مقالات آنالیز و کنترل در آبکاری

آنالیز شیمیایی محلول های آبکاری از نگاه متال فینیشینگ 2003

واحد تحقیق و توسعه شرکت جلاپردازان

محلول های آبکاری به منظور کنترل فرمولاسیون حمام و همینطور پیشگیری از مشکلات مربوط به هریک از اجزای حمام، باید مرتبا آنالیز شوند. از طرفی سطح آلودگی محلول نیز باید توسط این آنالیز شیمیایی همواره تحت کنترل باشد. صنعتگران آبکاری برای اطمینان از حداکثر بازدهی محلول و یکنواختی رسوبات، مشخصاتی را برای محلول درنظر می گیرند. فاکتورهای مختلفی که باعث می شوند غلظت اجزای حمام از مقدار بهینه خود منحرف شوند عبارتند از:

1-     بیرون آمدن بخشی از محلول مثلا همراه با خروج قطعه

2-     تبخیر محلول

3-     تجزیه شیمیایی محلول

4-     ضریب بازدهی یکسان آند و کاتد

مشخص شده است که یکی از مشکلات مربوط به بازده محلول های آبکاری عبارت است از تغییرات تدریجی اما پیوسته در pH، محتوای فلزی و یا مقدار سیانید محلول (جدول 1 را ببینید). تکنیکهای مورد استفاده برای آنالیزهای کمی محلولهای آبکاری بصورت تکنیکهای حجم سنجی (تیتراسیون)، وزن سنجی و دستگاهی طبقه بندی می شوند.  

روشهای وزن سنجی و حجم سنجی اصولا تحت عنوان روشهای مرطوب شناخته میشوند. با توجه به تعدد روشهای آنالیز، انتخاب بهترین روش آنالیز باید بر اساس ویژگیهای محلول، در نظر گرفتن هزینه های اقتصادی و موثر بودن روش برای محلول خاص توسط آنالیزگر انجام شود. روشهای مرطوبی که در اینجا مطرح می­شود برای کنترل همه فرایندهای آبکاری به اندازه کافی ساده، دقیق و سریع می باشند. تجهیزات مورد نیاز برای این روشها بسیار معمولی و در حد امکانات معمولی در یک واحد آزمایشگاهی ساده می باشد و دستورالعمل ها به اندازه کافی دقیق است که یک تکنسین معمولی بدون هیچ مشکلی می تواند آنها را انجام بدهد. این در حالی است که اگر هدف شناسایی مقادیر کم ناخالصی و یا فلزهای غیرمعمول باشد نمونه باید به یک واحد آزمایشگاهی مجهز که پرسنل آن از توانایی بالایی در دانش شیمی برخوردارند ارجاع شود. تست Hull cell به اپراتور این امکان را میدهد تا کیفیت پوشش در بازه گسترده­ای از دانسیته جریان بررسی کند.

روشهای حجم سنجی

روشهایی که در آن غلظت نمونه مورد نظر در محلول آبکاری با اضافه کردن یک محلول شناخته شده استاندارد به محلول مورد آزمایش (در اینجا نمونه محلول وان) بصورت کمی تعیین می شود، اصولا تحت عنوان روشهای حجم سنجی شناخته می شوند. جزئی که باید شناسایی شود باید بطور کامل با عامل تیتر کننده با نسبت استوکیومتری معلوم واکنش دهد. بر اساس حجم مصرفی محلول تیترانت، می­توان غلظت گونه مورد نظر را براحتی محاسبه نمود. سادگی، سرعت و هزینه نسبتا پایین این روش باعث شده تا این روش یکی از پرکاربردترین روشهای آنالیز شیمیایی محلول های آبکاری باشد.

روشهای حجم سنجی شامل چندین نوع واکنش می­باشند: اکسایش- کاهش، اسید-باز، تشکیل کمپلکس و رسوب. شناساگرها بعنوان معرفهای کمکی هستند که به تشخیص نقطه پایان آنالیز کمک می­کنند. نقطه پایان می­تواند توسط تغییر رنگ محلول، کدر شدن محلول، یا برطرف شدن کدورت محلول تشخیص داده شود.

در برخی روشهای حجم سنجی به مقدار کمی نمونه نیاز است درحالی که در برخی موارد بعضا نمونه بیشتری مورد نیاز می باشد. مشخص شده است که دقت اندازه گیری برای آنالیز محلولهایی که غلظت عامل تیتر شونده در آنها خیلی کم است کاهش می­­­­یابد زیرا تشخیص نقطه پایانی در آنها به سادگی محلولهایی که در آنها عامل تیتر شونده غلظت بالایی دارند، نمی باشد.

