اسپکتروفتومتر چیست؟
اسپکتروفتومتری روشی برای اندازه گیری میزان جذب نور توسط یک ماده شیمیایی با اندازه گیری شدت نور هنگام عبور پرتو نور از محلول نمونه است. أساس این روش برمبنای این است که هر ترکیب، نور را در محدوده طول موجی خاصی جذب میکند یا عبور می دهد. این اندازه گیری همچنین می تواند برای اندازه گیری مقدار یک ماده شیمیایی شناخته شده استفاده شود. اسپکتروفتومتری یکی از مفیدترین روش‌های آنالیز کمی در زمینه‌های مختلفی همچون شیمی، فیزیک، بیوشیمی، مهندسی مواد و شیمی و کاربردهای بالینی است.
از آنجا که طیف سنج قادر به تحلیل ماده در کوچکترین مقیاس می باشد در آزمایشگاه های شیمی، پزشکی (بیوشیمی)، فیزیک، اپتیک، مواد، آب و پساب و ... از آن استفاده می شود.
معرفی اسپکتروفتومتر
هر ترکیب شیمیایی، نور (تابش الکترومغناطیسی) را در محدوده خاصی از طول موج جذب، انتقال یا منعکس می کند. اسپکتروفتومتری اندازه گیری میزان جذب یا انتقال یک ماده شیمیایی است. اسپکتروفتومتری به طور گسترده برای تجزیه و تحلیل کمی در زمینه های مختلف (به عنوان مثال، شیمی، فیزیک، زیست شناسی، بیوشیمی، مهندسی مواد و شیمی، کاربردهای بالینی، کاربردهای صنعتی و غیره) استفاده می شود. هر زمینه که با مواد یا مواد شیمیایی سروکار دارد می تواند از این تکنیک استفاده کند به عنوان مثال، در بیوشیمی، برای تعیین واکنش های کاتالیز شده توسط آنزیم ها استفاده می شود. در کاربردهای بالینی، از آن برای بررسی خون یا بافت ها برای تشخیص های بالینی استفاده می شود. همچنین انواع مختلفی از اسپکتروفتومتری مانند اسپکتروفتومتری جذب اتمی و اسپکتروفتومتری گسیل اتمی وجود دارد.
اسپکتروفتومتر ابزاری است که مقدار فوتون (شدت نور) جذب شده را پس از عبور از محلول نمونه اندازه گیری می کند. با اسپکتروفتومتر، مقدار یک ماده شیمیایی شناخته شده (غلظت) را نیز می توان با اندازه گیری شدت نور شناسایی شده تعیین کرد. بسته به محدوده طول موج منبع نور، می توان آن را به دو نوع مختلف طبقه بندی کرد:
- اسپکتروفتومتر مرئی UV: از نور در محدوده فرابنفش (185 - 400 نانومتر) و محدوده مرئی (400 - 700 نانومتر) طیف تابش الکترومغناطیسی استفاده می کند.
- اسپکتروفتومتر IR: از نور در محدوده مادون قرمز (700 تا 15000 نانومتر) طیف تابش الکترومغناطیسی استفاده می کند.
در اسپکتروفتومتری مرئی، جذب یا انتقال یک ماده خاص را می توان با رنگ مشاهده شده تعیین کرد. به عنوان مثال، نمونه محلولی که نور را در تمام محدوده های مرئی جذب می کند (یعنی هیچ یک از طول موج های مرئی را عبور نمی دهد) در تئوری سیاه به نظر می رسد. از طرف دیگر، اگر تمام طول موج های مرئی عبور کند (یعنی چیزی جذب نشود)، نمونه محلول بی رنگ به نظر می رسد. اگر یک نمونه محلول نور قرمز (700 نانومتر) را جذب کند، سبز به نظر می رسد زیرا سبز رنگ مکمل قرمز است. اسپکتروفتومترهای مرئی، در عمل از یک منشور برای محدود کردن محدوده مشخصی از طول موج (برای فیلتر کردن سایر طول موج‌ها) استفاده می‌کنند تا پرتو خاصی از نور از یک نمونه محلول عبور داده شود.
دستگاه و مکانیزم اسپکتروفتومتر
شکل 1 ساختار اصلی اسپکتروفتومترها را نشان می دهد که شامل یک منبع نور، یک عدسی، یک کووت برای محلول نمونه، یک توری پراش، یک آشکارساز فوتوالکتریک است.
شکل 1: ساختار اصلی اسپکتروفتومترها
یک اسپکتروفتومتر به طور کلی، از دو دستگاه تشکیل شده است. یک طیف سنج و یک فتومتر. طیف‌سنج دستگاهی است که نور را تولید، معمولاً پراکنده و اندازه‌گیری میکند. یک فتومتر آشکارساز فوتوالکتریک را نشان می دهد که شدت نور را اندازه گیری می کند.
