اسپکتروفتومتر مرئی و ماوراء بنفش چیست

اسپکتروفتومتر یا طیف سنج مرئی و ماوراء بنفش و یا دستگاه UV-Vis Spectrometer که گاهی یو وی هم نامیده می شود، دستگاهی برای اندازه گیری مقدار یک ماده بر اساس میزان جذب الکترومغناطیسی آن ماده می باشد. اغلب ماده مورد آنالیز در اسپکت به صورت مایع می باشند. تابش نور در دستگاه اسپکتروفتومتر مرئی با استفاده از لامپ تنگستن و در دستگاه UV با لامپ دوتریم انجام می گیرد. دستگاه اسپکتروفتومتر برای اندازه گیری کیفی و کمی رنج وسیعی از مواد در زمینه های مختلف علمی و تحقیقاتی مانند شیمی، بیوشیمی، داروسازی، مواد و محیط زیست بکار می رود.

اساس کار دستگاه اسپکتروفتومتر

به طور کلی میزان نور جذب شده در یک ماده در حالت مایع بستگی مستقیم با غلظت آن ماده در مایع دارد. در صورتی که نمونه آنالیز جامد باشد ابتدا باید در یک حلال شفاف حل شود تا قابل اندازه گیری باشد. حلال نمونه (معروف به شاهد) معمولاً بدون جذب در نظر گرفته می شود و یا در عمل جذب جزئی آن از جذب کلی (نمونه همراه با حلال) کم می شود. نمونه به همراه حلال معمولاً در یک ظرف شفاف شیشه ای و یا در یک ظرف از جنس کوارتز ریخته شده و در مقابل نور عبوری دستگاه اسپکتروفتومتر قرار می گیرد سپس نور از منبع نور تابیده شده و از مونوکروماتور عبور کرده و به طول موج های جداگانه تقسیم می شود و به سل اسپکتروفتومتر (Cell و یا کوت Quvette) برخورد کرده و نوری که از نمونه عبور کرده وارد دتکتور شده و آنالیز می شود و در انتها نتیجه به صورت قابل فهم برای کاربر نمایش داده می شود. لازم به ذکر است که با استفاده از افزونه هائی بر روی دستگاه طیف سنج UV-VIS می توان نمونه های جامد و یا گاز را هم آنالیز نمود.

طیف سنج UV-VIS و یا اسپکتروفتومتر UV-VIS به دو نوع تک پرتوئی Single beam و دو پرتوئی Double Beam تقسیم می شوند، در اسپکتروفتومتر های تک پرتویی در ابتدا شاهد و سپس نمونه قرار داده می شود و هر کدام جداگانه آنالیز می شوند از محاسن این سیستم می توان به سادگی، کوچکی و ارزانی و از معایب آن خطای جزئی به دلیل عدم ثبات محیط اندازه گیری اشاره کرد. اما در اسپکتروفتومتر های 2 پرتویی شاهد و نمونه به طور هم زمان داخل دستگاه قرار می گیرند و نور به 2 قسمت تقسیم شده و به صورت همزمان به هر 2 تابیده می شود، یکی به سمت آشکار ساز می رود و دیگری از داخل نمونه می گذرد و اختلاف بین این دو محاسبه می گردد. از محاسن این سیستم سرعت و دقت بالاتر در مقایسه با سیستم تک پرتوئی است زیرا شاهد و نمونه در یک شرایط و به صورت همزمان آنالیز می شوند و از معایب آن پیچیده بودن و قیمت گرانتر است. از بهترین اسپکتروفتومتر های 2 پرتویی که دارای تکنولوژی بالایی است می توان به مدل UV-1900i و از مشهور ترین دستگاه های تک پرتویی می توان به UV-1280 از کمپانی شیمادزو ژاپن اشاره کرد.

اجزاء طیف سنج ماورا بنفش و مرئی

اسپکتروفتومتر ها دارای اجزای مختلفی هستند که به کمک یکدیگر آنالیز نمونه را انجام می دهند، در ادامه مطلب به اختصار به بررسی اجزای مهم به کار رفته در اسپکتروفتومتر UV-VIS می پرداریم.

