شیمی تر به طور کلی به موارد انجام شده بر روی نمونه ها در فاز مایع اشاره دارد. از آنجایی که این فرآیندها بر روی نمونه های مایع انجام می‌شود، آن ها را می‌توان بر روی نمونه های بسیار کوچک انجام داد. خدمات شیمی تر می توانند به دو گروه کلاسیک و تجزیه دستگاهی تقسیم شوند که می توانند داده های کمی و کیفی را در مورد ترکیب عنصری نمونه آزمایشی ارائه دهند. جنبه های مختلف شیمی تر در آماده سازی نمونه برای تعدادی از تکنیک های طیف سنجی استفاده می شود. به طور کلی، می‌توانیم آنالیز شیمیایی را به چند دسته تقسیم کنیم
الف ) تجزیه و تحلیل شیمیایی مرطوب
ب) طیف سنجی پودری یا مرطوب
ج) طیف سنجی درجا
در ادامه به مروری کوتاه بر فرآیندهای شیمی تر و معرفی برخی از آن ها می پردازیم.
انواع فرآیندهای شیمی تر
شیمی تر دستگاهی
بیش از بیست سال از زمانی که طیف‌سنج های جرمی ICP (ICP-MS) برای اولین بار در سال 1980 معرفی شد، می گذرد، سپس در سال 1983 به بازار عرضه شد و اکنون به طور گسترده در زمینه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. این امر به ویژه در صنعت نیمه هادی ها صادق است، زیرا از طیف سنجی جرمی ICP به عنوان روش تجزیه و تحلیل برای کنترل کیفیت مواد با خلوص بالا استفاده می شود، جایی که تقاضا با گذشت زمان افزایش می یابد.
همچنین، انتظار می رود که این روش برای تجزیه و تحلیل مقادیر کمی از فلزات خطرناک قابل استفاده باشد و اخیراً با قوانین مختلف در زمینه محیط زیست، ICP-MS برای پاسخ به استانداردهای زیست محیطی و زهکشی سخت گیرانه تر مورد استفاده قرار می گیرد.
ICP Mass نیز اکثر عناصر جدول تناوبی را ارزیابی می کند و اطلاعات کمی و کیفی در مورد عناصر و مقدار موجود در نمونه از جمله عناصر کمیاب ارائه می دهد. شیمی ICP در دو روش ICP-AES (طیف‌سنجی انتشار اتمی) و ICP-Mass (تحلیل طیف‌سنجی جرمی) ارائه می‌شود.
هر دوی این تکنیک‌ها از تکنیک‌های آماده‌سازی نمونه شیمی مرطوب با نوعی شار واکنشی نیز استفاده می کنند. نمونه های محلول در یک محفظه اسپری می شوند و تا دمای بین 1500 تا 6600 درجه سانتی گراد گرم می شوند. البته در ابتدا نمونه با گاز آرگون گرم شده مخلوط می شود که با فرکانس های رادیویی در محفظه مشعل طیف سنج ICP شارژ شده است تا پلاسمای آرگون تولید شود.
پلاسمای داغ حلال باقی مانده را حذف می کند و باعث اتمیزه شدن نمونه و به دنبال آن یونیزاسیون می شود. طیف به دست آمده عناصر موجود در نمونه را نشان می دهد. شیمی ICP کاملاً کامپیوتری کنترل و نظارت می شود تا از پردازش و گزارش قابل اعتماد نتایج تجزیه و تحلیل شیمیایی مرطوب اطمینان حاصل شود. استفاده از گاز آرگون برای تولید پلاسما دلایل مختلفی دارد یکی از این دلایل فراوانی گاز آرگون، ارزان‌تر بودن نسبت به گازهای نجیب بالا تر بودن اولین انرژی یونش نسبت به عناصری مانند هلیم، فلوئور و نئون است.
که باعث می شود یون فلزی مورد نظر، مدت زمان بیشتر در محیط می ماند. طیف سنج‌های ICP-AES می توانند 70 عنصر جدول تناوبی را با وضوح و حساسیت بالا تجزیه و تحلیل کنند. یکی از مشکلات ICP-MS تداخل طیفی است که زمانی رخ می دهد که طیف یون‌ها یا یون‌های مولکولی با تعداد جرمی یکسان با عنصر هدف همپوشانی و تداخل داشته باشند. تداخل طیفی را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد
الف ) یون های مولکولی از آرگون (ArO، ArH، ArOH، ArN، ArCl، ArC، ArAr و …)
ب) یون های مولکولی از عناصر اصلی در نمونه (CaO، CaOH، NaO، NaOH و ….)