- طیف سنج: طیف مورد نظر از طول موج نور را تولید می کند. ابتدا یک عدسی یک پرتو مستقیم از نور (فوتون) را ارسال می کند که از یک منشور عبور می کند تا آن را به چندین طول موج تقسیم کند و طیف نور را باز کند. سپس یک انتخابگر طول موج (شکاف) تنها طول موج های مورد نظر را ارسال می کند، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است.
- فتومتر: پس از عبور محدوده طول موج مورد نظر نور از محلول نمونه در کووت، فتومتر مقدار فوتون های جذب شده را تشخیص می دهد و سپس سیگنالی را به یک گالوانومتر یا نمایشگر دیجیتال ارسال می کند، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است.)
مقدار فوتون هایی که از کووت عبور می کنند و وارد آشکارساز می شوند به طول کووت و غلظت نمونه بستگی دارد. هنگامی که شدت نور پس از عبور از کووت را می دانید، می توانید آن را به میزان عبور (T) مرتبط کنید. عبور کسری از نور است که از نمونه عبور می کند. این را می توان با استفاده از معادله محاسبه کرد:
I t شدت نور پس از عبور پرتو نور از کووت و I o شدت نور قبل از عبور پرتو نور از کووت است. عبور با عبارت زیر به جذب مربوط می شود:
جذب مخفف مقدار فوتون های جذب شده است. با مقدار جذب مشخص شده از معادله فوق، می توانید غلظت مجهول نمونه را با استفاده از قانون بیر-لامبرت تعیین کنید. شکل 2 عبور نور از یک نمونه را نشان می دهد. طول برای قانون بیر-لامبرت که در زیر توضیح داده شده است استفاده می شود.
قانون بیر-لامبرت
قانون بیر-لامبرت (همچنین به عنوان قانون بیر شناخته می شود) بیان می کند که یک رابطه خطی بین جذب و غلظت نمونه وجود دارد. به همین دلیل، قانون بیر را تنها زمانی می توان اعمال کرد که یک رابطه خطی وجود داشته باشد. قانون بیر به صورت زیر نوشته شده است:
- A مقدار جذب است (بدون واحد)
- ϵ ضریب جذب مولی (یا ضریب جذب)
- l طول مسیر
- C غلظت
ضریب جذب مولی به صورت ثابت داده می شود و برای هر مولکول متفاوت است. از آنجایی که جذب هیچ واحدی ندارد، واحد ϵ باید واحدهای طول و غلظت را حذف کند. در نتیجه، ϵ دارای واحد:L*mol - 1 *cm - 1 می باشد. طول مسیر بر حسب سانتی متر اندازه گیری می شود. از آنجا که یک طیف سنج استاندارد از یک کووت با عرض 1 سانتی متر استفاده می کند. l همیشه برابر با 1 سانتی متر در نظر گرفته می شود. از آنجایی که جذب، ϵ و طول مسیر مشخص است، می توانیم غلظت را محاسبه کنیم.
دستگاه اسپکتروفتومتر UVISNM98 چه تفاوتی با اسپکتروفتومتر معمولی دارد؟
دستگاه اسپکتروفتومتر UVISNM98 شرکت نانو مبنا ایرانیان یک طیف سنج اندازه گیری بازه کامل UV-Vis در طول موجهای 200-900 نانومتر با کووت استاندارد مبتنی بر فناوری آشکارساز CCD است. این دستگاه غلظت نمونه ها را به طور دقیق مورد بررسی قرار میدهد. در طیف سنج های معمولی امکان اسکن کل طیف وجود ندارد و اندازه گیری ها فقط در تک طول موجهای مشخص انجام میشود. نرم افزار بروز شده تحت یک کامپیوتر شخصی کار می کند و امکان تعریف انواع تست و رسم منحنی استاندارد را بصورت خودکار می دهد.
کاربردها
چندین شاخه از علم و صنعت از کاربردهای آنالیز اسپکتروفتومتری استفاده می کنند که از جمله آنها می توان به موارد قابل توجه زیر اشاره کرد:
- علوم غذایی
- تحقیقات بیوشیمی
- تشخیص پزشکی
- پزشکی قانونی
- تجزیه و تحلیل آب و هوا
- کاربردهای صنعتی
برخی از عملکرد های آنالیز اسپکتروفتومتری:
- کمی سازی غلظت ترکیبات
- تعیین ساختار یک ترکیب
- یافتن گروه های عاملی در مواد شیمیایی
- تعیین وزن مولکولی ترکیبات
- تعیین ترکیب مواد
- تعیین ترکیب مواد به عنوان هر عنصر / ترکیب
- تشخیص ناخالصی های موجود در ترکیبات آلی
- تعیین سرعت واکنش بر اساس تشکیل ترکیبات
- تعیین ترکیبات معدنی با بررسی ترکیب آنها
- تعیین پروتئین ها به عنوان گروه های عاملی
- تعیین رشد میکروارگانیسم ها با کاربردهای زیست شناسی مولکولی