دستگاه اسپكتروفتومتر

اسپکتروفتومتری یا طیف سنجی روشی است که با استفاده از عبور نور از یک آنالیت در یک محلول شیمیایی و تعیین میزان جذب و عبور نور از آن به تعیین خصوصیات آن آنالیت و ماده شیمیایی می پردازد. نور مورد استفاده طیفی از انرژی الکترومغناطیس می­باشد که هر طیف نوری دارای طول موج و فرکانس مشخصی است.

نحوه کار دستگاه طیف سنج نوری :

میزان جذب هر ماده شیمیایی در طول موج های مختلف انرژی الکترومغناطیس متفاوت می باشد. با توجه به این امر، هر ماده شیمیایی در طول موج خاصی از انرژی الکترومغناطیس حداکثر جذب و حداقل عبور را خواهد داشت که این فرآیند در جهت تعیین خاصیت آن ماده شیمیایی استفاده می شود. همچنین غلظت هر ماده شیمیایی نیز در میزان جذب طول موج خاصی از امواج الکترومغناطیس تاثیر دارد. بطوریکه با افزایش غلظت ماده، میزان جذب در طول موج مشخص افزایش و با کاهش غلظت، میزان جذب کاهش و مقدار نور عبوری افزایش می یابد که به نام قانون بیر شناخته می شود. در این روش با استفاده از تاثیر متقابل غلظت ماده و میزان جذب نور عبوری از آن ماده، به تعیین رابطه و معادله غلظت – جذب هر ماده شیمیایی می پردازند که کاربردهای زیادی در شیمی و تجزیه و تحلیل مواد شیمیایی دارد.

طبق قانون بیر، هر گاه یک اشعه نور تک رنگ از درون محلولی با رنگ مکمل عبور کند، مقدار نور جذب شده توسط محلول، با غلظت آن نسبت مستقیم دارد. بر اساس قوانین بیر و المبرت رابطه بین غلظت محلول و نور جذب شده به صورت خطی است و معموال در محدوده ای که جذب با غلظت رابطه خطی دارد، تعیین غلظت مواد انجام می شود. اگر غلظت نمونه و استاندارد به هم نزدیک باشد و غلظتها هم در محدوده خطی باشند، می توان با استفاده از تناسب محاسبات را انجام داد.

اجزاء تشكيل دهنده دستگاه اسپکتروفوتومتر:

1. منبع نور (Source Light)

منبع نور می تواند نور مرئی، مادون قرمز یا ماورا بنفش تولید کند.

UV Spectrophotometer
Hydrogen Gas Lamp
Mercury Lamp
Visible Spectrophotometer
Tungsten Lamp

2. تک رنگ ساز (chromator Mono)

این قسمت دستگاه، نور مخلوط را به پرتوهای تک رنگ تجزیه می کند. این عمل ممکن است توسط منشور یا سیستم گریتینگ انجام شود. فیلترها شیشه های رنگی است که بخش وسیعی از پرتوها را جذب کرده و فقط طول موج های محدودی را عبور می دهد.

3. شکاف عبور یا متمرکز کننده پرتو (Device Focusing)

با ترکیبی از عدسی ها، شکاف بین دو تیغه باریک فلزی و آئینه ها در مسیر پرتو تابش، پرتوها موازی می شود و با تنظیم عرض شکاف می توان عرض پرتو را تنظیم کرد. هر چقدر عرض شکاف نور به کار رفته کمتر باشد، کیفیت پرتوها بهتر خواهد بود .

4. کووت یا محل قرار دادن نمونه (Cuvette)

کووت ها قسمتی از دستگاه است که نمونه مورد نظر یا بالنک در آن قرار می گیرد. این بخش معموال به صورت استوانه یا مستطیل بوده و از شیشه، کوارتز یا پالستیک ساخته می شود. کووت های پالستیکی و شیشه ای برای محدوده مرئی به کار می روند .