برای رسیدن به نتیجه دلخواه برخی پارامترها باعث محدود شدن دامنه کاربرد روهای حجم سنجی می شوند. از جمله اینکه  شناساگرها باید بتوانند نقطه پایان را بخوبی نشان دهند و همچنین واکنش جزء تیتر شونده با محلول استاندارد در حضور شناساگر نباید توسط سایر مواد موجود در محلول، تداخل و همپوشانی داشته باشد.

روشهای وزن سنجی

در روشهای وزن سنجی، تعیین جزء مورد نظر در محلول با جداسازی آن جزء از سایر اجزای محلول توسط ترسیب، تبخیر یا دستگاه تجزیه الکتریکی انجام می شود. روش­های ترسیب از روشهای مهم در فرایند وزن سنجی می باشند. رسوب حاصل اصولا یک ترکیب با انحلال پذیری بسیار کم و خلوص بالا است. وزن رسوب بعد از فیلتراسیون محلول، شستن و خشک کردن آن اندازه گیر می­شود. روشهای وزن سنجی برای تکمیل روشهای حجم سنجی استفاده می­شوند. محدودیتهای روشهای وزن سنجی عبارتند از اینکه گونه ترسیب شده باید از در محلول بسیار نامحلول باشد. رسوب باید همچنین خلوص بسیار بالایی داشته باشد و به سهولت فیلتر شود. گونه هایی که بصورت وزن سنجی آنالیز میشوند عبارتند از کلرید، سولفات، کربنات، طلا و نقره.

روشهای دستگاهی

روشهای دستگاهی با روشهای مرطوب متفاوت هستند زیرا در روشهای دستگاهی ویژگی های فیزیکی مربوط به ترکیب یک ماده اندازه گرفته می شود در حالیکه روشهای مرطوب مبتنی بر انجام واکنش های شیمیایی هستند. انتخاب روش دستگاهی مناسب برای آنالیز یک محلول آبکاری وظیفه سنگینی است. آنالیزگر باید هزینه تمام شده آزمایش و همچنین دقت روش انتخاب شده برای محلول آبکاری مورد نظر را حتما در انتخاب خود لحاظ کند. دستگاههایی که به کامپیوتر متصل می شوند، می توانند به صورت خودکار نتایج را تجزیه و تحلیل کرده و ثبت کنند. به این ترتیب خطای محاسباتی به حداقل خود رسیده و نتایج حاصل نسبت به روشهای مرطوب تکرار پذیرتر می باشد. روشهای دستگاهی همچنین بسیار سریعتر از روشهای مرطوب هستند.

برخلاف انسانها، دستگاهها نمی توانند قضاوت کنند. اگر نمونه ای درست آماده نشده باشد یا گونه ها باهم تداخل داشته باشند برای دستگاه قابل تشخیص  نیست. برخی نتایج غلط می تواند ناشی از مشکلات الکترونیکی دستگاه باشد.

دستگاههای مورد استفاده برای آنالیز محلولهای آبکاری عمدتا جزو دستگاهی طیف سنجی، فوتومتری، کروماتوگرافی، و الکتروآنالیز طبقه می­شوند. روشهای اسپکتروسکوپی یا طیف سنجی (فوتومتری شعله، طیف سنجی نشری، فلورسانس X-ray، طیف سنجی جرمی، و پلاسمای جفت شده القایی) برپایه نشر نور می­باشند. روشهای فوتومتری (اسپکتروفوتومتری، کالریمتیری و جذب اتمی) برپایه جذب نور می­باشند. روشهای کروماتوگرافی (یون کروماتوگرافی) شامل جداسازی مواد و سپس شناسایی آن می شود. روشهای الکتروآنالیز (پتانسیومتری، هدایت سنجی، پلاروگرافی، آمپر سنجی و الکتروگروی متری) مبتنی بر یک جریان الکتریکی در مسیر آنالیز هستند.

روش های دستگاهی که بصورت مفصل در زیر بررسی می شوند عمدتا روشهایی هستند که برای محیط های آبکاری مناسب تر هستند.

روشهای طیف سنجی

طیف سنجی عبارت است از آنالیز یک ماده توسط اندازه گیری نور نشر یافته. هنگامی که به یک اتم گرما، انرژی الکتریکی یا انرژی رادیویی داده می شود، اتم اتتم تهییج می شود و نور را نشر می­دهد. تهییج می تواند توسط یک شعله، جرقه، اشعه ایکس یا یک قوس AC یا DC ایجاد شود. الکترونها در اتم از حالت پایه خود تحریک می شوند و به یک تراز انرژی ناپایدار با سطح انرژی بالاتر می روند. این الکترونهای تههیج شده هنگام بازگشت به سطح انرژِ پایه خود، انرژی را که برای تهییج شدن گرفته بودند بصورت تابش الکترومغناطیسی رها یا منتشر می کنند.

