น
   1. Flame Techniques
   2. Graphite Techniques
   3. Vapor Generation Techniques
                          ้
   แต่ละวิธีนั้นก็มีข้อดีขอเสียที่ต่างกันไป ต้องเลือกให้
เหมาะสมกับความต้องการและองค์ประกอบต่างๆ
    เป็นเทคนิคที่นิยมใช้กันอย่างกว้างขวาง โดยสารตัวอย่าง
ต้องมีลักษณะดังต่อไปนี้
    - เป็นสารละลาย/ของเหลว
    - มีของแข็งละลายอยู่ไม่เกิน 5 %
    - ควรสลายได้ดีด้วยความร้อน
    - มีความเข้มข้นที่เหมาะสม
    - มีปริมาตรอย่างน้อย 1 mL
     ข้อดีของ FT                   ข้อเสียของ FT

- ใช้เวลาในการวิเคราะห์       - ถ้าประสิทธิภาพของ
น้อย                          neubulizer ต่า สารอาจ
-มีความแม่นยาในการ            ถูก drain ทิ้งมาก ทาให้
                              sensitivity ต่า
วิเคราะห์
                              - ต้องเตรียมสารตัวอย่างให้เป็น
- ผู้วิเคราะห์ไม่ต้องมีความ   สารละลาย (มีขั้นตอนในการ
ชานาญมากก็ได้                 เตรียม)
   สารตัวอย่างที่จะใช้กับเทคนิคนี้ ควรมีลักษณะดังต่อไปนี้
คือ
- เป็นของแข็ง/ของเหลว/ของแข็งละลายในของเหลว
- ต้องสลายตัวด้วยความร้อน แล้วทาให้สารเจือปนแยกออกมา
ได้
- มีความเข้มข้นที่เหมาะสม
- สารตัวอย่างและสารมาตรฐานควรเปรียบเทียบกันได้
       ข้อดีของGFT                     ข้อเสียของGFT
- วิเคราะห์ได้ทั้งของแข็งและ   - ผู้วิเคราะห์จาเป็นต้องมี
ของเหลว                        ประสบการณ์และความชานาญ
- ใช้ปริมาณสารตัวอย่างน้อย     พอสมควร
0.5 μL                         - มีการรบกวนจาก
- ให้ sensitivity และ          spectrum ของสารอื่นมาก
accuracy ที่ดี                 ต้องมี background
                               corrector
     สาหรับเทคนิคนี้จาเป็นต้องทาสารตัวอย่างให้มีลักษณะ
ดังต่อไปนี้
- ต้องย่อยให้อยู่ในสภาพที่เป็นกรดและมี oxidation
state ที่เหมาะสม
- มีความเข้มข้นที่เหมาะสม
- ต้องปราศจากสิ่งรบกวนทางเคมี
    ข้อดีของ VGT            ข้อเสียของ VGT
- ให้ sensitivity สูง   - วิเคราะห์ได้เฉพาะบางธาตุ
                        (As, Bi, Pb, Sb,
                        Sn และTe)
                        - มีขั้นตอนในการเตรียมสาร
                        แต่การวิเคราะห์ทาได้ง่าย
                        - ความแม่นยาน้อยกว่า FT
                        และ GFT
1. Physical effects
2. Chemical effects
3. Spectral interferences
4. Background absorption หรือ non-specific
   absorption effects
1. Physical effects
      เกี่ยวข้องกับอัตราการไหลของสารละลายที่เข้าไปใน nebulizer
 ขนาดของหยดสารละลาย เป็นต้น โดยมีสาเหตุมาจาก ความไวในการระเหยของ
 ตัวทาละลาย ความตึงผิว และ ความหนืด


