آنالیز عنصری چیست و چه کاربردی دارد؟

آنالیز عنصری (Elemental analysis) آزمایش مقدماتی شناسایی و تعیین کمیت عناصر در یک نمونه است. آنالیز عنصری جزء شاخه شیمی تجزیه است و شامل مجموعه ای از ابزارهای دخیل در رمزگشایی ماهیت ترکیبات شیمیایی دنیای اطراف ماست.

آنالیز عنصری فرایندی است که در آن نمونه ای از برخی از مواد (به عنوان مثال خاک ، ضایعات یا آب آشامیدنی ، مایعات بدن ، مواد معدنی ، ترکیبات شیمیایی) برای تشخیص ترکیب ابتدایی و بعضا ایزوتوپی آن مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد.

این آزمایش می تواند کمی باشد و به تعیین میزان عناصر موجود در یک نمونه بپردازد یا اینکه کیفی باشد و تعیین کند چه مقدار از هر عنصر در نمونه آزمایشی وجود دارد. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک بیشتر به این مسئله خواهیم پرداخت.

تاریخچه آنالیز عنصری

Antoine Lavoisier به عنوان مخترع آنالیز عنصری به عنوان ابزاری کمی و آزمایشگاهی برای ارزیابی ترکیب شیمیایی  موجود در یک ترکیب شناخته می شود. در آن زمان ، تجزیه و تحلیل عناصر بر اساس وزن سنجی مواد جاذب خاص قبل و بعد از جذب انتخابی گازهای احتراقی انجام می شد.

امروزه از سیستمهای کاملاً خودکار بر اساس هدایت حرارتی یا تشخیص طیف سنجی مادون قرمز گازهای احتراقی یا سایر روشهای طیف سنجی استفاده می شوند.

آشنایی با روش های آنالیز عنصری

آنالیز المنتال یک روش بسیار عالی برای تجزیه و تحلیل مقدماتی است که ابزارهای دقیق را با تهیه نمونه و متدولوژی ترکیب می کند که بیشتر مربوط به ماتریس نمونه با اهداف مطالعاتی است.

تجزیه و تحلیل مقدماتی یک روش کلاسیک برای به دست آوردن اطلاعات در مورد ترکیب عناصر یک ماده ناشناخته است. در این روش مقدار مشخصی از ماده ناشناخته به ترکیبات ساده و شناخته شده ای تبدیل می شود که اندازه گیری عناصر آن به سادگی امکان پذیر است.

به عنوان مثال کربن و هیدروژن در ترکیبات آلی از طریق احتراق و با تبدیل به دی اکسید کربن و آب اندازه گیری می شوند و به دنبال آن آنالیز کمی ترکیبات بعدی انجام می شود. روش های آنالیز عنصری شامل موارد زیر است:

آنالیز کمی

آنالیز کمی شامل تعیین جرم هر عنصر یا ترکیب موجود در نمونه است. سایر روشهای کمی شامل وزن سنجی ، طیف سنجی اتمی نوری و آنالیز فعال سازی نوترون هستند.

وزن سنجی وقتی استفاده می شود که نمونه ابتدا حل می شود و سپس عنصر مورد نظر رسوب می کند و جرم آن اندازه گیری می شود یا اینکه عنصر مورد نظر تبخیر می شود و میزان کاهش جرم اندازه گیری می شود.

طیف سنجی اتمی نوری شامل جذب اتمی شعله ، جذب اتمی کوره گرافیتی و طیف سنجی انتشار اتمی پلاسما به صورت استقرایی است که ساختار الکترونهای خارجی اتم ها را مورد بررسی قرار می دهد.

آنالیز فعال سازی نوترون شامل فعال سازی ماتریس نمونه از طریق فرآیند ضبط نوترون است. بعد از این عمل هسته رادیواکتیو حاصل شروع به تخریب می کند و انتشار پرتوهای گاما با انرژی های خاص رادیو ایزوتوپ های موجود در نمونه را شناسایی می کند. غلظت هر آنالیت را می توان با مقایسه یک استاندارد با غلظت های شناخته شده تعیین کرد.

آنالیز کیفی

برای تعیین کیفی اینکه چه عناصری در یک نمونه وجود دارد از روشهای طیف سنجی اتمی و طیف سنجی جرمی استفاده می شود. طیف سنجی هایی که ساختار الکترونی اتمها را بررسی می کنند شامل فلورسانس اشعه X ، انتشار اشعه X  القاء شده با ذرات ، طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس و طیف سنجی الکترونی اوگر  و روشهای شیمیایی مانند آزمایش همجوشی سدیم و اکسیداسیون Schöniger هستند.

آنالیز نتایج

آنالیز نتایج با تعیین نسبت عناصر موجود در داخل نمونه انجام می شود و یک فرمول شیمیایی متناسب با آن نتایج حل می شود. این فرایند مفید است زیرا کمک می کند تا مشخص شود نمونه ارسال شده ترکیب مورد نظر است یا خیر و خلوص ترکیب را تأیید می کند. انحراف پذیرفته شده از نتایج آنالیز عنصری ۰.۳٪ است.

آنالیز عنصری ترکیبات آلی

برای شیمیدانان آلی آنالیز عنصری یا “EA” تقریباً همیشه به آنالیز CHNX اشاره دارد. این روش برای تعیین ساختار یک ترکیب ناشناخته و همچنین برای تعیین ساختار و خلوص یک ترکیب سنتز شده مهم است.

در حال حاضر تکنیک طیف سنجی شیمی آلی (NMR ، ۱H و ۱۳C) ، طیف سنجی جرمی و روشهای کروماتوگرافی ،  EA را به عنوان تکنیک اصلی برای تعیین ساختاری جایگزین کرده اند. EA همچنین سریعترین و ارزان ترین روش برای تعیین خلوص نمونه است و اطلاعات تکمیلی بسیار مفیدی را ارائه می دهد.