اسپکتروفتومتر – اصل، انواع،و کاربردها

اندازه گیری نحوه تعامل نور با مواد از طریق اسپکتروفتومتری مطالعه می شود.

فهرست مطالب

• کاربردهای اسپکتروفتومتر
• اسپکتروفتومتر چگونه کار می کند؟
• انواع مختلف اسپکتروفتومتر چیست؟
• دسته های مختلف اسپکتروفتومتر کدامند؟
• تفاوت بین اسپکترومتر و اسپکتروفتومتر
• تفاوت بین طیف سنج و اسپکتروفتومتر
• تفاوت بین UV (طیف‌سنجی فرابنفش) و اسپکتروفتومتری مرئی
• تفاوت بین اسپکتروفتومتر دو پرتو و اسپکتروفتومتر پرتو تقسیم شده؟
• تفاوت بین رنگ سنج و اسپکتروفتومتر
• تفاوت بین رنگ سنج و اسپکتروفتومتر

این کار با استفاده از یک اسپکتروفتومتر انجام می شود، دستگاهی که شدت نور را هنگام عبور پرتوی نور از محلول نمونه اندازه گیری می کند. نور یک عنصر همه کاره است. می تواند منعکس شود، پراکنده شود، منتقل شود و جذب شود.

مواد مختلف این توانایی را دارند که نور را به روش های مختلف مانند جذب، انتشار مجدد یا از طریق دما/تابش ساطع کنند. اندازه گیری خواص اسپکتروفتومتری در زیر مورد بحث قرار گرفته است.

ابزارهای مختلفی برای اندازه گیری موارد مختلف استفاده می شود که یکی از آنها اسپکتروفتومتر است.

اسپکتروفتومتر چیست؟این یک ابزار نوری است که شدت نور را نسبت به طول موج اندازه گیری می کند. می تواند تقریباً هر چیزی را اندازه گیری کند مانند:

• پلاستیک ها
• کاغذ
• مایع
• فلز
• پارچه

به عنوان یک دستگاه اندازه گیری رنگ، اطمینان حاصل می کند که رنگ از زمان لقاح تا زایمان سازگار است. به عنوان بخشی از برنامه کنترل رنگ، طراحان و صاحبان برندها از اسپکتروفتومتر برای ثبت و ارزیابی رنگ و نظارت بر دقت رنگ در طول تولید استفاده می کنند.

تصویر 1:تصویر بالا ساختار معمولی/پایه یک اسپکتروفتومتر را نشان می دهد.

 

چرا اسپکتروفتومتر مهم است؟

با استفاده از چنین دستگاهی، شخصی که از یک اسپکتروفتومتر استفاده می کند می تواند به راحتی طیف نور سفید درخشان را بر روی یک نمونه مشخص به دست آورد و از این طریق نوری را که از نمونه برمی گردد اندازه گیری می کند.

این دستگاه در زمینه های مختلف به ویژه در تاسیسات تولید و آزمایشگاه های علمی مورد استفاده قرار می گیرد. در یک مرکز تولید، از اسپکتروفتومتر برای بررسی کیفیت محصول مانند لباس و تابش نور در طول تولید نور LED استفاده می شود.

در آزمایشگاه‌های تحلیلی، از اسپکتروفتومتر برای شناسایی و کمی‌سازی نمونه‌های میکروسکوپی مانند رنگ‌ها، سینتیک، جواهرات و کانی‌های واجد شرایط، تعیین رنگ رنگ یا جوهر و غیره استفاده می‌شود.

تصویر 2:اصل یک اسپکتروفتومتر همانطور که در نمودار بالا نشان داده شده است.

 

اصل اسپکتروفتومتر

اسپکتروفتومتر یک نسخه تصفیه شده از رنگ سنج است. به عبارت دیگر، عملکرد آن مانند رنگ سنج اما با ویژگی های اضافه شده است. رنگ سنج از فیلتری استفاده می کند که طیف وسیعی از طول موج را قادر می سازد از آن عبور کند.