      วิธีแก้ไข ทาให้สารละลายเจือจางลงพวก organic solvents หรือ
 เติมสารละลายมาตรฐานให้มี matrix อย่างเดียวกับสารตัวอย่าง
    2. Chemical effect
           เกี่ยวข้องกับ พวกแอนไอออน ที่มีออกซิเจนเป็น
องค์ประกอบ ทาให้ผลการหาปริมาณของพวก alkaline
earth metals ได้น้อยกว่าปกติ เมื่อใช้ air- C2H2
flame หรือเมื่อใช้ flame tempature ต่าๆ ทั้งนี้
เพราะมีการเกิดสารประกอบอยู่ตัวบางชนิด (พวกธาตุที่ทนความ
ร้อน) ทาให้การแตกตัวเป็นอะตอมของธาตุที่วิเคราะห์น้อยลงกว่าที่
ควรจะเป็น
วิธีแก้ไข
  1) กาจัด interfering anions ให้หมดเสียก่อน เช่น
 ใช้ ion exchange techniques
  2) ใช้ flame tempature ให้สูงขึ้น อาจใช้ N2O-
        C2H2 flame หรือใช้ graphite furnace แต่วิธีนี้อาจเกิด
 ionization มากขึ้นได้
  3) ใช้วิธีเติมสารละลาย (relasing agent) SrCl2 , LaCl2 ,
 Sr(NO3)2 หรือ La(NO3)2 ] ลงไปมากๆ (5,000-10,000
 mg/L) หรือบางครั้งอาจเติมสาร พวก chelating agent เช่น
 EDTA เป็นต้น
      3.Spectral interferences
           ในกรณีสารตัวอย่าง cations อื่นๆปนอยู่มาก จะทา
ให้ค่าแอบซอร์พแบนซ์ที่วัดได้เพิ่มขึ้นหรือลดลง เนื่องจากการเกิด
ionization เมื่อใช้ temperature สูงเกินไป หรืออาจมีธาตุ
บางชนิดช่วยดูดกลืนแสง ดังแสดงในตาราง เช่น ในการหาปริมาณของ
Al ซึ่งมี Al 100 mg/L โดยใช้ N2O-C2H2 flame
เมื่อCo, Cr, Fe, Mn, Ti ผสมอยู่ในปริมาณ 50-5000
mg/Lจะทาให้แอบซอร์แบนซ์ที่วัดไดเพิ่มขึ้น
 ตารางแสดงสเปคตรัมที่เกิดจาก emission และ absorption
ของธาตุแล้วทาให้เกิด spectral interferences

Source line   Emission ( nm )   Analytical line   Absorption (nm)


    Al            308.2              V                308.2
    Sb             217               Pb                217
                                     Cu                217
    Sb             231               Ni                231
    Sb             323               Li                323
    As             229               Cd                229
    Cu            324.7              Cu               324.7
    Ga            403.3              Mn               403.3
    Ge            422.7              Ca               422.7
    Fe             272               Pt                272
    Fe            297.5              Mn               297.5
    Zn            213.8              Fe               213.8
    Fe            296.1              Al               296.2
วิธีแก้ไข
   ใช้วิธีเติมสารละลาย CsNO3 หรือ CsCl ลงไปในสารละลาย
   มาตรฐานและสารละลายตัวอย่างมากๆ (1000-2000 mg/L
   ของK) หรือจนกระทั่งถึง plateau ดังรูป




            รูปแสดงผลของ potassium (K) ที่เติมลงไปในสารละลาย Sr
จากรูปแสดงความเข้มข้นของแสงที่เปล่งออกจาก HCL
      curve A เมื่อใช้กระแสไฟฟ้าต่ากับ HCL
      curve B เมื่อใช้กระแสไฟฟ้าสูงจะทาให้เกิด self-
  reversal ได้ valley จาก broadened band ที่เปล่งออกมา
 จากรูปแสดงค่าแอบซอร์แบนซ์ของสารละลายตัวอย่างที่วัดได้เมื่อใช้
low current และ high current กับ HCL ABS
= background corrected
4.Background absorption
                   or
       Non – Specific absorption effects

                    or
              Matrix effects

                   or
          Non – atomic species
         เป็น broad – band absorption ปัญหาส่วนใหญ่จะเกิดขึ้น
เมื่อใช้ flame อุณหภูมิต่าๆในการทาเกิดอะตอม ใน flame จึงมีสารที่อยู่ใน
รูปของโมเลกุลของสาร น้า ของเหลว ซึ่งสามารถ absorb แสงในช่วง UV ได้
(ในช่วง visible จะมี effect น้อยกว่า) นอกจากนี้โมเลกุลเหล่านี้ก็ทาให้
HCL เกิด scattering อีกด้วย