یون های مولکولی ناشی از مایع بودن نمونه (ClO، SS، NO و…)
به خصوص در مورد الف که در آن آرگون (Ar) موجود در گاز پلاسما یک علت اصلی است، به طور مساوی با هر نمونه تداخل می کند. بر این اساس، اندازه‌گیری عناصر تداخل‌شده توسط یون‌های مولکولی Ar در شرایط پس‌زمینه بالا انجام می شود که اندازه گیری غلظت بی نهایت را بسیار دشوار می‌کند. استاندارد مربوط به این آزمون ASTM D8110-17 است. که درآن اطلاعات مهمی در مورد نحوه انجام آزمون ذکر شده است.
تجزیه و تحلیل جذب اتمی (AAS)
این آزمون نیز از تکنیک های آماده‌سازی نمونه شیمی تر استفاده می کند به این صورت که از یک شعله کنترل شده و تک رنگ متصل به یک آشکارساز برای جستجوی طول موج های نوری که توسط شعله جذب می شود استفاده می کند. استاندارد مربوط به این آزمون ASTM D7740-20 است.
همجوشی گاز بی اثر
از همجوشی گاز بی اثر برای تعیین میزان گاز در مواد آهنی و غیر آهنی استفاده می شود. هیدروژن، نیتروژن و اکسیژن گازهایی هستند که در نتیجه فرآیندهای ذوب و متعاقب آن روش های کار سرد و گرم در مواد یافت می شوند. کنترل محتویات گاز در سطوح پایین، اثرات نامطلوب آنها را بر خواص مکانیکی مانند استحکام و شکل پذیری به حداقل می رساند. روش گاز بی اثر، پیوند بین گازها و فلزات را معکوس می کند و باعث تجزیه گازها می شود.
گاز تفکیک شده در امتداد یک محفظه جداسازی بسیار دقیق توسط یک گاز حامل بی اثر حرکت می کند. گاز مورد تجزیه و تحلیل به یک سیستم تشخیص جریان می یابد. یک سیستم مادون قرمز برای تشخیص اکسیژن استفاده می شود و سیستم هدایت حرارتی برای تجزیه و تحلیل هیدروژن و نیتروژن استفاده می شود.
شیمی تر کلاسیک
روش های کلاسیک آنالیز شیمی تر شامل رنگ سنجی، وزن سنجی و تیتریمتری است. فرآیند رنگ سنجی برای نشان دادن اندازه گیری های شیمیایی کیفی و شناسایی عناصر به تغییر رنگ متکی است. اندازه‌گیری که بیشتر در رنگ سنجی استفاده می شود، جذب یا گذر نور است، با استفاده از این نظریه که اگر املاح، نور با طول موج خاصی را جذب کنند، جذب مستقیماً با غلظت ماده در محلول متناسب است.
اندازه گیری جذب نور توسط یک نمونه می تواند منجر به اطلاعاتی در مورد غلظت شود که استانداردی با همان جذب و غلظت شناخته شده شناسایی شود. ما می توانیم به طور منطقی مطمئن باشیم که ماده ای با جذب یکسان نیز غلظت یکسانی دارد. تجزیه و تحلیل کلاسیک برای نتایج کمی شامل وزن سنجی بر اساس اندازه گیری جرم و تیتر سنجی (تحلیل حجمی) با استفاده از اندازه گیری حجم مایع است.
تجزیه وزنی
آنالیز وزنی مستلزم اندازه گیری مواد جامد رسوب شده و وزن شده از نمونه پس از انحلال است. مقدار مشخصی از نمونه حل می شود یا به صورت شیمیایی یا فیزیکی دستکاری می شود تا یک ترکیب رسوب کند و جامدات جمع آوری‌شده وزن می شوند. مقدار ماده تشکیل دهنده در نمونه اصلی از جرم رسوب و ترکیب شیمیایی آن محاسبه می شود. از تیتراسیون می توان برای تعیین غلظت یک واکنش دهنده شناخته شده استفاده کرد.
یک معرف به نام تیترانت با غلظت و حجم مشخص (محلول استاندارد) برای واکنش با مقدار اندازه گیری شده واکنش دهنده استفاده می شود و تعیین مقدار دقیق مصرف شده در زمان رسیدن به نقطه پایانی را ممکن می سازد. تیتراسیون ها اغلب از نشانگرهای بصری، مانند تغییر رنگ در مخلوط واکنش دهنده، برای نشان دادن نقطه پایانی واکنش استفاده می کنند.
