دستگاه اسپکتروفتومتر چیست و اجزای آن کدامند؟

هر ترکیب شیمیایی نور را از طریق یک طیف الکترومغناطیسی در طول موج جذب، انتقال یا منعکس می کند. هنگامی که نور از هر محلولی عبور می کند بخشی از آن جذب می شود. اسپکتروفتومتری امکان تجزیه و تحلیل کیفی و کمی را فراهم می کند. با افزایش غلظت یک ماده، جذب نور افزایش یافته و انتقال نور کاهش می یابد.

اسپکتروفتومتری در شیمی، بیوشیمی (برای واکنش های کاتالیز شده با آنزیم)، فیزیک، زیست شناسی و مطالعات بالینی (بررسی هماتولوژی یا بافت ها) استفاده می شود. این به دانشمندان اجازه می دهد تا نمونه های مختلف را بدون هیچ گونه تماس پوستی تجزیه و تحلیل کنند، زیرا نمونه ها در یک لوله کوچک به نام کووت قرار می گیرند یا در مورد Photopette، اندازه گیری ها مستقیماً در ظرف نمونه بدون نیاز به انتقال آن انجام می شود.

 

اسپکتروفتومتر چگونه کار می کند؟

اسپکتروفتومتری یک روش استاندارد و ارزان برای اندازه گیری جذب نور یا مقدار مواد شیمیایی در محلول است. از پرتو نوری استفاده می کند که از نمونه عبور می کند و هر ترکیب موجود در محلول نور را در طول موج خاصی جذب یا منتقل می کند.

طیف سنجی توسط اسپکتروفتومتر اندازه گیری می شود. دستگاهی که از دو قطعه طیف سنج و یک نور سنج تشکیل شده است. طیف سنج نور طول موج را تولید می کند و نور سنج با اندازه گیری مقدار نوری که از نمونه می گذرد شدت نور را اندازه گیری می کند.

علاوه بر این دو جزء، اسپکتروفتومترها شامل یک منبع نور، یک مونوکروماتور ، یک محفظه نمونه حاوی یک کووت، یک آشکارساز (مانند دیود نوری) برای تشخیص نور عبوری، یک نمایشگر دیجیتال و یک بسته نرم افزاری تجزیه و تحلیل داده ها هستند.

 

اجزای دستگاه اسپکتروفتومتر

منبع نور

اسپکتروفتومترها برای کار به منابع نوری متکی هستند. به دلیل گستره وسیع نمونه ها، منابع نور می توانند ماهیت متفاوتی داشته باشند و از طیف وسیعی از طول موج ها از جمله مرئی، UV و IR استفاده کنند.

مونوکروماتور

مونوکروماتور (مانند یک منشور یا گریتینگ) در داخل دستگاه، نور را به یک طیف منفرد می‌شکند و نور چند رنگی را در طول موج‌های ضروری پخش می‌کند. یک توری نور موجود را به بخش های مختلف تقسیم می کند. گریتینگ ها در اسپکتروفتومترهایی که از نواحی UV، مرئی و مادون قرمز استفاده می کنند، رایج هستند.

اتاق نمونه

اتاق نمونه جایی است که اپراتور نمونه را برای تجزیه و تحلیل وارد می کند. نمونه ها معمولاً در یک کووت ساخته شده از موادی مانند شیشه یا کوارتز قرار می گیرند.

آشکارساز

آشکارساز عنصر دریافت کننده نور است که انرژی نور فرودی را جذب می کند. نمونه‌هایی از آشکارسازهای اسپکتروفتومتر معمولی عبارتند از: لوله‌های فوتودیودها. آنها انرژی نور را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند که به شکل جذبی تبدیل می شود.

نمایشگر دیجیتال

اسپکتروفتومترهای امروزی معمولاً دارای نمایشگر دیجیتالی هستند که در دستگاه تعبیه شده است. این به اپراتورها یک راه در دسترس برای تغییر تنظیمات ابزار، تنظیم پارامترهای روش و دیدن نتایج می دهد. با این حال، تأثیری بر نحوه کار دستگاه ندارد.

تحلیل داده ها

در کنار نمایشگرهای دیجیتال، اکثر اسپکتروفتومترها توانایی انجام هرگونه محاسبات و تحلیل را دارند. هنگامی که تمام پارامترهای روش در دستگاه تنظیم شدند، پس از تکمیل روش، داده ها و نتایج خروجی می شوند.

طول موج های جذبی

در اسپکتروفتومتر، تعداد فوتون های جذب شده توسط یک محلول، بازخوانی جذب نامیده می شود. هر چه طول مسیری که نور باید قبل از رسیدن به آشکارساز از یک محلول عبور کند، بیشتر است، شانس جذب فوتون بیشتر است.