    สิ่งเหล่านี้มักเกิดขึ้นเสมอกับสารตัวอย่างที่เป็นสารอินทรีย์หรือสาร
biological materials วิธีแก้ปัญหาก็คือการทา background
corrector ซึ่งสามารถทาได้หลายวิธีคือ
    1. การใช้ continuum sources
    2. การใช้ Zeeman effect / Zeeman background
corrector
    3. การใช้ Smith – Hieftje background corrector
    4. การใช้ Matrix modification
 1.) การใช้ background corrector ด้วยการใช้
continuum source

       Continuum source ที่ใช้คือ deuterium lamp หรือ
hydrogen lamp นั่นเอง (D2 - Lamp) ค่า absorbance ที่วัดได้จาก
D2 – Lamp จะเป็นค่า absorbance ของ background ในการวัดทั้ง
สองจะสลับกันไปอย่างรวดเร็วด้วย chopper ที่เป็นกระจกหมุน ผลต่างของการวัดทั้ง
สองแบบนี้จะเป็นค่า absorbance ของสารตัวอย่าง
       การใช้ continuum source นั้นเหมาะที่จะใช้กบ       ั
flame atomization technique เพราะวิธีนี้มีข้อจากัด
ต่างๆดังนี้คือ
- ต้องมี continuum source หลายหลอด เพื่อให้ครอบคลุม
ในช่วง UV-Visible แต่ D2 – Lamp ให้แสงช่วง UV เท่านัน          ้
- ทาให้ค่า single-to-noise ratio ที่ควรวัดได้ลดลง
- ความเข้มของแสงที่ได้จาก HCL และ D2 – Lamp ไม่สามารถ
ทาให้เท่ากันได้
- การวัด background ของสารตัวอย่างในเวลาต่างกัน อาจมีค่า
ต่างกัน จริงๆแล้วต้องวัดในเวลาเดียวกันแต่ไม่สามารถทาได้ แต่การ
เปลี่ยนแปลงนี้มีน้อยมาก
- เมื่อความยาวคลื่นเปลี่ยนไป background จะเปลี่ยนแปลง
อย่างมาก ต้องแก้ไขด้วยวิธีถัดไป
2) การใช้ Zeeman background
   correction
       Zeeman effect ค้นพบโดย Pieter Zeeman
โดยอาศัยทฤษฏีที่ว่า atomic absorption ทั้ง emission
และ absorption lines เมื่อผ่านสนามแม่เหล็ก ซึ่งมีความ
เข้มข้นหลายกิโลเกาส์ (kiligauss) จะทาให้สเปกตรัมไลน์
นั้นเกิดการแยก(split) ออกเป็นแสงที่ vibrate ใน plane
เดียว 3 ส่วน ซึ่งมีพลังงานต่างกันดังแสงในรูป
รูปแสดง Zeeman effect ของ spectral line
A. เมื่อไม่มี magenetic field
B. เมื่อมี magenetic field 10 kG หรือ 1T (Tesla)
C. แสดง spectral lines splitting สาหรับ π component
       เป็น plane of polarzed light ที่ขนานกับ magenetic
       field ส่วน σ component เป็นส่วนที่เกิดจาก polarzied
       light ที่ตั้งฉากกับ magenetic field
หลักการทางาน
             การให้แสงธรรมดาผ่านเข้าไปใน rochon prism
  หรือ polarizerซึ่งประกอบด้วย ปริซึมที่ทาด้วยควอร์ตซ์ 2 อัน
  อันหนึงยอมให้แสงที่ vibrate ใน plane ที่ขนานกับ
          ่
  สนามแม่เหล็กผ่านได้ แต่แสงที่ vibrate ใน plane ที่ตั้งฉาก
                            ่
  จะผ่านไม่ได้ ส่วนอีกอันหนึงจะมีคุณสมบัติตรงข้าม ดังนั้น ถ้า
  ต้องการแสงที่ vibrate ใน plane ไหนสามารถ เลือกได้โดย
  ใช้วิธีการหมุนผลึก หรือ polarizer
       ดังนั้นการใช้ Zeeman effect เพื่อทาให้ Background
correction จะมีผลต่อ atomic absorption นั่นคือ ทาให้แสงจาก
HCL ผ่าน polarizer ได้แสงที่เป็น polarized light 2 ชนิด คือ
1. ขนานกับเส้นแม่เหล็ก ( band) ผ่านเซลล์ ค่าแอบซอร์พแบนซ์ที่วัดได้จะเป็น
   ของสารตัวอย่าง และ background
2. ชนิดตั้งฉากกับแม่เหล็ก (band) ผ่านเซลล์บ้าง ค่าแอบซอร์พแบนซ์ที่วัดได้จะ
   เป็นของ background เท่านั้น