آنالیز وزنی تکنیکی است که به وسیله آن مقدار کل آنالیت یا آنالیت ها از طریق اندازه گیری جرم تعیین می شود. برای تعیین وزن سنجی یون ها از طریق واکنش های رسوبی، مقدار مشخصی از عامل رسوب دهنده به جرم مشخصی از نمونه اضافه می شود. سپس رسوب به دست آمده برای تعیین غلظت آنالیت مورد نظر در نمونه انبوه می شود.
یکی از کاربردهای رایج آنالیز وزن سنجی، در طول آزمایش استخراج و شسته شدن (E & L) است. این آزمون شامل استخراج حجم یا جرم مشخصی از نمونه، خشک کردن عصاره و وزن کردن بقایای حاصل است. آنالیزهای وزنی روشی سریع و آسان برای بررسی مقدار مواد قابل استخراج در یک نمونه است، اما نمی تواند بین گونه های آلی و غیر آلی تمایز قائل شود.
تیترومتری
یک روش کمی است که عموماً برای تعیین غلظت اسید یا باز استفاده می شود. طیف گسترده ای از تیتراسیون ها از جمله اسیدیا باز، عدد هیدروکسیل و روش های مختلف ASTM در حال حاضر انجام می شود. در این روش نمونه در یک حلال مناسب قرار می گیرد و با استفاده از تیترانت مناسب تیتر می شود. از حجم برای تعیین غلظت گونه های تیتر شده در محلول استفاده می شود. نمونه ها معمولاً به صورت تکراری اجرا می شوند تا تکرار پذیری روش را نشان دهند.
زمانی که دقت، سرعت و گزینش پذیری برای تعیین میزان آب محصول شما مورد نیاز است. تیتراسیون کارل فیشر استاندارد صنعتی برای تعیین مقدار آب در یک نمونه است. این تکنیک ظرفیت رسیدگی به طیف وسیعی از غلظت های آب را دارد، چه نمونه شما دارای ppm 100 یا 100 درصد آب باشد. این روش شامل ترکیب نمونه با محلول آند است که از الکل، باز، SO2 و I2 تشکیل شده است.
محفظه دوم شامل یک کاتد غوطه ور در محلول آند است. جریان وارد شده به آند از جنس پلاتین I2 تولید می کند که به صورت استوکیومتری با آب واکنش نشان می دهد. هنگامی که I2 بیش از حد تشکیل می شود، افت ولتاژ بین آند پلاتین و الکترود دوم پلاتین نشان دهنده نقطه پایان تیتراسیون است. غلظت آب را نیز می توان به صورت حجمی با استفاده از محلول آند به عنوان تیتر تعیین کرد. از مزایای این آزمون می توان به تعیین سریع، دقت و دقت بالا و قابلیت کار با اکثر انواع نمونه ها اشاره کرد.
وزن مخصوص یا چگالی نسبی
تکنیکی است که برای تعریف نسبت چگالی یک ماده جامد یا مایع معین به چگالی آب در یک دما و فشار خاص، معمولاً در دمای 4 درجه سانتیگراد (39 فارنهایت) و 1 اتمسفر استفاده می شود. موادی با وزن مخصوص بیشتر از یک چگال تر از آب هستند و بنابراین (با نادیده گرفتن اثرات کشش سطحی) در آن فرو می روند و آنهایی که وزن مخصوص آنها کمتر از یک است چگالی کمتری از آب دارند و بنابراین در آن شناور می شوند.
تعیین pH
مقیاس pH بیان لگاریتمی اسیدیته یا قلیایی بودن محلول است. در دمای اتاق، اندازه‌گیری pH کمتر از 7 محلول‌های اسیدی را نشان می دهد در حالی که اندازه‌گیری‌های pH بالاتر از 7 محلول‌های بازی را نشان می دهند. اندازه گیری های pH معمولی بین 0-14 متفاوت است. pH محلول را می توان با الکترود های شیشه ای یا با شاخص های تغییر رنگ مانند فنل فتالئین یا تورنسل اندازه گیری کرد. pH محلول می تواند بر حلالیت برخی از ترکیبات مانند فلزات، اسیدها، بازها و برخی از آنالیت های آلی تأثیر بگذارد. علاوه بر این، برخی از پلیمرها در pH بسیار بالا یا بسیار پایین هیدرولیز می شوند.