5. دتکتور یا آشکار ساز (Detector)

در انتهای مسیر نور، آشکارساز وجود دارد که وظیفه آن اندازه گیری شدت نور تابیده شده و انتقال اطالعات به کنتوری است که آنها را ثبت و مقدار را بر روی LCD به اپراتور نمایش دهد. امروزه دو نوع آشکارساز در اسپکتروفتومتر VIS / UV متداول است :
• فتوتیوب
• فتومالتی پالیر تیوب

6. صفحه نمایشگر (device Display)

اسپکتروفتومتر ها می توانند خروجی خود را به صورت های مختلف نمایش دهند، اما متداول تر است که آن را به کامپیوتر وصل کرده و برای آنالیز داده ها از نرم افزار استفاده کنند و آن را به صورت کاربردی مانند نموداری از مقدار عبور یا مقدار جذب برحسب طول موج نمایش می دهند.

نحوه عملکرد دستگاه اسپکتروفتومتر :

اسپکتروفتومترها دارای دو نوع منبع نور جهت تولید نور می باشند که از لامپ تنگستن یا هالوژن برای تولید نور مرئی Vis و مادون قرمز با طول موج 320 تا 1100 نانومتر و از لامپ دوترییوم برای تولید امواج ماوراء بنفش UV با طول موج 190 تا 320 نانومتر استفاده می کنند. نور تولید شده در ادامه مسیر با استفاده از مونوکروماتور یا تک رنگ ساز فیلتر شده و در طول مسیر با استفاده از چند منشور و توری پراش، طول موج خاصی انتخاب می شود. نور با طول موج خاص انتخاب شده از شکاف عبور یا متمرکز کننده پرتو عبور می کند. سپس نور مذکور در داخل سل هولدر به کووت رسیده و از نمونه عبور می کند. قسمتی از نور مذکور در داخل نمونه جذب و مابقی عبور می کند. نور عبوری به دتکتور یا آشکارساز رسیده و پس از تعیین شدت نور و تبدیل آن به انرژی الکتریکی توسط صفحه نمایشگر نشان داده می شود.

انواع مختلف دستگاه اسپکتروفوتومتر :

1. اسپکتروفوتومتری مرئی و ماوراء بنفش (UV/Vis)

محدوده نور مرئی حدود 700-400 نانومتر است. اسپکتروفتومتر های ناحیه مرئی دقت و صحت متغیری دارند. برخی از آنها آشکارساز CCD با پیکسل های کافی برای قرائت هر nm 10 را دارند، در حالیکه برخی دیگر می توانند در هر نانومتر چندین قرائت انجام دهند. این اسپکتروفتومتر ها می توانند از منابع نور سیمابی، هالوژن، LED یا ترکیبی از این منابع مثل LED تقویت شده با رشته های تنگستن استفاده کنند.

کاوت (Cuvette) می تواند از جنس پالستیک، شیشه یا کوارتز باشد. پالستیک و شیشه، UV را جذب می کنند از اینرو تنها میتوان آنها را برای اسپکتروفتومتر های نور مرئی ستفاده کرد .

قند خون، انواع چربی ها، اسید اوریک، اوره و غیره از جمله موادی هستند که باعث بروز بیماری های مختلف برای افراد می شوند. اندازه گیری غلظت این مواد توسط اسپکتروفوتومتر امکان پذیر است.

2. اسپکتروفوتومتری فرابنفش-مرئی-مادون قرمز نزدیک (NIR/Vis/Uv)

3. اسپکتروفتومتر نشر شعله (Flame)

4. اسپکتروفتومتر جذب اتمی (Absorption Atomic)

در هنگام استفاده از اسپکتروتومتر نکات ذیل را باید رعایت کنیم:

• • دستگاه اسپکتروفتومتر باید روی یک سکو با سطح صاف و بدون شیب و بالاتر از سطح زمین قرار گیرد.

• • دستگاه اسپکتروفتومتر نباید در نزدیکی دستگاه هایی که امواج الکترومغناطیس و امواج الکتریکی شدید تولید می کنند، قرار گیرد.

• • در هنگام راه اندازی دستگاه اسپکتروفتومتر و وصل آن به برق، باید از UPS یا ثابت کننده جریان و محافظ برق استفاده نمود.

• • بعد از روشن شدن دستگاه، حداقل زمان لازم برای پایداری دستگاه 15 دقیقه می باشد. پس از این مدت دستگاه گرم شده و به پایداری حرارتی و الکترونیکی می رسد و برای استفاده آماده می باشد.

• • از ریختن نمونه در داخل سل هولدر و روی دستگاه خودداری نمایید. همچنین پس از استفاده از دستگاه، باید دستگاه و سل های مربوطه را تمیز و روی دستگاه کاور کشید.