روش49- فليم فوتومتري
فليم فوتومتري اسپكترومتري تابش اتمي شعله شاخه اي از اسپكتروسكوپي اتمي است كه در آن نمونه هاي مورد بررسي اتم هستند (نه مولكول و نه يون.) دو شاخه ديگر اسپكتروسكوپي اتمي عبارت است از: اسپكتروفوتومتري جذب اتمي(AAS) و اسپكترومتري تابش اتم-پلاسما) ICP-AES كه تكنيك جديد و گران قيمتي است.) در كليه موارد اتم هاي تحت بررسي توسط نور بر انگيخته مي شوند. تكنيك هاي جذبي، مقدار جذب نور ناشي از رفتن الكترون ها به لايه انرژي بالاتر را اندازه گيريمي كند. تكنيك هاي تابشي، شدت نور تابشي حاصل از بازگشتن الكترون ها به لايه انرژي پايين تر را اندازه گيري مي كند. فليم فوتومتري براي تعيين كيفيت و كميت كاتيون فلزاتي چونNa, K, Li, Rb, Cs, Ca, Ba, Cu كه در دماي شعله نسبتا پايين به سادگي به سطوح بالاتر انرژي برانگيخته مي شوند بسيارمناسب است.
هر يك از عناصر موجود در طبيعت، هنگامي كه در مجاورت شعله قرار مي‌گيرند رنگ خاصي در آن ايجاد مي كنند يعني طول موج خاصي ايجاد مي كنند كه رنگ حاصل شده نيز ناشي از آن است. در دستگاه فليم فوتومتر از شعله اي استفاده مي شود كه محلول‌ها روي آن اسپري شده و پس از تبخير فلزات را تصفيه و جدا مي كند و سپس الكترون هاي ظرفيت آن‌را به يك سطح بالاترمي‌برد. براي هر فلز نوري با طول موج مشخصي تابيده مي شود تا با برگشتن الكترون به سطح پايه تعيين كيفي آن ممكن شود.
موادي كه ممكن است در اندازه گيري تداخل ايجاد كنند عبارتند از.3, HCO4Cl, SO ، به همين جهت براي حذف اين تداخل ها و همچنين به منظور نمايش طول موج تابش شده از آناليت‌ها از فيلترهاي ويژه‌اي استفاده مي شود. با مقايسه شدت تابش شده از نمونه نامشخص، با شدت نور تابش شده از محلول هاي استاندارد (رسم منحني هاي كاليبراسيون) يا با استانداردهاي داخلي امكان آناليز كمي آناليت فلزي در محلول نمونه فراهم مي شود. دستگاه فليم فوتومتر را نبايد در معرض مستقيم نور آفتاب قرار داد. همچنين بايد دقت شود دستگاه از جريان هوا، گرد و غبار و به خصوص دود حاصل از استعمال تنباكو دور باشد.
فليم فوتومترهاي فوتو الكتريك نوع بسيار ساده اي از اين دستگاه هستندكه با اندازه گيري غلظت يون هاي فلزي در آناليز مواد شيميايي غير زيستي استفاده مي شود. براي تشخيص رنگ شعله از فوتوالكتريك استفاده مي شود. به كمك فيلترهاي موجود رنگ‌هاي تشخيص داده شده با فوتومترها فيلتر شده و تداخل هاي ناشي از يون هاي ديگر حذف مي شود. سپس توسط فوتودتكتور، به ولتاژ تبديل مي شود، اين ولتاژ پس از تقويت شدن به نمايش در مي‌آيد و مي‌توان با شناسايي طول موج هاي رنگي كه معرف مواد مختلف است به ماهيت آن‌ها پي برد.
فليم فوتومترها دستگاه‌هاي نسبتا ساده اي هستند و به هيچ منبع نوري نياز نداشته و نور تابش شده از مواد متشكل نمونه را اندازه گيري مي‌كنند. انرژي مورد نياز براي تحريك، توسط حرارت شعلهC(3000- 2000 ) تامين مي شود. اين شعله با سوزاندن استيلن يا گازهاي طبيعي (مانند گاز پروپان - بوتان) در درصد مناسبي از هوا يا اكسيژن ايجاد مي شود. اين گازها شعله خوب و گرماي زيادي توليد مي كنند علاوه بر آن تشعشعات پس زمينه آن‌ها نيز بسيار كم است. با گرم شدن شعله و كاهش گاز (سوخت)، مولكول‌ها و يون هاي نمونه تجزيه شده و به اتم‌هاي تشكيل دهنده كاهيدهمي شود. اتم ها در حالت بخاري طيف خطي (نه باند طيفي) ساطع مي كنند.
