طیف‌نورسنجی

اسپکتروفتومتری

دستگاه طیف‌نورسنج

طیف‌ سنجی جذبی-عبوری یا اسپکتروفتومتری (به انگلیسی: Spectrophotometry) اندازه‌گیری کمی خواص بازتاب یا انتقال یک ماده به عنوان تابعی از طول موج می‌باشد. در این روش با استفاده از میزان اندازه جذب نور نمونه‌ها، غلظت آن‌ها را تعیین می‌کنند. همچنین از آن می‌توان برای تجزیه و تحلیل نمونه‌های دی‌ان‌ای و آران‌ای استفاده نمود. طیف‌نورسنجی با الکترومغناطیسی نور مرئی، نزدیک-اشعه ماوراء بنفش و نزدیک-مادون قرمز سروکار دارد اما شامل تکنیک‌های اسپکتروسکوپی حل شده زمانی نمی‌باشد.

این شیوه در دستگاه طیف‌نورسنج یا در طیف‌نورسنجی مرئی، جذب یا انتقال ماده می‌تواند به وسیله رنگ مشاهده شده تعیین شود. برای نمونه محلولی که نور را در بالاتر از طیف مرئی است و هیچ طول موج مرئی را عبور نمی‌دهد به‌طور تئوری به رنگ سیاه است. از سویی دیگر اگر همه طول مرئی را عبور دهد و هیچ نوری را جذب نمی‌کند نمونه محلول به رنگ سفید است. اگر نمونه محلول رنگ قرمز را جذب کند برابر با ۷۰۰ نانومتر به رنگ سبز ظاهر می‌شود چون سبز رنگ مکمل قرمز است. طیف‌نورسنج‌های مرئی در عمل از منشوری برای خرد کردن طیف معینی از طول موج استفاده می‌کنند (فیلتر امواج نوری دیگر) به همین دلیل شعاع ویژه‌ای از نور از طریق نمونه محلول عبور می‌کند. کوانتومتر دستگاه طیف‌سنجی نشری است که در آنالیز فلزات در ریخته‌گری و متالوژی و صنایع و معادن کاربرد دارد نسل جدید دکتورهای پیشرفته CMOS هستند که توانایی آنالیز غیر فلزات از قبیل کربن و گوگرد و فسفر و … دارد که کیفیت و دقت بسیار بالایی نسبت به دکتورهای قدیمی pt و ccd دارد.

انواع برهمکنش نور و ماده

اسپکتروفتومتری یکی از روش‌های طیف سنجی است. هر ترکیب شیمیایی نور را در طول موج‌های خاصی جذب یا بازتاب می‌کند. یا این که از خود عبور می‌دهد. حالت دیگر این است که ماده نور را در جهات مختلف پراکنده می‌کند. حالا زمانی که نور از ماده عبور می‌کند قسمتی از آن جذب می‌شود. هم چنین با افزایش غلظت یک آنالیت در محلول، میزان جذب نور نیز افزایش می‌یابد. اسپکتروفتومتری روشی است که برای اندازه‌گیری میزان جذب نور توسط مواد شیمیایی موجود در یک محلول به کار می‌رود. در این روش یک پرتوی نوری از داخل نمونه عبور می‌کند. ترکیبات موجود در نمونه (مانند آنالیت موجود در محلول)، نور را در طول موج‌های خاصی جذب می‌کنند. به جز طول‌موج‌‌های جذب شده باقی طول‌موج‌ها از ماده عبور می‌کنند. به کمک اسپکتروفتومتری نمونه‌ها را می‌توان به صورت کیفی و کمی تجزیه و تحلیل کرد.

طراحی و انواع

دو طبقه‌بندی اصلی از دستگاه‌های طیف‌نورسنجی وجود دارد: تک‌پرتویی و دوپرتویی. طیف‌نورسنج دو پرتویی، شدت نور بین دو مسیر نور را مقایسه می‌کند، یکی مسیر حاوی نمونه مرجع (reference sample) و دیگری مسیر حاوی نمونه آزمایش (به انگلیسی: Test Sample). طیف‌نورسنج تک‌پرتویی، شدت نور نسبی پرتو را قبل و بعد از قرار دادن نمونه آزمایش اندازه‌گیری می‌کند. اگرچه مقایسه اندازه‌گیری‌های دستگاه‌های دو پرتویی آسان‌تر و پایدار تر است، دستگاه‌های تک‌پرتوی می‌توانند دامنه دینامیکی بیشتری داشته باشند و از لحاظ اپتیکی ساده‌تر و فشرده تر هستند. علاوه بر این، بعضی از ابزارهای تخصصی مانند طیف‌نورسنج‌هایی که بر روی میکروسکوپ‌ها یا تلسکوپ‌ها نصب شده‌اند، به دلیل عملی شدن، تک‌پرتویی هستند.

