في ثمانينيات القرن الماضي طوّر بولينغ بارنز وديفيد ريتشاردسون وجون بيري وروبرت هود جهازًا يُسمى مقياس الضوء اللهبي من أجل قياس تركيز الصوديوم والبوتاسيوم في محلول. ويقوم مبدأ عمل هذا الجهاز على قياس الطاقة الضوئية والطيف القشري للذرات.
لفهم هذا الموضوع وعملية قياس الصوديوم والبوتاسيوم بمقياس الضوء اللهبي بصورة أفضل، تابعونا حتى نهاية هذه المقالة.
١عملية قياس الصوديوم والبوتاسيوم بمقياس الضوء اللهبي
كما ذكرنا فإن أساس عمل جهاز مقياس الضوء اللهبي هو قياس الطاقة الضوئية والطيف القشري للذرات. فالإلكترونات الموجودة في ذرات الفلزات، وخاصة عناصر مثل الصوديوم والبوتاسيوم، تُثار بفعل الطاقة الحرارية وتقفز إلى مستوى أعلى.
وفي المستوى الجديد تعود الإلكترونات بعد زمن قصير جدًا إلى المدار الأصلي بسبب زيادة طاقتها وقلة ثباتها. وفي هذه العودة تنبعث الطاقة على شكل طاقة ضوئية.
ويحتوي هذا الضوء على طول موجي معين يختلف في كل فلز؛ فمثلًا في الصوديوم يكون طول موجة الضوء أصفر اللون ويساوي ٥٩٠ نانومترًا، وفي البوتاسيوم يكون طول موجة الضوء وردي اللون يميل إلى البنفسجي ويساوي ٧٦٥ نانومترًا.
وعملية عمل جهاز مقياس الضوء اللهبي شبيهة جدًا بطريقة التألق (الفلورسنت)، مع فارق أن التألق يستخدم الطاقة الضوئية للأشعة فوق البنفسجية UV، أما مقياس الضوء اللهبي فيستفيد من الطاقة الحرارية.
قبل قراءة بقية الموضوع، إذا لم تكن على دراية بجهاز مقياس الضوء اللهبي وطريقة عمله، فراجع موضوع ما هو مقياس الضوء اللهبي؟
٢طرق قياس الصوديوم والبوتاسيوم في مقياس الضوء اللهبي
يمكن قياس كمية الصوديوم والبوتاسيوم في عينة بمساعدة جهاز مقياس الضوء اللهبي بطريقتين:
الطريقة المباشرة
في هذه الطريقة يُقاس الضوء المنبعث من العناصر، الذي يولّده جهاز مقياس الضوء اللهبي، بواسطة مقياس الجلفانومتر. ثم تُحدَّد كمية العنصر بالاستعانة بالمنحنى القياسي.
الطريقة المقارنة
في هذه الطريقة تُقارن العينة قيد الاختبار بضوء مادة استُخدمت كمعيار داخلي. ثم تُضاف إلى المحلول كمية معينة من عنصر غير موجود في العينة المقيسة. وفي قياس كمية الصوديوم والبوتاسيوم يكون العنصر المضاف هو الليثيوم.
ويمكن فصل الضوء الناتج عن الليثيوم بسهولة عن موجات الصوديوم والبوتاسيوم. وأخيرًا يُقارن ضوء العينة بالضوء القياسي ويُعلَن المقدار النهائي.
٣معالجة مشكلات مقياس الضوء اللهبي عند قياس الصوديوم والبوتاسيوم
عند قياس الصوديوم والبوتاسيوم قد تحدث مشكلات في جهاز مقياس الضوء اللهبي تجعل الجواب النهائي معيبًا. وفيما يلي تناولنا بعض هذه المشكلات وطريقة معالجتها:
عدم ضبط درجة حرارة الجهاز
قد تكون مشكلة الجهاز أحيانًا عدم ضبط درجة حرارته؛ ولمعالجة هذه المشكلة يُستخدم منظّم ضغط الهواء ومقياس الضغط ومنظّم الغاز.
عدم ثبات كمية العينة قيد الاختبار
عندما تكون درجة تخفيف المحلول قليلة لا يستطيع الجهاز قياس المقدار الصحيح للعناصر، ولذلك تُخفَّف العينة لمعالجة هذه المشكلة بحيث تتحول بسهولة إلى جسيمات دقيقة وتتحرر العناصر الناتجة عنها.
عدم انتظام لزوجة المحلول
لمعالجة هذه المشكلة تُضاف كمية معينة من مادة مبلِّلة إلى المحلول لكي تنتظم لزوجة المحلول.
تأثير الذرات الأخرى الموجودة
المشكلة الناشئة هنا هي أن بعض الذرات تمتص الطاقة الضوئية لذرات أخرى وبعضها يشدد الطاقة الضوئية لبعضها الآخر. ويمكن حل هذه المشكلة بالطريقتين التاليتين:
- يمكن تخفيف العينات قدر الإمكان لكي تُخفَّف الذرات غير المرغوب فيها أيضًا.
- تُضاف كمية معينة من الذرة غير المرغوب فيها إلى المحلول، فمثلًا يؤدي الصوديوم إلى تشديد ضوء البوتاسيوم. ولضبط هذا التأثير يُضاف مقدار من الصوديوم إلى جميع المحاليل، ولأن العينة تُقاس بالمعيار فإن تأثير الصوديوم سيُبطَل.
التخفيف الزائد
يؤدي التخفيف الزائد للعينة إلى تأيّن ذرات المادة قيد الاختبار. ولمعالجة هذه المشكلة يجب في البداية حساب درجة التخفيف المطلوبة ثم تخفيف المحلول.
التركيز العالي
يؤدي التركيز العالي، إضافة إلى إحداث تأثيرات غير مرغوبة للذرات غير المرغوب فيها، إلى امتصاص جزء من الطاقة الضوئية للمادة بواسطة ذراتها نفسها. ولمعالجة هذه المشكلة يُستخدم حساب منحنى المعايير.
كلمة ختامية
مقياس الضوء اللهبي جهاز لقياس العناصر الموجودة في محلول مثل الصوديوم والبوتاسيوم. وفي هذه المقالة شُرحت عملية هذا القياس بصورة كاملة. كما شُرحت أنواع طرق القياس والمشكلات التي قد تحدث أثناء العمل على الجهاز، إضافة إلى تقنية معالجتها. ومن الجدير بالذكر في هذا المجال أن قياس تركيز أيونات الصوديوم والبوتاسيوم في جسم الإنسان مهم جدًا اليوم لأداء الوظائف الأيضية المختلفة.