از آنجایی که هر عنصر حاوی اتم هایی با آرایش مختلف الکترون های لایه خارجی می باشد لذا مجموعه ای از طول موج های متمایز به دست می آید. این طول، موجها، ناشی از اتمهای چندین عنصر، توسط یک تک فام کننده مانند یک منشور یا توری پراکنش از یکدیگر جدا می شوند. تشخیص طول موجها می تواند بصورت فتوگرافیکی (اسپکتروگراف) و یا از طریق دتکتورهای فتوالکتریک مستقیم (اسپکتروفوتومتر) انجام شود. اندازه گیری شدت نور نشر شده در یک طول موج خاص متناسب با غلظت عنصری است که آنالیز می شود. مزیت طیف سنجی این است که این روش برای عنصر مورد بررسی خاص است. این موضوع کمک می کند تا آنالیز کمی مقدار بسیار کم عناصر را بدون نیاز به پیس آماده سازی و یا اطلاع قبلی از ماهیت محلول و حضور یا عدم حضور سایر عناصر و بصورت مستقل انجام بدهیم. در این روش اغلب فلزات و برخی ترکیبات غیر فلزی قابل شناسایی هستند. آنالیز اسپکتروسکوپی همچنین از این جهت که تکرار پذیر است با ارزش می باشد. اما از معایب این روش می توان به مواردی همچون وابستگی شدت نور نشری به دما، بصورتی که شدت به نوسانات کوچک دمایی بسیار حساس است. صحت و دقت روشهای اسپکتروگرافی به اندازه روشهای اسپکتروفوتومتری یا روشهای مرطوب نمی باشد. روشهای اسپکتروگرافی عموما از این جهت که حد تشخیص (حداقل مقدار قابل تشخیص برای دستگاه)  آنها غلظت 3% عنصر است دارای محدودیت می باشند. علاوه بر این، برای عناصر با انرژی بالا مانند زینک کمتر از عناصر با انرژی کم مانند سدیم است. کاربرد اسپکتروسکوپی شامل آنالیز اجزای اصلی و ناخالصی ها در محلول های آبکاری و رسوب آلیاژی برای ترکیبات است.

فتومتری شعله

در فتومتری شعله، نمونه محلول در فشار هوای ثابت اتمیزه شده و بصورت یک مه دود یکنواخت وارد شعله می شود. دمای شعله (1,800-3,100 OK) ثابت نگاه داشته می شود. حلال تبخیر می شود و جامد بخار میشود و سپس به اتمها در حالت پایه تفکیک می شود. الکترونهای لایه والانس اتمهای حالت پایه توسط انرژی شعله تهییج شده و به سطوح بالاتر رفته و مجددا به حالت پایه باز می گردند. شدت خطوط طیف نشر شده در یک اسپکتروگراف تعیین شده و یا توسط یک اسپکتروفوتومتر مستقیما اندازه گیری می شود. فتومتر شعله با استانداردهایی که غلظت و ترکیب آنها مشخص است کالیبره میشود. سپس شدت یک خط طیفی مشخص ناشناخته می تواند با مقدار یک عنصر موجود که تابش خاصی را منتشر می کند، همبسته شود. تداخل های فیزیکی ناشی از حلال یا حلال شونده ممکن است بر میزان انتقال نمونه به شعله تاثیر بگذارد. هنگامی که طول موج عنصر مورد نظرتقریبا همان طول یک عنصر دیگر باشد، نشرهای این خطوط مجاور دارای تداخلهای طیفی خواهد بود. یک تک فام کننده یا انتخاب سایر خطوط طیفی این تداخل را به حداقل می رساند. تداخل یونیزاسیون ممکن است توسط شعله های دما بالاتر رخ دهد. با اضافه کردن یک عنصر دم با قابلیت یونیزاسیون، به دلیل یونیزاسیون این عنصر، تداخلها به حداقل می­رسند. مزیت فوتومتری شعله این است که دمای شعله در این حالت نسبت به منابع الکتریکی بسیار با ثبات تر است. یک ایراد این روش این است که حساسیت منبع شعله چندین بار کوچکتر از یک قوس الکتریکی یا جرقه است. از فوتومتری شعله برای آنالیز آلومینیوم، بور،کادمیوم، کلسیم، کروم، کبالت، مس، منیزیم، آهن، سرب، لیتیم، منیزیم، نیکل، پالادیوم، پلاتین، پتاسیم، رودیوم، روتنیم، نقره، سدیم مورد استفاده قرار می گیرد. ، استرانسیم، قلع و روی استفاده می شود.

