اسپکتروفتومتر چیست و اجزای آن کدامند؟

دستگاه اسپکتروفتومتر چیست؟

دستگاه اسپکتروفتومتر از تجهیزات ازمایشگاهی رشنولب است که برای تحلیل امواج elecromagnetic استفاده می‌شود. این دستگاه قادر است تا طیفی از نور را که توسط یک نمونه از ماده از طریق یک منبع نوری منتشر شده است، مورد تجزیه و تحلیل قرار دهد. با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر، می‌توان به راحتی طیف جذبیتی یک ماده را تعیین کرد و اطلاعاتی در مورد خواص فیزیکی و شیمیایی آن به دست آورد. از کاربردهای اسپکتروفتومتر در شیمی، فیزیک، بیوشیمی و دوایر مختلف دیگر استفاده می‌شود.

این دستگاه امکان این را نیز دارد که غلظت ای فوق العاده کوچک را نیز اندازه گیری نماید. بنابراین در تجزیه و تحلیل عنصرهای مولکولی همانند DNA و RNA نیز کاربرد دارد. بنابراین کاربرد اصلی آن در آزمایشگاه بیوشیمی می باشد.

اساس کار دستگاه اسپکتروفتومتر

اساس کار دستگاه اسپکتوفتومتری بر اساس اصل جذب و انتشار نور در ماده است. وقتی یک نمونه از ماده با یک منبع نوری تابش می‌شود، برخی از امواج نوری توسط مولکول‌ها و اتم‌های ماده جذب می‌شوند و انرژی این امواج به حالت‌های الکترونی این مولکول‌ها منتقل می‌شود. انرژی این امواج جذب شده به میزان ویژه‌ای با خصوصیات شیمیایی و فیزیکی ماده مرتبط است.

در دستگاه اسپکتروفتومتر نمونه مورد نظر با یک منبع نوری مانند لامپ دیده‌بانی تابش می‌شود و پس از آن، نور تابیده شده از طریق یک سری شیشه‌های خاصی که جهت طیف رنگی را تنظیم می‌کنند، به یک دتکتور می‌رسد. دتکتور سعی در ثبت نوری که به دستگاه می‌رسد و از نمونه جذب شده است دارد و این اطلاعات به صورت یک طیف جذبی ثبت می‌شود. با تحلیل طیف جذبی، می‌توان به خواص فیزیکی و شیمیایی ماده مورد نظر پی برد.

به صورت کلی میزان نور جذب شده در یک ماده در حالت مایع بستگی به این دارد که غلظت آن در مایع چقدر می باشد.  در صورتیکه ماده جامد باشد ابتدا باید در یک حلال شفاف حل شود تا به راحتی بتوانیم اندازه گیری نماییم. نمونه به همراه حلال در یک ظرف شفاف شیشه ای و یا ظرفی از جنس کوارتز ریخته می شود و در مقابل نور عبوری دستگاه اسپکتروفتومتر گذاشته می شود. در نظر داشته باشید که با استفاده از افزونه هایی بر روی دستگاه طیف سنج می توانیم نمونه های جامد و یا حتی گاز را هم آنالیز نماییم که در مقالات بعدی از رشنولب به آن خواهیم پرداخت.

مطلب پیشنهادی :اسپکتروملت A1

آموزش کار با دستگاه اسپکتروفتومتر

چنانچه قصد کار با دستگاه اسپکتوفتومتر را دارید حتما تا انتها همراه ما باشید

• روشن کردن دستگاه: ابتدا دستگاه را با فشار دادن دکمه پاور روشن کنید و صبر کنید تا دستگاه به طور کامل روشن شود و آماده به کار باشد.
• تعیین طول موج: در بیشتر دستگاه‌های اسپکتروفتومتر، باید ابتدا طول موج مورد نظر را تعیین کنید. برای این کار، معمولاً با استفاده از دکمه های مناسب یا دستگیره‌های موجود روی دستگاه، طول موج مورد نظر را انتخاب کنید.
• تعیین شدت نور: برای اندازه‌گیری شدت نور، نمونه مورد نظر را در جای مناسب اسپکتروفتومتر قرار دهید و برای تنظیم شدت نور، از دکمه های مناسب استفاده کنید.
• ثبت طیف: پس از تنظیم شدت نور، با فشار دادن دکمه “اسکن” یا “شروع”، طیف نور از طول موج مورد نظر ثبت خواهد شد. پس از ثبت طیف، از دکمه “توقف” برای متوقف کردن فرآیند استفاده کنید.
• ذخیره داده‌ها: برخی دستگاه‌های اسپکتروفتومتر، قابلیت ذخیره داده‌ها در حافظه داخلی دارند. برای ذخیره داده‌ها، باید از دکمه های مناسب استفاده کنید.
• تحلیل داده‌ها: پس از ثبت طیف نور، می‌توانید با استفاده از نرم‌افزار مربوطه، طیف را تحلیل کنید و از آن برای شناسایی و اندازه‌گیری مواد مختلف استفاده کنید.