منبع نور اسپکتروفتومتر UV-Vis

منبع نور یا لامپ دستگاه اسپکتروفتومتر UV-VIS؛ نقش مهم و اصلی را در دستگاه ایفا می کند که طول موجی را به صورت گسترده و ممتد از خود ساطع می کند که این طول موج برای اندازه گیری در مناطق مختلف الکترومغناطیس مورد استفاده قرار می گیرد. در دستگاه اسپکتروفتومتر یا طیف سنج از لامپ تنگستن برای تولید نور مرئی و از لامپ دوتریم برای تولید نور ماوراء بنفش یا UV استفاده می شود. بازه طول موجی قابل اندازه گیری بصورت معمول در این دستگاه از 1100 نانومتر تا 190 نانومتر می باشد. برای اندازه گیری نواحی خارج این بازه معمولاً از دستگاه های مجهزتری استفاده می شود. با توجه به این که مولکول خاص ممکن است در ناحیه کاملاً مشخصی از بازه طول موجی، نور را جذب نماید لذا نور تولید شده باید به طول موج های تشکیل دهنده تفکیک شده و قابل تنظیم در ناحیه مشخصی باشد. جهت تکفام نمودن نور در دستگاه اسپکتروفتومتر از منشور یا آینه گریتینگ Grating Mirror استفاده می شود.

همچنین می توانید جهت آگاهی از انواع لامپ اسپکتروفتومتر مقاله راهنمای خرید لامپ اسپکتروفتومتر را مطالعه فرمائید.

مونوکروماتور اسپکتروفتومتر UV-Vis

این بخش از دستگاه به کمک منشور یا سیستم های گریتینگ (Grating) نور ساطع شده از لامپ ها را به پرتو های تک رنگ تبدیل می کند. به عبارتی دیگر در ابتدا فیلتر ها بخش وسیعی از پرتو نور سفید را به خود جذب کرده و سپس موج هایی با طول موج های مختلف از خود عبور می دهد.

سل اسپکتروفتومتر UV-Vis

ظرفی را که حاوی نمونه مورد آنالیز است سل اسپکتروفتومتر می نامند. در تمامی اسپکتروفتومتر ها نور از نمونه ای که داخل کووت یا همان سل اسپکتروفتومتر ریخته شده است عبور می کند و در نهایت ماده را آنالیز میکند و همچنین در برخی موارد نمونه های جامد داخل بافر که نوعی حلال است ریخته می شود و در مقابل نور قرار داده می شود. لازم به ذکر است که آگاهی از شرایط نمونه مورد آنالیز در طیف سنجی UV-VIS بسیار مهم و تاثیرگذار است، به عنوان مثال: اکثر کووت های پلاستیکی برای آنالیز هایی که توسط UV صورت می گیرد نامناسب هستند زیرا پلاستیک ها عموما نور UV را جذب می کنند در صورتی که شیشه شفاف است و  به صورت فیلتر عمل می کند. لازم به ذکر است که جهت آگاهی از انواع سل اسپکتروفتومتر می توانید مقاله راهنمای خرید سل اسپکتروفتومتر را مطالعه فرمائید.

آشکارساز اسپکتروفتومتر UV-Vis

در دستگاه طیف سنج مرئی و ماوراء بنفش، بعد از عبور نور از داخل محلول نمونه نور باقیمانده داخل یک آشکار ساز از نوع Photomultiplier و یا Photodiode شده و پس از پردازش کامپیوتری بصورت یک عدد از صد با عنوان درصد عبور نور و یا لگاریتم آن با عنوان عدد جذب نور در نمایشگر ظاهر می شود. محاسبات جذب یا عبور نور از قانون لامبرت بیر پیروی می کند. از نظر ریاضی مقدار نور I₀ از محیطی با طول X و غلظت C می گذرد، شدت نور باقیمانده I پس از گذشت از محیط عبارتست از :
I=I₀e-KCX
در این رابطه K ثابت نسبی (ضریب جذب) خواهد بود. لذا جذب محیط یا همان A اینگونه حاصل می شود:
A=log (I₀/I) =KCX

پردازشگر اسپکتروفتومتر UV-Vis

پس از تولید جریان الکترونیکی از آشکارساز ها سیگنال شناسایی شده به کامپبوتر ارسال شده و در صفحه نمایش نمایان می شود. اطلاعات طیف سنجی UV-VIS که در نمودار های طیف جذبی نمایان می شوند اغلب به صورت نمودار جذب در محور عمودی Y، طول موج در محور افقی X و چگالی نور ارائه می شود.