شدت نور تابش شده را مي توان با معادلهScheibe-Lomakin به صورت زير بيان كرد:
كهC غلظت المان است،K عدد ثابت تناسبي وn در بخش خطي منحني هاي كاليبراسيون تقريبا برابر يك است. بنابراين شدت نور تابش شده با غلظت نمونه رابطه مستقيم دارد. به علت بسيار باريك و خاص بودن خطوط تابش شده از اتم هاي فاز گازي در پلاسماي شعله، در اين روش تقريبا بين المان‌هاي مختلف تداخلي به وجود نمي آيد. از اين رو فليم فوتومتري بسيار حساس بوده و با دامنه اندازه گيري part per million) ppm ) معمولا مشكلي به وجود نمي آيد. محدوده مناسب غلظت براي محلول ها به منظور اندازه گيري دقيق يون هاي فلزي با اين روش 
مول بر دسيمتر مكعب بوده و ميانگين دقت براي آناليز محلول هاي مايع و رقيق حدود 5-1% است.
حساس ترين بخش اين دستگاه بخش مكنده و كوره آن است. گازها نقش مهمي در ايجاد ايروسل و مكش ايفا مي كنند. هوا باعث مكش نمونه شده و آن را به مكنده مي فرستد. نمونه را مي توان مستقيما روي شعله اسپري كرد. مونوكروماتور طول موج مشخص نور تابش شده را انتخاب مي‌كند. نور تابش شده به دتكتور رسيده و سپس يك ضرب كننده نوري، سيگنال الكتريكي متناسب با نور تشعشع يافته بوجود مي آورد.
اين دستگاه هيچ پسماند خطرناكي ندارد. تمام آنچه كه با آن سر و كار داريم محلول‌هاي رقيق حاوي نمك‌هاي معمولي است. تمام محلول‌هاي جريان داده شده در دستگاه با عبور دادن آب سرد از داخل مجاري به فاضلاب شسته مي شوند. پس از اتمام تست تمام ظروف شيشه اي دستگاه را بايد با آب مقطر و بخش مكنده را با آب ديونيزه شده شستشو داد.قديمي ترين تكنولوژي فليم فوتومتري "كلمن" نام داشت. براي اولين بار در سال 1948 "ريم" فليم فوتومتر را براي تعيين كلسيم در محلول هاي رقيق به كار گرفت. در سال‌هاي بعد اين روش براي آناليز انواع كف ها (1949)، شير (1950) و سرم (1950) استفاده شد و دانشمندان زيادي چون "بويل"، "زاك"، "موشر" و ايتانو"روي اين روش كار كردند.