پیکربندی اسپکتروفتومتر تک پرتو

انواع دستگاه‌‌ اسپکتروفتومتری با توجه به بازه طول‌موجی و پیکربندی دسته بندی می‌شوند. این دستگاه‌ها از نظر پیکربندی در دو نوع تک پرتو و دو پرتو ساخته می‌شوند. در اسپکتروفتومتر تک پرتو یک محل برای قرارگیری نمونه وجود دارد. مکانیزم سیستم تک پرتو به این صورت است که ابتدا پرتو نور از مرجع عبور می‌کند. سپس مرجع و نمونه با هم تعویض می‌شوند و این بار نور از نمونه عبور می‌کند. در نهایت طیف جذبی نمونه از این طریق به دست می‌آید.

در اسپکتروفتومتر دو پرتو دو محل برای قرارگیری نمونه وجود دارد. در یکی نمونه قرار می‌گیرد و در دیگری مرجع. به این صورت پرتو نوری به روش‌های مختلفی به طور هم‌زمان هم از نمونه و هم از مرجع عبور می‌کند. در ادامه می‌توانید پیکربندی اسپکتروفتومترهای تک پرتو و دو پرتو را مشاهده کنید.

پیکربندی اسپکتروفتومتر دو پرتو

در این قسمت سعی کردیم تا به طور مختصر تفاوت اسپکتروفتومترهای تک پرتو و دو پرتو را برای شما شرح دهیم. در ادامه دو تصویر برای شما قرار می‌دهیم تا راحت‌تر بتوانید میان این دو دستگاه تصمیم بگیرید. شما باید ببینید که چه کاربردی دارید و متناسب با آن بهترین تصمیم را داشته باشید. پیشنهاد می‌کنیم تا از متخصصان این حوزه کمک بگیرید.

مقایسه اسپکتروفتومتر دو پرتو و تک پرتو

اسپکتروفتومترهای تک پرتو و دو پرتو از نظر سرعت، دقت اندازه گیری، پایداری طیفی، ابعاد، قیمت و... با یکدیگر تفاوت دارند که این موضوع در شکل زیر به خوبی نشان داده شده است.

تفاوت قابلیت اسپکتروفتومترهای دو پرتو و تک پرتو

کاربردهای اسپکتروفتومتری

اسپکتروفتومتر UV-VIS از اهمیت بسیاری برخوردار است؛ زیرا در زمینه‌های مختلفی به کار گرفته می‌شوند. به عنوان مثال در صنعت برای تعیین کنترل کیفیت مواد (از مواد خوراکی گرفته تا لباس و …) تا بررسی انتشار نور در انواع لامپ‌ها و چراغ‌ها استفاده می‌شود. اسپکتروفتومترها توسط آزمایشگاه‌های تحلیلی برای شناسایی و تعیین کمیت نمونه‌های میکروسکوپی اعم از سینتیک، تطبیق رنگ‌ها، تعیین کیفیت سنگ‌های قیمتی و مواد معدنی، تعیین رنگ جوهر یا رنگ استفاده می‌شوند. به این ترتیب، اسپکتروفتومتر ابزاری بسیار انعطاف‌پذیر با کاربردهای مختلف است. از میان انبوه کاربرد دستگاه های اسپکتروفتومتر می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تشخیص غلظت مواد
• تشخیص ناخالصی‌ها
• تشخیص ساختار ترکیبات آلی
• تجزیه و تحلیل دارویی
• کشت باکتری
• تجزیه و تحلیل نوشیدنی‌ها
• نظارت بر میزان اکسیژن محلول در اکوسیستم‌های آب شیرین و دریایی
• تعیین خصوصیات پروتئین‌ها
• تشخیص گروه‌های عملکردی (functional group)
• تجزیه و تحلیل گاز تنفسی در بیمارستان‌ها
• تعیین وزن مولکولی ترکیبات
• انجام آنالیزهای کمی و کیفی برای DNA، RNA و پروتیین‌ها
• سنتز شیمیایی
• واکنش‌های کاتالیز شده

منابع

• مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Spectrophotometry». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۳۰ مه ۲۰۱۰.