ترکیبات مختلف در طول موج های مختلف بهترین جذب را دارند. یک اسپکتروفتومتر مرئی UV از نور در محدوده فرابنفش (185 تا 400 نانومتر) و محدوده مرئی (400 تا 700 نانومتر) طیف تابش الکترومغناطیسی استفاده می کند. در حالی که یک اسپکتروفتومتر IR از نور در محدوده مادون قرمز (700 تا 15000 نانومتر) استفاده می کند.

طیف‌سنجی فرابنفش (UV) و مرئی (VIS) انتقال الکترونیکی در اتم‌ها و مولکول‌ها را نشان می‌دهد که برای اندازه‌گیری آن از اسپکتروفتومتر استفاده می‌شود. ترکیباتی که در ناحیه مرئی جذب می شوند رنگی هستند، در حالی که ترکیباتی که فقط در ناحیه UV جذب می شوند بی رنگ هستند.

اسپکتروفتومتر UV-VIS معمولا از دو منبع نور استفاده می کند. لامپ دوتریوم برای ناحیه UV و لامپ تنگستن برای ناحیه VIS استفاده می شود. این نورها از طریق یک آینه به تک رنگ می رسند. طول موج نور قرمز بین 700 تا 750 نانومتر و آبی بین 400 تا 450 نانومتر است. اگر طول موج کوتاهتر از 350 نانومتر باشد UV است و انرژی بیشتری دارد.

 

اسپکتروفتومترهای تک پرتو در مقابل دو پرتو

به طور کلی دو نوع اسپکتروفتومتر وجود دارد: یک پرتو و دو پرتو. اسپکتروفتومترهای تک پرتو از یک پرتو نور – مرئی یا UV – استفاده می کنند که از یک نمونه در یک کووت عبور می کند. شدت نور قبل و بعد از عبور نور از نمونه اندازه گیری می شود و با استفاده از قانون بیر-لامبرت (به ادامه مطلب زیر مراجعه کنید)، می توان غلظت آنالیت را محاسبه کرد.

اسپکتروفتومترهای دو پرتو به روشی مشابه اسپکتروفتومترهای تک پرتو کار می کنند اما با یک تفاوت کلیدی. منبع نور اولیه به دو قسمت تقسیم می شود. یک پرتو از نمونه عبور می کند و دیگری از محلول مرجع یا حلال. سپس نسبت دو پرتو نور با جذب نمونه مطابقت دارد.

اسپکتروفتومترهای تک پرتو عموماً فشرده‌تر هستند و دامنه دینامیکی بالاتری دارند، اما اپتیک در یک پرتو دوگانه می‌تواند سطوح بالاتری از اتوماسیون، دقت بهتر و می‌تواند جذب پس‌زمینه حلال را تصحیح کند.

انتقال و جذب

اسپکتروفتومترها جذب (A) و عبور (T) را اندازه گیری می کنند. شدت نور (I0) فوتون ها را در ثانیه اندازه گیری می کند. هنگامی که نور از یک نمونه خالی عبور می کند، نور را جذب نمی کند، بنابراین به صورت (I) نمادین می شود. دانشمندان از نمونه های خالی بدون ترکیبات شیمیایی به عنوان مرجع استفاده می کنند. آنها حاوی همه چیزهایی هستند که در کووت نمونه وجود دارد، به جز ماده ای که جذب آن اندازه گیری می شود.

برای محاسبه ضریب انتقال از معادله زیر استفاده می شود:

انتقال T = It/I­

آن = شدت نور پس از عبور از کووت (نور عبوری)

I0 = شدت نور قبل از عبور از کووت (نور فرود)

جذب A = – log10 T = – log IS/IR

 

دستگاه مشابه:جهت مشاهده فروشگاه دستگاه اسپکتروفتومتر لطفا کلیک فرمایید.

 

استفاده از قانون بیر-لامبرت (قانون بیر)

قانون بیر-لامبرت (گاهی اوقات فقط به عنوان قانون بیر از آن یاد می شود) رابطه بین تضعیف نور از طریق یک ماده و خواص ماده است.

قانون بیر-لامبرت نشان می دهد که مقدار نوری که توسط یک ماده جذب می شود با مقدار غلظت نمونه متناسب است. همچنین با مقدار املاح موجود تعیین می شود. اما برای درک کامل قانون بیر-لامبرت، درک رابطه بین جذب و انتقال اهمیت دارد.

اندازه گیری جذب

مولکول ها یا یون های نمونه در یک محلول را می توان با استفاده از طیف سنج و قانون Beer-Lambert با این معادله شناسایی و کمی سازی کرد: A =ƐCL

A = جذب نور در یک طول موج خاص

Ɛ= ضریب خاموشی مولی (جذب 1 مول از یک ماده حل شده در حلال 1 لیتری)

C = غلظت مولی یک نمونه

L = طول مسیر نوری یک نمونه

 

نحوه اندازه گیری جذب با اسپکتروفتومتر

برای اندازه گیری جذب یک نمونه، باید مقادیر سه عامل ضریب خاموشی مولی، غلظت مولی و طول مسیر نوری را بدانید.