آنالیز های رایج توسط طیف سنجی UV-VIS

از متداول ترین کاربرد های تکنیک طیف سنجی UV-VIS بررسی خلوص و غلظت DNA و RNA می باشد که خلاصه ای از طول موج را در تجزیه و تحلیل ها نشان می دهد. لازم به ذکر است که در هنگام آماده سازی این نمونه ها باید دقت کافی به عمل آید تا فرآیند جداسازی پروتئین و مواد شیمیایی به طور کامل انجام شود. همچنین از دیگر کاربردهای رایج طیف سنجی UV-VIS در صنعت داروسازی است و کشت باکتری از دیگر موارد پرکاربرد است زیرا این روش به سلول ها آسیب نمی زند. شناسایی برخی از ترکیبات در نوشیدنی ها توسط این روش انجام می شود، به عنوان مثال: کافئین موجود در نوشیدنی ها باید میزان مشخصی باشد که نور UV این مقدار را مشخص می کند و یا آنتوسیانین موجود در زغال اخته، تمشک، شاه توت، گیلاس توسط طول موج آنالیز و در صنایع دیگر استفاده می شود. این تکنیک ممکن است در بسیاری از صنایع دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرد به عنوان مثال: آنالیز جذب هموگلوبین برای تعیین غلظت هموگلوبین، تصفیه‌های فاضلاب، مطالعات سینتیکی، تجزیه و تحلیل اصالت مواد غذایی و نظارت بر کیفیت هوا و غیره.

سوالات متداول دستگاه اسپکتروفتومتر

1. کاربرد دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis چیست؟ دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis دستگاه برای اندازه گیری مقدار یک ماده براساس میزان جذب الکترومغناطیسی آن ماده می باشد.
2. در دستگاه UV-Vis از چه لامپ هایی برای تولید نور مرئی و ماورابنفش استفاده می شود؟ در دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis از لامپ تنگستن برای تولید نور مرئی و از لامپ دوتریم برای تولید نور ماورابنفش یا UV استفاده می شود.
3. دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis در چه زمینه هایی مورد استفاده قرار می گیرد؟ از دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis جهت اندازه گیری های کمی و کیفی رنج وسیعی از مواد در زمینه های مختلف علمی و تحقیقاتی مانند شیمی، بیوشیمی، داروسازی، مواد و محیط زیست استفاده می شود.
4. چه طول موجی در دستگاه اسپکتروفتومتر مرئی و فرابنفش قابل اندازه گیری است؟ بازه طول موجی که در دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis قابل اندازه گیری است از 1100 نانومتر تا 190 نانومتر می باشد.
5. دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis از چه بخش هایی تشکیل شده است؟ دستگاه اسپکتروفتومتر مرئی و ماورابنفش از منبع نور، منشور یا آینه گریتینگ، منوکروماتور، آشکارساز (دتکتور، فتودیود) و پردازشگر تشکیل شده است.
6. جهت تکفام کردن نور در دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis از چه وسیله ای استفاده می شود؟ در اسپکتروفتومتر UV-Vis جهت تکفام کردن نور از منشور یا آینه گریتینگ استفاده می شود.
7. چند نوع دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis وجود دارد؟ دو نوع دستگاه اسپکتروفتومتر مرئی و فرابنفش وجود دارد که عبارتند از، اسپکتروفتومتر تک پرتوی single beam، دو پرتوی double beam.
8. سیستم single beam دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis چه محاسن و معایبی دارد؟ از محاسن سیستم single beam در دستگاه اسپکتروفتومتر مرئی و ماورابنفش سادگی، کوچکی و ارزانی آن است و از معایب سیستم single beam می توان به خطای جزئی به دلیل عدم ثبات محیط اندازه گیری اشاره کرد.
9. نمونه در دستگاه اسپتروفتومتر مرئی و ماورابنفش در چگونه طرفی قرار می گیرد؟ در دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis نمونه به همراه حلال معمولا در یک ظرف شفاف شیشه ای و یا در یک ظرف از جنس کوارتز ریخته شده و در مقابل نور عبوری دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis قرار می گیرد. این ظرف سل یا کووت Quevette نام دارد.
10. عدد جذب نور در دستگاه اسپکتروفتومتر مرئی و ماورابنفش چگونه بدست می آید؟ در دستگاه طیف سنج مرئی و ماوراء بنفش، بعد از عبور نور از داخل محلول نمونه نور باقیمانده داخل یک آشکار ساز از نوع Photomultiplier و یا Photodiode شده و پس از پردازش کامپیوتری بصورت یک عدد از صد با عنوان درصد عبور نور و یا لگاریتم آن با عنوان عدد جذب نور در نمایشگر ظاهر می شود.