یک اسپکتروفتومتر یک منشور یا گریتینگ برای تقسیم پرتو فرودی به طول موج های مختلف استفاده می شود. امواج طول موج های خاص را می توان تنظیم کرد تا روی محلول آزمایشی بیفتند.

تصویر 3:اسپکتروفتومتر با استفاده از دی کرومات پتاسیم کالیبره می شود.

 

کالیبراسیون اسپکتروفتومتر

این فرآیندی است که طی آن دانشمند یا محقق از یک استاندارد کالیبراسیون برای پی بردن به دقت منبع نور استفاده می کند. اطمینان از عملکرد صحیح دستگاه و اندازه گیری صحیح بسیار مهم است. تکنیک کالیبراسیون بسته به برند و برند متفاوت است.⁽³⁾

تصویر 4:کاربردهای اسپکتروفتومتر همانطور که در تصویر نشان داده شده است.

 

کاربردهای اسپکتروفتومتر

1. این در تجزیه و تحلیل کیفی مفید است، به ویژه در هنگام شناسایی کلاس هایی از ترکیبات در هر دو حالت بیولوژیکی و خالص.
2. اسپکتروفتومتر در تجزیه و تحلیل کمی بیوشیمی عملی مانند تعیین غلظت ناشناخته یک گونه معین از طریق طیف سنجی جذب ضروری است. یک مثال کامل، اسید نوکلئیک موجود در یک پروتئین است.
3. سنجش آنزیمی استفاده اولیه از اسپکتروفتومتری است.
4. شناسایی وزن مولکولی یک نمونه خاص مانند آمین پیکرات، ترکیبات کتون، آلدئید و شکر، به نام چند.

سایر کاربردهای اولیه اسپکتروفتومتر شامل موارد زیر است:

1. شناسایی ناخالصی ها
2. تشخیص غلظت مواد
3. توضیح ساختار ترکیبات آلی
4. شناسایی خصوصیات یک پروتئین
5. شناسایی محتوای اکسیژن محلول در بدن آب
6. تجزیه و تحلیل گازهای تنفسی در بیمارستان ها.
7. تشخیص گروه عملکردی
8. تعیین وزن مولکولی در یک ترکیب خاص.
9. شناسایی کلاس های ترکیبات

اسپکتروفتومتر چگونه کار می کند؟

• نمونه ای از موضوع مورد مطالعه در دستگاه اسپکتروفتومتر قرار می گیرد.
• منبع نور به نمونه می تابد و تک رنگ نور را به هر رنگ/طول موج جداگانه تقسیم می کند.
• طول موج نور به سوژه ای که در کووت نگه داشته شده است – یک ظرف کوچک برخورد می کند. باید مراقب باشید زیرا حتی کوچکترین اثر انگشت می تواند نتیجه را تغییر دهد
• نوری که از نمونه عبور می کند همانطور که در صفحه خروجی دیده می شود خوانده و تفسیر می شود.^{(5، 6)}

تصویر 5:اینها اجزای اساسی یک اسپکتروفتومتر هستند.

 

سه جزء اصلی اسپکتروفتومتر کدامند؟

اجزای اصلی اسپکتروفتومتر عبارتند از منبع نور، وسیله ای که نور را به طول موج های جزء جدا می کند، نگهدارنده نمونه و آشکارساز.

تصویر 6:این نمونه ای از طیف سنج نور مرئی است.

 

تصویر 7:تصویر بالا نمونه ای از اسپکتروفتومتر UV/مرئی است.

 

تصویر 8:نمونه ای از اسپکتروفتومتر مادون قرمز نزدیک.

 

تصویر 9:طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای

تصویر 10:اسپکتروفتومتر جذب اتمی

 

 

تصویر 11:یک آنالایزر جیوه در محیط آزمایشگاهی اینگونه به نظر می رسد.