امروزه بيشترين كاربرد دستگاه‌هاي فليم فوتومتري، اندازه گيري يون‌هاي سديم و پتاسيم است. پتاسيم مهم‌ترين كاتيون يافت شده در داخل سلول‌هاي بدن است و مقدار پتاسيم در عملكرد نرمال سلول‌ها تاثير به سزايي دارد. افزايش غير عادي پتاسيم(hyperkalemia) يا كاهش غير عادي آن(hypokalemia) باعث صدمه به سيستم عصبي مي‌شود و در صورت افزايش بيش از حد مهلك و كشنده خواهد بود. ميزان پتاسيم نرمال در خون 5/3 تا 0/5 ميلي مول در ليتر است. مهم‌ترين كاتيون موجود در خارج سلول سديم است كه نقش مهمي در توضيع مايعات بدن ايفا مي كند. غلظت يون هاي سديم در داخل پلاسما (خارج سلول) بايد بين 130 تا 145 ميلي مول در ليتر باشد. در صورتي كه غلظت اين كاتيون بالاتر يا پايين تر از اين مقدار باشد به ترتيب منجر بهhypernatremia وhyponatremia مي‌شود. زماني كه محلول محتوي اين دو يون با شعله مجاور شود محلول تبخير شده و يون‌هاي موجود در آن به صورت اتم در مي‌آيند و همانطور كه قبلا اشاره شد گرماي حاصل از شعله باعث برانگيخته شدن اتم ها شده و الكترون‌هاي لايه ظرفيت آن به لايه با انرژي بالاتر مي روند و پس از بازگشت به جاي خود نوري تابش مي‌كنند كه كار دستگاه فليم فوتومتر اندازه گيري طول موج اين نور و پي بردن به مقدار سديم و پتاسيم موجود در محلول است. به كمك اين دستگاه مي توان حدود 2/0 ميكرومول يون را در حدود 2 ميلي ليتر محلول اندازه‌گيري كرد. البته فليم فوتومترهاي به خصوصي هستند كه توانايي آشكارسازي 10-4 مول را نيز دارند. اما در كار عادي استفاده چنداني ندارند. طول موج مورد استفاده براي اندازه گيري سديم حدود 500 نانومتر و براي پتاسيم حدود 600 نانومتر است.
منحني كاليبراسيون با رسم شدت تشعشع در اشباع سديم به‌دست مي‌آيد. غلظت سديم در نمونه اي نا معلوم با مقايسه شدت نور ساطع شده از آن با منحني هاي كاليبراسيون تعيين مي شود. از آنجا‌كه فاكتورهايي چون جريان نمونه در داخل دستگاه بر اندازه گيري تاثير مي گذارند، بهتر است كه براي هر محلول سه بار اندازه گيري و مقايسه با منحني هاي كاليبراسيون را انجام داد و بين مقادير به‌دست آمده ميانگين گرفت تا به مقدار واحدي براي ماده نامعلوم دست يافت. اين كار اغلب در بخش نرم افزاري دستگاه انجام مي شود و نيازي به دخالت كاربر ندارد.
فليم فوتومتري مزاياي زيادي دارد. از جمله اينكه دستگاهي بسيار ساده و مقرون به صرفه است كه توان خروجي بالايي در آناليزهاي كلينيكي، بيولوژيك و محيطي دارد. خلوص و نرخ جريان سوخت و اكسيدان، نرخ مكش، غلظت محلول، عدم خلوص نمونه ها و ... از عواملي هستند كه بر عملكرد دستگاه تاثير مي گذارند. از اينرو كاليبراسيون دقيق و مداوم امري ضروري در جهت دستيابي به نتايج صحيح و دقيق محسوب مي شود. اين دستگاه با مجموعه اي از محلول‌هاي استاندارد كاليبره مي شود كه اين محلول‌ها كل محدوده غلظت نمونه ها را پوشش مي دهد. همچنين در حين آزمايش بايد به اين نكته توجه داشت كه اندازه گيري تابش هر دو محلول استاندارد و نامشخص بايد در حد امكان در شرايط يكسان صورت گيرد.
امروزه سيستم‌هاي بسيار پيشرفته و سطح بالايي به وجود آمده‌اند كه كيفيت و امنيت آن بسيار بالاتر از سيستم‌هاي قديمي است. اين تجهيزات امواج الكترومغناطيس را براي دست يابي به دمايي بالاتر و عملكردي بهتر به كار مي گيرند. اين فعاليت ها در مخزني كاملا بسته صورت مي گيرد كه همين امر باعث جلوگيري از افت امواج الكترومغناطيس شده و به بالاتر رفتن سريع دما و در نتيجه تسريع واكنش ها كمك مي كند. همچنين كاهش مصرف سوخت در اين دستگاه‌ها چشمگير بوده كه از نظر اقتصادي بسيار مقرون به صرفه‌تر است. مگنترون‌هاي اين سيستم امواج مايكروويوي با طول موج mm0/3 - 1 با فركانس 100 گيگاهرتز تا 300 مگاهرتز توليد مي‌كند. اين دستگاه امروزه كاربرد زيادي به خصوص در زمينه تحقيقاتي دارد
منبع: نشریه مهندسی پزشکی شماره ۹۲