اسپکتروفتومتری

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 بصورت 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 صورتیکه 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. این ظرف سل Cell و یا کوت Quvette نام دارد. البته با استفاده از افزونه هائی بر روی دستگاه طیف سنج می توان نمونه های جامد و یا گاز را هم آنالیز نمود که در مقالات این بحث مفصل گفته خواهد شد.

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 ۱۱۰۰ نانومتر تا ۱۹۰ نانومتر می باشد . برای اندازه گیری نواحی خارج این بازه معمولاً از دستگاه های مجهزتری استفاده می شود. با توجه به اینکه 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.

بخش های طیف سنج ماورا بنفش و مرئی

• منبع نور
• منشور یا آینه گریتینگ
• مونوکروماتور
• آشکار ساز، دتکتور یا فتودیود
• پردازشگر

شکل ذیل نشانگر تصویر کلی از نحوه کار این دستگاه است.

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

طیف سنج و یا اسپکتروفتومتر در دو نوع تک پرتوئی Singlr beam و دو پرتوئی Double Beam موجود است. سیستم تک پرتوئی نور جذب شده بعد از گذاشتن نمونه در دستگاه را با نور اصلی قبل از گذاشتن نمونه در دستگاه مقایسه می کند. از محاسن این سیستم سادگی، کوچکی و ارزانی آن است و از معایب آن خطای جزئی بدلیل عدم ثبات محیط اندازه گیری می باشد.

اما سیستم دو پرتوئی دارای دو پرتو تابیده شده است که همزمان یکی به سمت آشکار ساز می رود و دیگری از داخل نمونه می گذرد و اختلاف بین ایندو محاسبه می شود. از محاسن این سیستم دقت بیشتر در مقایسه با سیستم تک پرتوئی است و از معایب آن پیچیده بودن و قیمت گرانتر است. عکس ذیل سیستم شماتیک یک اسپکتروفتومتر ۲ پرتوئی است.