طیف سنجی نشری

در طیف سنجی نشری (ES)، یک نمونه جامد، فلز ریخته گری یا محلول توسط یک تخلیه الکتریکی از قبیل یک قوس AC، یک قوس DC یا یک جرقه تهیییج می شود. نمونه معمولا در حفره الکترود گرافیت پایینتر که مثبت است، قرار می گیرد. امکترود همراه بالاتر نیز از جنس گرافیت است. گرافیت به علت توانایی بالای خود برای مقاومت در برابر دمای بالا تخلیه الکترود، ماده مناسبی ربرای تهیه و ساخت الکترودها بشمار می­رود. از طرفی گرافیت یک هادی الکتریکی خوب است و بدلیل عدم ایجاد خطوط طیفی مربوط به خود امکان ایجاد تداخل طیفی را ندارد. قوس زمانی ایجاد می شود که دو الکترود گرافیتی یک لحظه کوتاه باهم تماس داشته باشند و سپس از هم جدا شوند. دماهای بسیار بالا (K 6000-4000) باعث تولید تابش اشعه با سطح انرژی و تعداد خطوط طیفی بیشتر در مقایسه با فوتومتری شعله می شود. طول موج مشخصی از اتم های چندین عنصر توسط یک تک فلوتر جدا شده و توسط اسپکتوگراف یا اسپکتروفتومتر شناسایی می شوند. طول موجهای مشخص از از اتمهای چندین عنصر توسط یک مونوکروماتور تفکیک می شوند و توسط اسپکتروگراف یا اسپکتروفوتومتر شناسایی می شوند. شناسایی کیفی با استفاده از نمودارها و جداول موجود برای شناسایی خطوط طیفی که طیف سنج خروجی بر اساس طول موج آنها مرتفع می شود انجام می شود.

عناصر موجود در یک نمونه همچنین می توانند بصورت کیفی با مقایسه طیف ناشناخته با نمونه های عناصرخالص شناسایی شوند. دانسیته طول موجها متناسب با غلظت عنصری تعیین شده است. کالیبراسیون توسط نمونه های استاندارد انجام می گیرد. طیف سنجی نشری یک روش مفید برای آنالیز مقادیر بسیار کم آلاینده های فلزی در حمام آبکاری است. روش “oxide” یم تکنیک معمول برای آنالیز کمی در طیف سنجی نشری است. یک نمونه از حمام آبکاری در یک خشک کن تبخیر شده و سپس در یک کوره سوزانده می شود. اکسیدهای حاصل با گرافیت مخلوط شده و در یک الکترود گرافیتی قرار داده می شوند. استانداردها به روش مشابه تهیه می شوند و یک قوس DC برای تهییج نمونه و استاندارد استفاده می شود.

فلورسانس اشعه X

طیف سنجی فلورسانس اشعه X یا (XRF) بر اساس تهییح نمونه ها توسط یک منبع اشعه ایکس انرژی با کافی بالا است که منجر به انتشار تابش فلورسنت می شود. غلظت عنصری که قرار است شناسایی شود متناسب با شدت طول موج شاخصه آن است. یک طیف سنج XRF معمولی متشکل از یک منبع تابش پرتو X، یک شناساگر و یک بخش تحلیل کننده داده ها است. مزایای XRF شامل غیر تخریبی بودن روش است.روش  XRF برای اندازه گیری اجزای اصلی حمام های آبکاری مانند کادمیوم، کروم، کبالت، طلا، نیکل، نقره، قلع و روی مفید است. معایب XRF عبارتند از عدم حساسیت آن در مقایسه با ES. همچنین می توان از طیف سنجی اشعه ایکس برای اندازه گیری ضخامت یک پوشش آبکاری شده نیز استفاده می شود. آشکارساز اشعه ایکس روی طول موج عنصر اندازه گیری شده قرار می گیرد. سطح پوشش در معرض یک منبع اشعه ایکس قرار گرفته و شدت طول موج عنصر اندازه گیری می شود. برای هر نوع پوشش آبکاری خاص، منحنی کالیبراسیون عبارت است از نمودار شدت در برابر ضخامت. با استفاده از XRF همچنین می توان ترکیب پوشش را نیز تعیین کرد.

طیف سنجی جرمی

در طیف سنجی جرمی (MS)، گاز یا بخار حاصل از مایعات یا جامدات توسط یک پرتو الکترونی در یک اتاق یونیزاسیون بمباران می شود، که باعث یونیزاسیون و شکست پیوندهای شیمیایی می شود. در این فرایند ذرات بارداری تشکیل می شوند که ممکن است از عناصر، مولکول ها یا قطعات تشکیل شده باشند. سپس میدانهای الکتریکی و مغناطیسی یونهای حاصل را بر اساس نسبت جرم به بار ذرات(m/e) از هم جدا می کنند. مقدار و نوع قطعات تولید شده در یک چمبر یونیزاسیون برای انرژی خاصی از پرتو بمباران کننده، مشخصه مولکول است؛ بنابراین، هر ترکیب شیمیایی دارای طیف جرمی مخصوص به خود است. با ایجاد یک طیف جرمی از چند ترکیب خالص، یک الگوی مشاهده شده امکان شناسایی و تجزیه و تحلیل ترکیبات پیچیده را فراهم می آورد. طیف جرمی یک ترکیب شامل جرم قطعات یونها، فراوانی نسبی این یونها و همچنین یون مادر است. قطعات جداسازی شده برای یک ترکیب خاص همیشه در فراوانی نسبی یکسان رخ می دهند. روش MS برای همه موادی که دارای فشار بخار نسبتا بالا هستند قابل استفاده است که معمولا شامل موادی می شود که نقطه جوش زیر 450^oC دارند. با استفاده از این روش امکان آنالیز کیفی و کمی گازها، مایعات و جامدات فراهم می شود.