این دستگاه دارای دو نوع منبع برای تولید نمودن نور می باشد و همچنین برای تولید نور مرئی و مادون قرمز نیز که دارای طول موج 320 تا 1100 نانومتر باشند از لامپ های تنگستن یا هالوژن استفاده می شود. همچنین برای تولید امواج فرابنفش از لامپ دوتریوم با طول موج 190 تا 320 نانومتر استفاده می شود.

نوری که توسط این لامپ ها تولید می شود با استفاده از مونوکروماتور ها فیلتر می شود و سپس در طول مسیر با استفاده از چند منشوری و توری پراش، طول موج خاصی انتخاب و از شکاف عبور و یا حتی از متمرکز کننده پرتو عبور می نماید.

اجزای دستگاه اسپکتروفتومتر

• منبع نور یا لامپ اسپکتروفتومتر : نقش منبع نور در دستگاه اسپکتروفتومتر تولید انرژی تشعشعی می باشد. لامپ های تنگستنی محدوده طول موج گسترده ای را به صورت ممتد از خود منتشر می نمایند که این طول موج ها برای اندازه گیری در مناطق مختلف الکترمغناطیس و بخصوص در منطقه مرئی و فرابنفش استفاده می شود.

• سیستم کنترل ولتاژ : در این زوش طیف سنجی، باید شدت نور خروجی از لامپ ثابت باشد. چنانچه ولتاژ برق ورودی به دستگاه تغییر نماید، شدت نور لامپ نوشان پیدا میکند و باید تنظیم کننده ولتاژ در دستگاه نصب شود.

• مونوکروماتور: این بخش دستگاه طیف سنج، نور تولیدی توسط لامپ را به پرتوهای تک رنگ تبدیل می نماید. این عمل معمولا توسط  منشور یا سیستم گریتینگ اجرا خواهد شد. این فیلترهای مونوکروماتورشیشه های رنگی هستند که بخش وسیعی از پرتوها را جذب کرده و فقط طول موج های محدودی را از خود عبور خواهد داد.

• سیستم گریتینگ : این سیستم در مونوکروماتور، طیفی موازی یا خطی تولید می نماید. این سیستم از صفحه ای صیقل داده شده با شکاف هایی موازی در فاصله های نزدیک به یکدیگر ساخته شده است. با فرود نور به سیستم grating، طیف های بسیار ظریفی به ازاء هر یک از خطوط سیستم grating تشکیل می شود.

• سیستم منشوری : منشور هایی که در روش های اسپکتروفتومتری به کار رفته اند، شیشه هایی با لبه‌ های تیز و به شکل هرمی هستند که به علت تفاوت در ضریب شکست، باعث تجزیه نور خواهند شد.
• آشکار ساز : وظیفه آشکارساز دستگاه اسپکتروفتومتر، تبدیل انرژی نورانی به الکتریکی می باشد. این تبدیل متناسب با شدت نور فرودی به سطح حساس آن ها صورت می گیرد. فوتوسل های آشکارساز، ترکیبی از مواد حساس به نور هستند که به صورت لایه ای سطح خارجی آن ها پوشش داده شده اند.
• مفسر دستگاه اسپکتروفتومتر : این دستگاه کار تفسیر انرژی الکتریکی خروجی از آشکارساز و نمایش داده ها به شکل قابل تفسیر برای کاربر می باشد. به طور معمول داده ها به شکل نموداری که شدت نور را برحسب میزان جذب نور نمایش می دهند، ارائه می شوند.چگونه دستگاه اسپکتروفتومتر طیف جذبی نمونه را تجزیه و تحلیل می‌کند؟

برای تحلیل طیف جذبی نمونه با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر، نمونه ابتدا با یک منبع نوری تابش داده می‌شود. سپس نوری که از نمونه عبور کرده و نوری که توسط نمونه جذب شده به یک دتکتور می‌رسد. دتکتور سعی در ثبت نوری که به دستگاه می‌رسد و از نمونه جذب شده است دارد و این اطلاعات به صورت یک طیف جذبی ثبت می‌شود.

طیف جذبی شامل مجموعه‌ای از امواج الکترومغناطیسی است که توسط نمونه جذب شده‌اند. این امواج با طیف رنگی خاصی همراه هستند که به خصوصیات شیمیایی و فیزیکی ماده مرتبط هستند. برای تحلیل طیف جذبی، طیف رنگی نمونه با استفاده از یک سری شیشه‌های خاصی که جهت طیف رنگی را تنظیم می‌کنند، به دتکتور هدایت می‌شود.

در نهایت، داده‌های جمع‌آوری شده توسط دتکتور به کامپیوتر منتقل می‌شوند و با استفاده از نرم‌افزار کنترل، طیف جذبی تحلیل می‌شود. نرم‌افزار کنترل قادر است به صورت خودکار طیف جذبی را با استفاده از مدل‌های ریاضی تحلیل کند و اطلاعاتی در مورد خواص فیزیکی و شیمیایی نمونه را ارائه دهد.

تحلیل طیف جذبی نمونه با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر، بر اساس اصل جذب و انتشار نور در ماده صورت می‌گیرد و این روش یکی از مهم‌ترین روش‌های تحلیل شیمیایی و فیزیکی است