 

انواع مختلف اسپکتروفتومتر چیست؟

1. اسپکتروفتومتر نور مرئی– این نوع اسپکتروفتومتر از نور مرئی لامپ تنگستن استفاده می کند. معمولاً برای کارهای معمول آزمایشگاهی، به ویژه مدل های اسپکتروفتومتر قابل حمل و رومیزی استفاده می شود.
2. اسپکتروفتومتر UV/Visible– یک اسپکتروفتومتر نور مرئی با کمک لامپ دوم به یک واحد مرئی UV تبدیل می شود. می تواند تا 1100 نانومتر اندازه گیری کند. دارای طیف گسترده ای از ویژگی ها مانند عملکرد اسکن، رابط کاربری، چاپگر یکپارچه، و تنظیمات چند سلولی است.
3. اسپکتروفتومتر مادون قرمز نزدیک– عملکرد آن مانند اسپکتروفتومتر UV است، اما تفاوت آن در اندازه گیری پاسخ نمونه در مواجهه با نور مادون قرمز است. این یک تجزیه و تحلیل غیر تهاجمی و یک یافته کمی تنها با حداقل آماده سازی نمونه ارائه می دهد. اسپکتروفتومتر مادون قرمز نزدیک برای نظارت بر مواد جامد با جذب بالا مفید است. همچنین اطلاعات ضروری مانند چربی، پروتئین، فیبر و محتوای نشاسته را ارائه می دهد.
4. طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای– ابزار قدرتمندی است که برای تعیین ساختار ترکیبات آلی استفاده می شود. جزئیات ساختاری کل مولکول و همچنین اطلاعات دینامیکی واکنش های آلی را ارائه می دهد.
5. اسپکتروفتومتر جذب اتمی– شعله آب را از نمونه تبخیر می کند و باعث تجزیه آن به یون می شود. تفکیک منجر به تغییراتی در شدت نور می شود که توسط آشکارساز مشاهده می شود. از این رو، در یافتن غلظت نمونه کمک کنید. تجزیه و تحلیل دقیق اسپکتروفتومتر جذب اتمی در سم شناسی، آزمایش های محیطی و آزمایشگاه های کنترل کیفیت مفید است.
6. اسپکتروفتومتر/آنالایزر جیوه– فورا مقدار کمی جیوه در آب را اندازه گیری می کند.
7. فلورومتر– هنگامی که جسم مورد مطالعه در معرض یک طول موج نور قرار می گیرد، انتشار فلورسانس را اندازه گیری می کند.

تصویر 12:یک اسپکتروفتومتر قابل حمل و رومیزی.

دسته های مختلف اسپکتروفتومتر کدامند؟

• اسپکتروفتومترهای قابل حمل– همانطور که از نام آن پیداست، این نوع اسپکتروفتومتر چیزی است که می توانید در هر زمان و هر مکان با خود حمل کنید. به راحتی می توانید آن را در جیب خود قرار دهید و هر زمان که نیاز داشتید بیرون بیاورید.
• اسپکتروفتومتر رومیزی– این انتخاب ایده آل برای روش های آزمایشگاهی است، به ویژه در موضوعاتی که به بالاترین سطح کنترل و دقت نیاز دارند.

 

جهت مشاهده فروشگاه دستگاه اسپکتروفتومتر لطفا کلیک فرمایید.

 

تفاوت بین طیف سنج (اسپکترومتر) و اسپکتروفتومتر

دانشمندان از طیف‌سنج برای جمع‌آوری جزئیات یک ماده بر اساس نوری که می‌تابد، اعم از مرئی، فرابنفش یا فروسرخ استفاده می‌کنند. در زمینه های مختلف علمی کاربرد دارد. در نجوم، ستاره شناسان از طیف سنج ها برای بررسی دمای جسم در فضا استفاده می کردند.