              ผลต่างของค่าแอบซอร์แบนซ์ที่วัดได้จากทั้งสองครั้ง จะเป็น
    ค่าแอบซอร์แบนซ์ของสารตัวอย่างจริงๆ
 จากรูปแสดงถึง parallel และ perpendicular
polarzied light beam และ absorption line
   จากรูปแสดงแผนภาพองค์ประกอบของเครือง Zeeman
                                    ่
atomicabsorption spectrophotometer โดยที่แม่เหล็กอาจ
ประกอบอยู่ที่
           a) hollow cathode lamp
           b) เซลล์ (cell)
           ข้อดี (advandtages)
      ข้อดีของ Zeeman background correction สรุปได้
     ดังนี้
1.   สามารถใช้ได้ในความยาวคลื่นที่กว้าง
2.   เป็นการกาจัดเรื่อง spectral interferences หรือ
     spectral overlap
3.   Baseline คงที่ดี
4.   เป็นการแก้ปัญหาเรื่อง background absorption ได้อย่างดี
     และมีประสิทธิภาพ
5.   เป็นการแก้ปัญหาโดยใช้ lamp อันเดียว
ข้อเสียของ Zeeman background correction
    1. Light source จาก HCL มีการลดลงไปได้บ้าง เนื่องจากต้องผ่าน
 polarizer
    2. การเพิ่มแม่เหล็กทาให้ราคาแพงขึ้น
    3. Sensitivity ลดลง
    4. อาจทาให้ spectral line ของธาตุบางธาตุเกิดความยุ่งยาก

        ตัวอย่างแสดงลักษณะของ calibration curve ที่ใช้ในการวิเคราะห์
 เมื่อใช้ Zeeman background correction มักพบว่าเป็น curve
 เสียส่วนมาก ดังรูป
จากรูปแสดง calibration curve เมื่อใช้ Zeeman AAS
  a) เป็น calibration curve ของ Ag จาก EPA project
  b) เป็น calibration curve ของ Cd จาก EPA project
3.) การใช้ Smith-Hieftje background
 corrections
     ค้นพบโดย Smith-Hieftje คือ เมื่อใช้กระแสไฟฟ้าสูงผ่านเข้าไปใย
  HCL จะทาให้สเปกตรัมที่เปล่งออกมากว้างขึ้น(broadened) แล้วทาให้
  atomic absorption ลดลงอย่างมาก ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า self-
  reversal ซึ่งเกิดจากอะตอมที่ไม่ได้ถูกกระตุ้นที่อยู่ในHCL นั้นดูดกลืน
  spectral line