پلاسمای القایی جفت شده

پلاسمای حفت شده القایی (ICP) شامل آسپیراسیون یک نمونه در یک  جریانی از گاز آرگون و سپس یونیزاسیون آن با استفاده از یک میدان فرکانس رادیویی است. نمونه آئروسل در پلاسما گرم می شود،  مولکولها تقریبا بطور کامل از هم تفکیک می شوند و سپس اتمهای موجود در نمونه در فرکانس خاص خود نور را نشر می دهند. نور نشر شده از یک مونو کروماتور عبور کرده و به آشکارساز می­رسد. دمای بالای گاز پلاسمای آرگون (K7000) انتشار اتمی کارآمدی را تولیدمی­کند و امکان شناسایی برای بسیاری از عناصر با حد تشخیص پایین را فراهم می­کند. همانند روش جذب اتمی، در ICP هم دستگاه قادر نیست بین حالتهای اکسایش متفاوت یک اتم تمایز قایل شود. مثلا اگر در نمونه Cr³⁺ و Cr⁶⁺ همزمان وجود داشته باشند، دستگاه مجموع هردو را بعنوان یک عدد واحد اعلام می کند. مزایای ICP شامل یونیزاسیون کامل است و بر خلاف روش جذب اتمی در این روش ماتریس دخالت ندارد. با استفاده از ICP امکان تحلیل همزمان عناصر مختلف را در یک زمان کوتاه فراهم می شود. این روش به مقادیر یک در میلیون حساس است. معایب ICP عبارتند از: هزینه بالای آن و عدم تحمل آن به نمونه هایی که مواد جامد محلول در آن بیش از  3 درصد باشند. اصلاحات پس زمینه معمولا برای مواجهه با تابش پس زمینه از عناصر دیگر و گازهای پلاسما جبران می شود. تداخل فیزیکی به علت گرانروی و یا کشش سطحی، می تواند خطاهای قابل توجهی ایجاد کند. این خطاها با رقیق کردن نمونه کاهش می یابد.اگر چه تداخل های شیمیایی در روش ICP نامطلوب هستند، با انتخاب دقیق شرایط عملیاتی دستگاه، با تطبیق ماتریس یا بافر کردن نمونه، می توان آنها را به شدت کاهش داد. روش ICP برای آنالیز اجزای اصلی و آلودگی های بسیار کم محلولهای آبکاری قابل استفاده است. این روش همچنین برای آنالیز زباله مفید است.

روشهای فوتومتری

روشهای فوتومتری براساس جذب انرژی تابشی اشعه ماوراء بنفش (200-400 نانومتر) یا نور مرئی (400 تا 1000 نانومتر) توسط یک گونه در محلول است. در این روش مقدار انرژی جذب شده متناسب با غلظت گونه های جاذب در محلول است.مقدار جذب توسط اسپکتروفتومتریک یا رنگ سنجی تعیین می شود.حساسیت و دقت روش های فوتومتریک به منظور تشخیص نقص های الکتریکی، نوری یا مکانیکی در ابزار تحلیلی باید با آزمایش محلولهای استاندارد به طور مرتب بررسی شود.

اسپکتروفتومتری و رنگ سنجی

اسپکتروفتومتری روشی است مبتنی بر اندازه گیری نور جذب شده توسط یک محلول. در این روش، جذب متناسب با غلظت آنالیت در محلول است. روشهای اسپکتروفتومتریک اغلب برای آنالیز فلزاتی با غلظت تا 2٪ استفاده می شوند.

اسپکتروفتومترها شامل یک منبع نور (تنگستن یا هیدروژن)، یک تک فام کننده، یک نگهدارنده نمونه و یک آشکارساز هستند. نور ماورای بنفش یا نور مرئی با  یک طول موج مشخص بعنوان منبع نور استفاده می شوند. آشکارسازها سلولهای فوتوالکتریک هستند که نور انتقال یافته (غیر جذب شده) را اندازه می گیرند. اسپکتروفتومترها با فوتومترها متفاوتند، زیرا آنها از تک فام کننده استفاده می کنند، در حالی که فوتومترها از فیلترها برای جداسازی طول موج های مورد نظر استفاده می کنند. فیلترها یک نوار نور پهنتری را در مقایسه با تک فام کننده جداسازی می کنند. در تیتراسیونهای اسپکتروفتومتری، سل حاوی محلول آنالیت در مسیر نور دستگاه اسپکتروفتومتر قرار داده می شود. تیترانت در حالی که سل تکان داده می شود به آن اضافه می شود و جذب اندازه گیری می شود. نقطه پایانی به صورت گرافیکی تعیین می شود. کاربرد این تیتراسیون شامل آنالیز آرسنیک و آنتیموان و همچنین آنالیز مس با اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA) است. زمانی که برای آنالیز به تعداد زیادی مرحله رقیق سازی نیاز باشد در اینصورت احتمال خطا در آنالیزهای اسپکتروفتومتری افزایش می یابد.