ضریب خاموشی مولی –Ɛ

ضریب خاموشی مولی مقداری است که در آن یک گونه شیمیایی نور را در طول موج معینی کاهش می دهد. واحد SI m2/mol است، اما گاهی اوقات به صورت M-1 cm-1 یا L mol-1 cm-1 بیان می شود.

شما می توانید ضریب خاموشی مولی نمونه مورد نظر خود را از منابع متون به دست آورید.

تمرکز

غلظت به غلظت نمونه اشاره دارد. این به سادگی غلظت مولی است و به صورت mol/L اندازه گیری می شود.

طول مسیر

طول مسیر به فاصله ای اطلاق می شود که نور از نمونه طی می کند زیرا جذب مستقیماً با فاصله نور طی شده متناسب است. این با توجه به اندازه کووت شما تعیین می شود.

در حالی که تعیین میزان جذب از قانون بیر-لامبرت نسبتاً ساده است، مطمئن شوید که از واحدهای صحیح استفاده کنید یا آنها را به درستی تبدیل کنید تا از هرگونه خطا در نتیجه نهایی خود جلوگیری کنید.

 

موارد استفاده از اسپکتروفتومتر

اسپکتروفتومتری یک تکنیک فوق العاده قوی است که توسط بسیاری از حوزه های علم، صنعت و تولید پذیرفته شده است. در زیر، به برخی از راه‌های استفاده از اسپکتروفتومتری و چرایی آن می‌پردازیم.

تولید دارو

قابل درک است که فرآیند تولید داروها به دقت نظارت می شود تا اطمینان حاصل شود که محصول نهایی دقیقاً همان چیزی است که می گوید.

در صورت امکان، استفاده از اسپکتروفتومتری یک روش سریع و موثر برای انجام آزمایش QC بر روی مواد خام، مواد واسطه و محصولات نهایی است. با اندازه‌گیری نمونه‌ها و مقایسه آن‌ها با نمونه‌ها، می‌توان فهمید که آیا ترکیب درستی ساخته شده است و آیا ناخالصی وجود دارد یا خیر.

با توجه به اندازه نمونه کم که معمولاً برای اسپکتروفتومتری مورد نیاز است، همچنین آن را به روشی بسیار مقرون به صرفه تبدیل می‌کند، جایی که هزینه‌های مواد اولیه بالا است.

تجزیه و تحلیل آب

کیفیت آب برای صنعت، تولید و مصرف بسیار مهم است، با این حال تعیین کیفیت بدون نوعی آزمایش دشوار است. اسپکتروفتومتری روشی غیر مخرب برای تجزیه و تحلیل آب از نظر کیفیت، شفافیت و خلوص ارائه می دهد. به طور معمول، آب در مقیاس APHA یا Hazen اندازه گیری می شود، که در ابتدا برای اندازه گیری فاضلاب معرفی شد، اما می تواند برای نمونه های “خالص” نیز اعمال شود.

اندازه‌گیری کیفیت آب کاربردهای مهمی دارد، مانند تعیین وجود فلزات سنگین در آب آشامیدنی، تعیین غلظت آلاینده‌ها در فاضلاب و اعتبارسنجی خلوص آب برای آزمایش‌های آزمایشگاهی یا فرآیندهای تولید.

 

سوالات متداول

تفاوت بین طیف سنج و اسپکتروفتومتر چیست؟
اگرچه کلمات مشابه هستند، اما هر دو در واقع معانی متفاوتی دارند. یک طیف سنج تنها بخشی از یک اسپکتروفتومتر کامل است و قسمتی است که بیشتر وظیفه اندازه گیری را بر عهده دارد. اسپکتروفتومتر کلمه ای است که برای توصیف کل ابزار استفاده می شود.

تفاوت بین جذب و چگالی نوری چیست؟
جذب و چگالی نوری ممکن است به جای یکدیگر استفاده شوند، اما معنی آنها متفاوت است. جذب میزان نوری را که به آشکارساز برخورد می کند اندازه گیری می کند، در حالی که چگالی نوری میزان تضعیف یا از دست دادن شدت نور را اندازه گیری می کند. بنابراین، هر دو اندازه گیری متفاوت هستند، با این حال، اکثر اسپکتروفتومترها می توانند هر دو نتیجه را ایجاد کنند.

واحدهای جذب کدامند؟
جذب فاقد واحد است و فقط باید به صورت رقم گزارش شود. با این حال، معمولا مشاهده می‌شود که جذب با واحدهای «au» گزارش می‌شود، که معمولاً مخفف «واحدهای دلخواه» هستند، اما گاهی اوقات در مورد جذب، به اشتباه به عنوان «واحدهای جذب» نامیده می‌شوند.

فتوسپکترومتری چیست؟
فتوسپکترومتری به سادگی نام دیگری برای اسپکتروفتومتری است، با این حال، کمتر به آن اشاره می شود. اسپکتروفتومتری اصطلاح صحیحی است که برای توصیف روش اندازه گیری جذب استفاده می شود.