วิธีการวัด
       1.ใช้ low current กับ HCL ค่าแอบซอร์แบนซ์ที่วัดได้จะเป็นค่า
  ของสารตัวอย่างและbackground
       2.ใช้ high current กับ HCL ค่าแอบซอร์แบนซ์ของสารตัวอย่าง
  จะลดลงอย่างมาก แต่ของ background จะคงเดิม ผลต่างของค่าแอบ
  ซอร์แบนซ์ ที่วัดได้ทั้งสองครั้งนั้นจะเป็นค่าแอบซอร์แบนซ์ของสารตัวอย่าง ดังรูป
จากรูปแสดงความเข้มข้นของแสงที่เปล่งออกจาก HCL
      curve A เมื่อใช้กระแสไฟฟ้าต่ากับ HCL
      curve B เมื่อใช้กระแสไฟฟ้าสูงจะทาให้เกิด self-
  reversal ได้ valley จาก broadened band ที่เปล่งออกมา
 จากรูปแสดงค่าแอบซอร์แบนซ์ของสารละลายตัวอย่างที่วัดได้เมื่อใช้
low current และ high current กับ HCL ABS
= background corrected
ข้อดีของเครือง Smith-Hieftje AAS
            ่
-ใช้ทา background correction ได้ดี และราคาถูก

ข้อเสียของเครื่อง Smith-Hieftje AAS
-อายุของ HCL จะสั้น กว่าปกติเล็กน้อย

     ตารางแสดงการเปรียบเทียบของการใช้ D2 lamp, Smith-Hieftje system
  (S-H system) และ zeeman system ในการทา background
  correction
                            D2 lamp         S-H system    Zeeman system

   Sensitivity loss             None         Up to 6         Up to 2
   ใช้กับ Flame, V.G.              ได้             ได้            ไม่ได้
          ใช้กับ λ กว้าง          ไม่ได้           ได้             ได้
         อายุของ HCL              ปกติ            ลดลง            ปกติ
   การทา calibration       ให้ Lineartity    เป็น curve      เป็น curve
  1.ใช้ในการวิเคราะห์เพื่อการเกษตร เช่น การวิเคราะห์ดิน พืช และปุ๋ย
  2.ใช้ในงานวิเคราะห์เพื่อการแพทย์ และชีวเคมี เช่น การหาปริมาณของ
ธาตุ Ca,Cu,Pb,Na,K,Fe,Zn,As และอื่นๆในเลือด ในปัสสาวะและเนื้อเยื่อ
  3. ใช้ในงานวิเคราะห์เพื่อการโลหะวิทยา ) เช่น การหาปริมาณของ
สารเจือปน ต่างๆ ในโลหะบริสุทธิ์
  4.ใช้ในการวิเคราะห์น้าจากแหล่งต่างๆ เช่น น้าบาดาล น้าเสีย น้าทิ้ง
และ น้าแร่
   5. ใช้ในงานวิเคราะห์พวกน้ามันและเพื่อการปิโตรเลียม เช่น
การหาองค์ประกอบที่เป็นโลหะของน้ามันหล่อลื่น น้ามันเครื่อง น้ามัน
ปิโตรเลียม และน้ามันเชื้อเพลิง
 6. ใช้ในการวิเคราะห์แร่และวัสดุต่างๆ
 7. ใช้ในงานวิเคราะห์ทางสิ่งแวดล้อม
 8. ใช้ในงานวิเคราะห์ทางอาหารและยา
 9. ใช้ในงานวิเคราะห์ธาตุในสารอื่นๆ
การวิเคราะห์ปรอท (Hg)
      1. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าในระบบที่ใช้ไม่มีการปนเปื้อน
   ไอโอไดด์ ( I - ) โดยเฉพาะในระบบการแยกสายพลาสติก
   (tube) และ quartz cell
      2. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสารละลายตัวอย่างนั้นทาให้
   เสถียรด้วยสารละลาย HNO3และ K2Cr2O7
      3. อาจใช้สารละลาย NaBH4 หรือ SnCl2 เป็น reducing
   agent ในการทาให้เกิด อะตอมของปรอท
4. ควรเลือก SnCl2 เมื่อ
  ◦สารละลายตัวอย่างอาจให้ฟองมาก เช่น ของไหลจาก
    สิ่งมีชีวิต
  ◦สารละลายตัวอย่างทีมีความเข้มข้นสูงๆของธาตุ As ,
                         ่
    Se , Sb เป็นต้น
  ◦วิธีการต่างๆต้องได้รับการยอมรับจาก E.P.A. ก่อน
    เช่น ใช้ 25 % SnCl2 ใน 20 % HCl เป็น reductant
    แทนการใช้สารละลาย NaBH4

								
To top