کالریمتری شامل مقایسه رنگ تولید شده توسط مقدار نامعلومی از یک ماده با رنگ تولید شده توسط یک استاندارد حاوی مقدار معلوم از آن ماده است. هنگامی که نور تک رنگ از طریق محلول رنگی عبور می کند، مقدار مشخصی از نور، متناسب با غلظت ماده جذب می شود. موادی بیرنگ و یا حاوی مقدار اندکی رنگ، می توانند توسط واکنشبا برخی معرفهای خاص بسیار رنگی باشند. در روش استاندارد رنگی سنجی، محلول آنالیت تا یک حجم معین (معمولا 50 یا 100 میلی لیتر) در یک لوله Nessler رقیق شده و مخلوط می شود. رنگ محلول مجهول با یک سری استانداردهایی که به روش مشابه تهیه شده­ان، مقایسه می­شود. غلظت آنالیت ، برابر است با غلظت محلول استاندارد ی که رنگ نمونه با آن دقیقا مطابقت دارد.

خطاهای احتمالی در اندازه گیری های رنگی ممکن است از منابع زیر ایجاد شود: کدورت، حساسیت چشم یا کور رنگی، رقت ها، فیلترهای فوتومتر، تداخل های شیمیایی و تغییرات در دمای یا pH. روش های فوتومتریک برای آنالیز آنالیتهای زیر در دسترس هستند:

محلولهای آنودایز: Fe، Cu، Mn

محلولهای برنج: Fe

محلولهای کادمیوم: Fe، Ti، Zn، Cu، Ni

محلولهای کروم: Cr، Fe، Ni، Cu، Se

محلولهای مس اسیدی: Cl، Fe

محلول های مس قلیایی: Fe، Se

محلولهای طلا: Au، Ni، In، Co، Cu، Fe، PO4

محلولهای آهن: Mn، NH 3

محلولهای سرب و قلع-سرب: pb

محلولهای نیکل: Cr، Cu، Zn، Fe، Co، NH 3

محلولهای پالادیوم: Pd، Cr، NH 3

محلولهای پلاتین: Pt

محلولهای رودیوم: Rh

محلول های نقره: Ni، Cu، Sb

محلول اسید قلع: Fe، Cu

محلولهای قلیایی قلع: Cu، Pb، Zn

محلول اسید روی: Cu، Fe

محلول های قلیایی روی: Cu، Fe

پساب: Cr⁺⁶، Ni، Cu، Fe، Zn، Pb، Al، B، NO ₃، NO ₂، PO ₄، Cl، CN، عوامل مرطوب کننده.

جذب اتمی

فلزات در آبکاری و محلولهای مرتبط با آن می توانند به روش اسپکتروفتومتری جذب اتمی (AA) تعیین شوند. محدوده بهینه، حد تشخیص و حساسیت فلزات متناسب با ابزار های موجود متفاوت است.

در آنالیز آسپیراسیون مستقم جذب اتمی[2] (CVAA) شامل کاهش شیمیایی جیوه یا سلنیوم توسط کلرید قلع کلرید و سپس آنالیز آن است. محلول کاهش یافته به شدت در ظرف واکنش همزده می­شود تا یک تعادل بین عنصر در فاز مایع و بخار بدست آید. سپس بخار به یک سلول جذب که در مسیر نور دستگاه اسپکتروفتومتر قرار داده شده است، تزریق می شود. پیک جذب حاصل در یک دستگاه ضبط نوار ثبت می شود.

روش CVAA به مزاحمت برخی ترکیبات آلی، ترکیبات حاوی گوگرد و کلر بسیار حساس است. یونهای فلزی (به عنوان مثال، طلا، سلنیوم)، که با کلرید قلع به حالت عنصری کاهش می یابند، اگر با جیوه ترکیب شوند، تداخل ایجاد می کنند.