آنها همچنین از طیف سنج برای اندازه گیری سرعت حرکت و تخمین وزن جسم استفاده می کنند. در یک مطالعه علمی، دانشمندان از طیف‌سنج برای یافتن ترکیب اشیاء روی زمین و/یا در فضا از جمله اجزای عنصری استفاده می‌کنند. در یک محیط آزمایشگاهی، طیف سنج ها می توانند سموم موجود در جریان خون، آلاینده ها و بیماری ها را شناسایی کنند.

از سوی دیگر، اسپکتروفتومتر ابزاری است که برای اندازه گیری شدت تابش الکترومغناطیسی در طول موج های مختلف طراحی شده است. میزان جذب طول موج در محلول معین، شفافیت یا گذرگاه جامدات و بازتاب محلول ها را اندازه گیری می کند.

در یک طیف تابش الکترومغناطیسی، اسپکتروفتومتر می‌تواند میزان انتشار محدوده نور را ارزیابی کند، به‌ویژه آنهایی که دارای کالیبراسیون‌ها و کنترل‌های مختلف هستند. اسپکتروفتومترها نیز دو طبقه بندی اساسی دارند – پرتو دوتایی و پایه.

پرتو دوتایی شدت نور را بین مسیر نور مرجع و ماده مورد اندازه گیری مقایسه می کند. پایه شدت نور نسبی پرتو را قبل و بعد از معرفی نمونه اندازه گیری می کند.

تفاوت بین اسپکترومتر و اسپکتروفتومتر

• اسپکترومتر جزئی از اسپکتروفتومتر است که برای اندازه گیری انواع مختلف موارد استفاده می شود.
• اسپکتروفتومتر یک سیستم کامل است که از منبع نوری تشکیل شده است که نوری را که با سوژه در تعامل است و طیف‌سنج برای اندازه‌گیری جمع‌آوری می‌کند.
• از نظر کاربرد متفاوت هستند. هنگام استفاده از طیف سنج، باید منتظر بمانید تا پس از روشن شدن آن گرم شود. موضوع مورد مطالعه برای تعیین طیف بارگذاری و کالیبره می شود. تنها در این صورت است که طول موج ها اندازه گیری و تجزیه و تحلیل خواهند شد. موضوع مورد مطالعه بارگذاری می شود و نور از دستگاه عبور می کند. قرائت ها با توجه به رنگ ها و اطلاعات منعکس شده انجام می شود.
• وقتی صحبت از استفاده از اسپکتروفتومتر به میان می آید، باید بسیار مراقب باشید که هیچ کثیفی یا اثر انگشت در دستگاه نباشد. یک املاح اضافه می شود و اسپکتروفتومتر روی طول موج مورد نظر تنظیم می شود. کووت خالی با اطمینان از تراز بودن فلش وارد می شود. اسپکتروفتومتر با فشار دادن دکمه “set zero” کالیبره می شود. محلول را قرار دهید تا میزان جذب آن را بدانید.

تفاوت بین UV (طیف‌سنجی فرابنفش) و اسپکتروفتومتری مرئی

طیف سنجی فرابنفش یک طیف سنجی UV از نوع جذبی است که قسمت قابل مشاهده طیف الکترومغناطیسی است. میکروسکوپ الکترونی غیر اتصال دهنده می تواند انرژی را در نور مرئی یا اشعه ماوراء بنفش جذب کند تا الکترون ها را برای رسیدن به اوربیتال مولکولی بالا تحریک کند.

این چیزی به توانایی جذب مربوط می شود زیرا الکترون هایی که به راحتی برانگیخته می شوند دارای طول موج بیشتری از نور برای جذب هستند. با توجه به قانون انتخاب مکانیک کوانتومی، مولکول در حالت برانگیخته تک تک قرار دارد.

