در دهه 1980 بولینگ بارنز، دیوید ریچاردسون، جان بری و رابرت هود دستگاهی به نام فلیم فتومتر را برای اندازه گیری غلظت سدیم و پتاسیم در یک محلول توسعه دادند. اصل کار این دستگاه بر سنجش انرژی نورانی و طیف قشری اتم ها است.
برای درک بیشتر این مطلب و روند اندازه گیری سدیم و پتاسیم با فلیم فتومتر تا پایان این مقاله همراه ما باشید.
روند اندازه گیری سدیم و پتاسیم با فلیم فتومتر
همان طور که ذکر کردیم، اساس کار دستگاه فلیم فتومتر بر سنجش انرژی نورانی و طیف قشری اتم ها است. الكترون‌های موجود در اتم فلزات به خصوص عناصری مثل سدیم، پتاسیم بر اثر انرژی حرارتی برانگیخته شده و به سطح بالاتر جهش پیدا می‌کند.
در سطح جدید، الكترون ها پس از زمان بسیار كوتاهی به دلیل انرژی بیشتر و ثبات كمتر به مدار اولیه بر می‌گردند. در این برگشت، انرژی به صورت انرژی نورانی منتشر می‌شود.
ایـن نـور، حاوی طـول مـوج مـعـینی است که در هر فلز مختلف است؛ مثلاً در سدیم این طول موج نور، زرد رنگ و برابر 590 نانومتر و در پتاسیم این طول موج نور صورتی مایل به بنفش و برابر 765 نانومتر است.
فرآیند کاری دستگاه فلیم فتومتر بسیار شبیه به روش فـلــورسـنــت اسـت، بـا ایـن تـفـاوت کـه در فلورسنت از انرژی نورانی UV ماوراء بنفش استفاده شده، اما در فلیم فتومتر از انرژی حرارتی بهره برده می‌شود.
قبل از مطالعه ادامه مطلب، اگر با دستگاه فلیم فتومتر و نحوه عملکرد آن آشنا نیستید، به مطلب فلیم فتومتر چیست؟ مراجعه کنید.
روش های اندازه گیری سدیم و پتاسیم در فلیم فتومتر
اندازه گیری میزان سدیم و پتاسیم در یک نمونه به کمک دستگاه فلیم فتومتر، به دو طریق زیر امکان پذیر است:
روش مستقیم
در این روش نور ساطع شده از عناصر که به کمک دستگاه فلیم فتومتر ایجاد شده، توسط گالوانومتر اندازه گیری می‌شود. سپس با در دست داشتن منحنی استاندارد، مقدار عنصر تعیین می‌شود.
روش مقایسه‌ای
در این روش نمونه مورد آزمایش با نور ماده‌ای كه به عنوان استاندارد داخلی استفاده شده، مقایسه می‌شود. سپس مقدار معینی از عنصری كه در نمونه اندازه گیری وجود ندارد، به محلول اضافه می‌شود. در سنجش میزان سدیم و پتاسیم، عنصر اضافه شده لـیـتـیــوم اسـت .
نور حاصل از لیتیوم را می‌توان به آسانی از امواج سدیم و پتاسیم جدا كرد. در نهایت هم نور نمونه با نور استاندارد مقایسه شده و میزان نهایی اعلام می‌شود.
رفع اشکالات فلیم فتومتر در هنگام اندازه گیری سدیم و پتاسیم
در زمان اندازه گیری سدیم و پتاسیم ممکن است مشکلاتی در دستگاه فلیم فتومتر رخ دهد که جواب نهایی را با اشکال مواجه کند. در زیر به برخی از این اشکالات و نحوه برطرف کردن آن پرداخته شده است:
تنظیم نبودن درجه حرارت دستگاه
گاهاً ممکن است اشکال دستگاه از تنظیم نبودن درجه حرارت دستگاه باشد؛ برای برطرف کردن این اشكال، از دستگاه تنظیم كننده فشار هوا، فشارسنج و گاز رگولاتور استفاده می‌شود.
ثابت نبودن میزان نمونه مورد آزمایش
هنگامی‌که میزان رقت محلول کم باشد، دستگاه نمی‌تواند میزان درستی از عناصر را اندازه گیری کند، بدین منظور برای رفع این مشكل، نمونه، رقیق شده تا به راحتی به حالت ذرات ریز در آید و عناصر حاصل از آن آزاد شود.
عدم یکنواختی چسبندگی محلول
برای رفع این مشکل، میزان معینی مـاده مرطوب كننـده به محلول اضـافـه شده تا چسبنـدگـی مـحـلـــول یكنواخت شود.
اثر اتم‌های دیگر موجود
اشکال به وجود آمده در این زمینه بدین صورت است که برخی اتم‌ها، انرژی نورانی سـایـر اتم های دیگر را جذب می‌کنند و بعضی دیگر انرژی نورانی برخی دیگر را تشدید می‌كنند. این مشکل به کمک دو روش زیر قابل حل است:
- تا جای ممکن می‌توان نمونه ها را رقیق كرد تا اتم‌های ناخواسته نیز رقیق شوند.
- مـقـدار مـعـیـنی از اتم ناخواسته به محلول اضافه می‌شود، مثلاً سدیم سبب تشدید نور پـتـاسـیـم می‌شود. برای كنترل این اثر به تمام محلول ها میزانی سدیم اضافه می‌شود و چون نمونه با استاندارد سنجیده می‌شود، اثر سدیم خنثی خواهد شد.
رقت زیاد
رقت زیاد نمونه، باعث یونیزه شدن اتم های ماده مورد آزمایش می‌شود. برای رفع این اشكال باید در ابتدا رقت مطلوب محاسبه شده و سپس محلول رقیق شود.
غلظت زیاد
غلظت زیاد علاوه بر ایجاد اثرات نامطلوب اتم‌های ناخواسته، باعث جذب مقداری از انرژی نورانی ماده به وسیله اتم های خودش می‌شود. برای رفع این مشکل، از محاسبه منحنی استانداردها استفاده می‌شود.
کلام پایانی
فلیم فتومتر دستگاهی برای اندازه گیری عناصر موجود در یک محلول مثل سدیم و پتاسیم است. در این مقاله روند این اندازه گیری به طور کامل شرح داده شد. همچنین انواع روش‌های اندازه گیری و اشکالاتی که ممکن است در حین کار با دستگاه اتفاق بیفتد، به علاوه تکنیک رفع آن توضیح داده شد. نکته قابل ذکر در این زمینه اینکه امروزه اندازه گیری غلظت یون های سدیم و پتاسیم در بدن انسان برای انجام عملکردهای متابولیکی مختلف بسیار مهم است.