جذب اتمی هیدرید[4] (ISEs) انجام می شود. درواقع ISE یک پتانسیل الکتریکی را در پاسخ به فعالیت یونی که برای الکترود خاص هستند ایجاد می کند. با استفاده از روش ISE ها اندازه گیری کلسیم، مس، سرب، کادمیوم، آمونیاک، برومید، نیترات، سیانید، سولفات، کلرید، فلوراید و دیگر کاتیون ها و آنیون ها امکان پذیر می باشد. یکی از مشکلات مربوط به ISI های کاتیونها و ISE های آنیونی مزاحمتهای ناشی از سایر کاتیونها و آنیونهای موجود در محلول می باشد. این مزاحمتها را می توان با تنظیم PH نمونه و یا شلاته کردن یون های مزاحم حذف کرد و یا به حداقل مقدار تقلیل داد. دستورالعمل ISE باید به دقت بررسی شود تا سطح حداکثر مجاز عوامل مزاحم، حد بالای غلظت یون خاص برای ISE و نوع محیط سازگار با ISE خاص تعیین شود. برخی از محلولهایی که می توانند با روش های پتانسیومتری آنالیز شوند عبارتند از:

محلولهای آندایزینگ: Al، H₂SO₄، C₂H₂O₄، CrO₃، Cl

محلولهای برنج: Cu، Zn، NH₃، CO₃

محلولهای برنز: Cu، Sn، NaOH، NaCN، Na₂CO₃

محلولهای کروم: Cr، Cl

محلولهای کادمیوم: Cd، NaOH، NaCN، Na₂CO₃

محلولهای مس اسیدی: Cl

محلول های مس قلیایی: NaOH، NaCN، Na₂CO₃

محلولهای طلا: Au، Ag، Ni، Cu

محلولهای سرب و قلع / سرب: Pb، Sn، HBF₄

محلولهای نیکل: Co، Cu، Zn، Cd، Cl، H₃BO₃

محلول های نقره: Ag، Sb، Ni

محلولهای اسید قلع: Sn، HBF₄، H₂SO₄

محلول های قلیایی قلع: NaOH، Na₂CO₃، Cl

محلولهای روی: Zn

هدایت سنجی

هدایت سنجی الکتریکی توانایی یک محلول برای حمل یک جریان الکتریکی را اندازه گیری می کند. جریان توسط اعمال یک پتانسیل مابین دو الکترود فلز نجیب(به عنوان مثال، پلاتین) است که در محلول مورد بررسی فرو برده شده اند. وقتی متغیرهای دیگر ثابت باقی می مانند، تغییرات در غلظت یک الکترولیت باعث تغییر در هدایت جریان الکتریکی توسط محلول می شود.

در تیتراسیونهای هدایت سنجی، نقطه پایان تیتراسیون نمودار هدایت در مقابل حجم تیترانت حاصل می شود. مقادیر بیش از حد الکترولیت های فرعی و غیر مرتبط[6] (DME) شناخته می شود، اعمال می شود. سپس تغییرات در جریان اندازه گیری می شود. مساحت بزرگ آند جیوه مانع از  ایجاد هر نوع قطبشی می شود. سیستم DME شامل یک مخزن کوچک جیوه است که به یک لوله مویین شیشه ای متصل شده است و قطرات کوچک جیوه آن از طریق انتهای باز لوله به آرامی افت پایین می افتند. در این روش گاهی از یک الکترود کالومل اشباع شده بعنوان الکترود مرجع استفاده می شود. الکترولیت در سلول شامل یک محلول رقیق از گونه ای است که در محیط الکترولیت حمایت می شود. الکترولیت موجود در سل متشکل از محلول رقیق گونه هایی است که قرار است در محیط الکترولیت کمکی تعیین شوند. الکترولیت کمکی به منظور بالا بردن رسانایی محلول برای انتقال جریان عمل می کند. این تضمین می کند که اگر گونه مورد بررسی باردار شود، امکان مهاجرت به DME را نخواهد داشت. وارد کردن گازهای بی اثری مانند نیتروژن یا هیدروژن به محلول قبل انجام پلاگرافی، باعث جلوگیری از انحلال اکسیژن در محلول می شود.

یون های قابل احیا شدن به سمت DME منتشر می شوند. همانطور که ولتاژ اعمال شده افزایش می یابد، حرکت ناچیز جريان تا زمانی که پتانسیل به حد کافی برای تجزیه یون فلزی مورد بررسی برسد، ایجاد می شود. هنگامی که یون ها با همان سرعتی که به سمت DME انتشار می یابند کاهش می یابند، افزایشی در شدت جریان مشاهده نخواهد شد، زیرا جریان با سرعت انتشار محدود می شود. نیمه موج پتانسیل، پتانسیلی است که در آن جریان 50٪ از مقدار حداقل است.

پلاروگرام ها با اندازه گیری جریان به عنوان تابعی از پتانسیل بکاربرده شده به دست می آیند. پتانسیل نیمه موج یک مشخصه از مواد خاص تحت شرایط مشخص است. جریان حد متناسب با غلظت ماده درحال کاهش است. در این روش موادی را می توان تحت آنالیز کمی و کیفی قرار داد که قادر به اکسیداسیون آندی یا کاهش کاتدی باشند. همانند سایر روش های دستگاهی، منظور اندازه گیری کمی نتایج باید به استانداردها ارجاع شود.