از همین روش در طیف سنجی فلورسانس استفاده می شود. فلورسانس مرحله آرامش است که در آن یک مولکول در فاز برانگیخته می تواند به حالت پایه بازگردد.

تصویر 13:اسپکتروفتومتر دو پرتو.

تصویر 14:اسپکتروفتومتر پرتو تقسیم شده

تفاوت بین اسپکتروفتومتر دو پرتو و اسپکتروفتومتر پرتو تقسیم شده

همانطور که در بالا ذکر شد، یک اسپکتروفتومتر توزیع طول موج نور را اندازه گیری می کند. در یک اسپکتروفتومتر دو پرتویی، یک مرجع بلادرنگ با استفاده از موقعیت مرجع جداگانه در اسپکتروفتومتر مجاز است.

در اسپکتروفتومتر پرتوی تقسیم‌شده، دستگاه به جای مس، از یک تقسیم‌کننده پرتو برای ارسال نور در طول نمونه و مسیرهای خالی به دو آشکارساز جداگانه استفاده می‌کند. هر دو اندازه گیری در قسمت خالی و نمونه قابل انجام است.

هر دو نوع در زمینه های مختلف، به ویژه در برنامه هایی که نیاز به ثبات، سرعت بالا و انعطاف پذیری دارند، مفید هستند. اندازه‌گیری‌های به‌دست‌آمده تکرارپذیرتر هستند و آنها را به ابزاری ضروری در هر دو محیط صنعتی و آزمایشگاهی تبدیل می‌کند. اگر قصد خرید اسپکتروفتومتر را دارید، خواه اسپلیت یا دو پرتو باشد، باید موارد زیر را در نظر بگیرید:

• عمر طولانی لامپ
• روش ذخیره سازی
• نرم افزار روی برد
• تعویض کننده های نمونه
• تشخیص خودآزمایی برای اعتبارسنجی عملکرد ابزار LP
• قراردادهای خدماتی
• گارانتی های تمدید شده
• لوازم جانبی برای کاربردهای خاص مانند آداپتورهای لوله، کنترل دما و سیپر خودکار.

تفاوت بین رنگ سنج (کالریمتر) و اسپکتروفتومتر

هر دو برای اندازه گیری خواص جذب رنگ یک ماده خاص استفاده می شوند. در شیمی، از هر دو برای اندازه گیری جذب رنگ محلول استفاده می شود. در رنگ سنج، جذب رنگ خاص اندازه گیری می شود.

در یک اسپکتروفتومتر، بازتاب گذردهی تابعی از طول موج اندازه گیری می شود. رنگ سنج ها مجموعه ای از فیلترهای رنگی یا لامپ LED دارند که می توانند رنگ خاصی از نور را ساطع کنند. هنگام استفاده از رنگ سنج باید رنگ مناسب را انتخاب کنید و یک کووت با محلول داخل رنگ سنج قرار می گیرد.

جذب برای رنگ انتخاب شده آشکار می شود. نکته ای که باید در نظر داشت این است که محلول یک رنگ خاص کمترین رنگ خود را جذب می کند.

تفاوت بین رنگ سنج و اسپکتروفتومتر

1. آنها در عملکرد بسیار متفاوت هستند. رنگ سنج برای اندازه گیری توانایی جذب یک رنگ خاص در یک نمونه مشخص طراحی شده است. از سوی دیگر، اسپکتروفتومتر میزان عبور نمونه یا بازتاب رنگ را به عنوان تابعی از طول موج اندازه گیری می کند.
2. آنها در محدوده متفاوت هستند. رنگ سنج فقط با نور در قسمت مرئی طیف الکترومغناطیسی کار می کند. از طرفی اسپکتروفتومتر هم توانایی کار با نور مادون قرمز و فرابنفش و هم با نور مرئی را دارد.
3. آنها در هزینه متفاوت هستند. به دلیل پیچیدگی عملکردها، اسپکتروفتومتر گرانتر از رنگ سنج است.