مزایای روش های پلاروگرافی عبارتند از توانایی آنها برای تعیین اندازه گیری کیفی و کمی دو یا چند آنالیت در یک محلول مشابه. پلاروگرافی کاربرد گسترده ای برای گونه های معدنی، آلی، یونی یا مولکولی دارد. معایب پلاروگرافی شامل مزاحمتهای ناشی از غلظت های زیاد فلزات الکتروپوزیتو در تعیین غلظت های پایین فلزات الکترونگاتیو می باشد. از طرفی لوله مویین بسیار باریک DME گاهی اوقات مسدود می شود که خود باعث بروز مشکلاتی می شود.

امروزه از روش پلاروگرافی برای محلول های زیر استفاده می شود:

محلولهای آنودایز: Cu، Zn، Mn

محلولهای برنجی: Pb، Cd، Cu، Ni، Zn

محلولهای برنز: Pb، Zn، Al، Cu، Ni

محلولهای کادمیوم: Cu، Pb، Zn، Ni

محلولهای کروم: Cu، Ni، Zn، Cl، SO 4

محلولهای مس اسیدی: Cu، Cl

محلول های مس قلیایی: Zn، Fe، Pb، Cu

محلولهای طلا: Au، Cu، Ni، Zn، In، Co، Cd

راه حل های آهن: Mn

محلولهای سرب و قلع-سرب: Cu، Cd، Ni، Zn، Sb

محلولهای نیکل: Cu، Pb، Zn، Cd، Na، Co، Cr، Mn

محلولهای پالادیم: Pd، Cr 3+، Cr 6+

محلولهای رودی: Rh

محلول های نقره: Sb، Cu، Cd

محلول اسیدی سرب: Sn ⁴⁺، Cu، Ni، Zn

محلولهای قلیایی سرب: Pb، Cd، Zn، Cu

م محلولهای روی اسیدی: Cu، Fe، Pb، Cd

محلول های روی قلیایی: Pb، Cd، Cu

پساب های: Cd ، Cu، Cr ³⁺، Ni، Sn، Zn

آمپرومتری

تیتراسیونهای آمپرومتری شامل استفاده از پلاروگرافی بعنوان مبنای تیتراسیون الکترومتری است. ولتاژ اعمال شده مابین الکترود شاخص (به عنوان مثال، DME یا پلاتین) و الکترود مرجع (به عنوان مثال کالومل یا جیوه) ثابت نگه داشته می شود و جریان عبوری از سل به عنوان یک تابعی از حجم تیترانت اضافه شده اندازه گیری می شود. نقطه پایانی تیتراسیون از تقاطع دو خط مستقیم در یک نمودار جریان در مقابل حجم تیترانت اضافه شده تعیین می شود.

پلاروگرام برای تعیین بهینه ولتاژ تیتراسیون انجام می شود. تیتراسیونهای آمپرمترتری را می توان در غلظت های کم آنالیت که روش های حجمی یا پتانسیومتری نمی توانند نتایج دقیق ارائه دهند، انجام داد. آمپرومتری یک روش مستقل از دما است و دقیق تر از سایر روش های پلاروگرافی است. اگرچه آمپرومتری برای واکنش های اکسایش-کاهش یا واکنشهای ترسیبی مناسب است، اما تعداد کمی از واکنش های برپایه واکنشهای اسید-باز با این روش تعیین می شوند. برخی از واکنش هایی که می توانند با استفاده از روش های آمپر سنجی مورد آنالیز قرار گیرند، در جدول 2 آمده است.

الکتروگراویمتری

در الکتروگراویمتری، ماده ای که باید مشخص شود، در یک پتانسیل ثابت بر روی یک کاتد بی اثر که از قبل وزن شده است جدا می شود، که بعد از آن شسته شدن، خشک شدن مجددا کاتد وزن می شود و نهایتا وزن رسوب محاسبه میگردد. موارد مورد نیاز برا یک آنالیز دقیق الکتروگرامتری شامل همزدن خوب محلول، چسبندگی یکنواخت رسوبات و PH، دما و دانسیته جریان مناسب است.

مزایای استفاده از الکتروگراویمتری شامل توانایی آن در حذف فلزات معمولی از محلول می باشد. این روش نیاز به نظارت مستمر ندارد. معایب این روش عبارتند از زمان الکترولیز طولانی.

بعضی از فلزات که با روش الکتروگراویمتری آنالیز شده و می شوند عبارتند از: کادمیوم، کبالت، مس، طلا، آهن، سرب، نیکل، رودیوم، نقره، قلع و روی.

در کانال تخصصی آبکاری خانه آبکار مقالات واحد تحقیق و  توسعه شرکت جلاپردازان را دنبال کنید