اسپکتروفتومتر

در میان تجهیزات آزمایشگاهی دستگاه اسپکتروفتومتر یا طیف سنج دستگاهی است که شدت نور را به صورت تابعی از طول موج اندازه گیری می کند  . هود شیمیایی این کار با انکسار پرتو نور به طیف طول موج ها و آشکار سازی شدت ها با دستگاه باردار و نمایش نتایج به صورت گراف انجام می شود .در حقیقت این روش با استفاده از میزان جذب نور ، تعیین غلظت می کند .این روش قابلیت اندازه گیری نمونه های فوق العاده کوچک را داشته لذا از ان برای تجزیه و تحلیل عناصر  مولکول های RNA,DNA استفاده می شود .

نور از بسته های بسیار کوچکی به نام فوتون تشکیل شده است که انرژی هر یک از انها به محض برخورد به یک الکترون منتقل می شود .تنها هنگامی انتقال رخ میدهد که انرژی فوتون ها برابر با انرژی مورد نیاز برای انتقال الکترون بعه لایه انرژی بعدی باشد .این پروسه که در آزمایش های محاسبه کیفیت و کمیت DNA موجود در محلول ها استفاده می شود ، پایه طیف بینی جذبی را تشکیل می دهد . به طور کلی نور با طول موج و انرژی خاص به نمونه تابانده شده و مقدار شخصی از انرزی آن جذب می شود .سپس با اندازه گیری انرژی رد شده از نمونه توسط یک فوتودتکتور ، مدار جذب تعیین می شود .

اجزا اسپکتروفتومتر آزمایشگاهی :

• منبع نور
• نمونه
• آشکار ساز
• مفسر

منبع نور می تواند نور مرئی ، مادون قرمز یا ماوراء بنفش باشد . پس از منبع نور یک تک فام ساز وجود دارد تا نور تولید شده را فیلتر و توسط یک منشور یا توری پراش طول موج های خاصی را انتخاب کند .پس از گذشتن نور تولید شده از داخل نمونه و جذب بخشی از آن پس از گذشتن از مجموعه ای از لنز ها ، شکاف ها ، آینه ها و فیلتر ها به سنسور ها رسیده و پس از تفسیر شدن به صورت نموداری در خروجی قرار میگیرد.

عملکرد کرد این نوع از تجهیزات آزمایشگاهی به این صورت است : دو منبع نور UV,VIS برای اسپکتروفتومتر وجود دارد . متداول ترین منبع نور برای تولید نور مرئی یک لامپ هالوژن تنگستن با طول موج بین 200 و 340 نانومتر است . نور از میان نمونه عبور کرده و از طریق شکافی وارد اسپکتروفتومتر می شود .شکاف نازک باعث پراکنده شدن نور و پخش به خارج می شود ، از آنجا که دستگاه آزمایشگاهی اسپکتروفتومتر  تنها یک باریکه نور دارند ، در بیشتر موارد طول موج پرتو خوانده شده از نمونه دستخوش تغییر واقع       می شود و برای اصلاح این امر ازآینه های مقعر استفاده می شود .بدین ترتیب که نور توسط آینه های مقعر به شبکه پراکنده کننده منعکس شده و دوباره به آینه مقعر دیگری منعکس می شود .این آینه کانونی نور را به سمت آشکار ساز متمرکز می کند .

طبق آخرین تحقیقات آزمایشگاهی تجهیزات آزمایشگاهی منبع UV می تواند لامپ هیدروژنی فشار بالا یا لامپ دوتریوم باشد .هنگامی که میزان جذب در طیف UV اندازه گیری می شود لامپ دیگر خاموش میشود و زمانی که اندازه گیری نور جذب در نور مرئی انجام میشود برعکس آن انفاق می افتد  که دلیل این امر جلوگیری از تداخل طول موج های غیر ضروری در نور منتشر شده از نمونه است.

آشکار ساز :

در انتهای مسیر نور آشکارساز وجود دارد که وظیف آن اندازه گیری شدت نور تابیده شده از آینه ها و انتقال اطلاعات به کنتوری است که آنها را ثبت و مقدار را بر روی LCD به اپراتور نمایش دهد .امروزه دو نوع آشکارساز در اسپکتروفتومتر آزمایشگاهی UV/VIS متداول است : فتوتیوب و فتومالتی پلایر تیوب .

مفسر :

اسپکتروفتومتر های آزمایشگاهی می توانند خروجی خود را به صورت های مختلف نمایش دهند اما متداول تر است که آن را به صورت قابل کاربردی مانند نموداری از مقدار عبور یا مقدار جذب برچسب طول موج نمایش می دهند .

انواع دیگر اسپکتروفتومتر های آزمایشگاهی : تک پرتو و دو پرتو .

در تجهیزات آزمایشگاهی اسپکتروفتومتر های تک پرتو اولین نسل اسپکتروفتومتر ها بوده و تمام نور از بین نمونه عبور می کند در این نوع برای اندازه گیری شدت نور تابشی باید به این نکته توجه داشت .این اسپکتروفتومتر ها ارزان هستند چرا که بخش های کمتری داشته و سیستم آنها پیچیدگی کمتری دارند .نسل جدید اسپکتروفتومتر های آزمایشگاهی نوع دوپرتو است .این نوع نور قبل از اینکه به نمونه برسد به دو پرتو مجزا تفکیک می شود که این مسئله یک امتیاز تلقی می شود زیرا خواندن منبع و نمونه به طور همزمان انجام   می شود .در برخی از اسپکتروفتومترهای دو پرتو دو آشکار ساز وجود دارد بدین ترتیب امکان اندازه گیری همزمان پرتوهای نمونه و مرجع فراهم می شود . سایر اسپکتروفتومترهای دو پرتو که تنها یک آشکارساز دارند از برشگر پرتو استفاده می کنند که این وسیله در هر لحظه یک پرتو را سد کرده و آشکارساز اندازه گیری پرتو نمونه و مرجع را به صورت یک در میان انجام میدهد .

نور  مرئی :

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

نور ماورابنفش :

در تجهیزات آزمایشگاهی اسپکتروفتومتر های UV علاوه بر اینکه در طیف سنجی مایعات بسیار متداول است برای گازها و همچنین جامدات نیز استفاده می شود.نمونه را در محفظه مستطیلی مخصوص که معمولا یک سانتی متر پهنا دارد قرار می دهند .این محفظه که کاوت نامیده می شود می تواند شکل پلاستیک ، شیشه یا کوارتز داشته باشد . پلاستیک و شیشه ،UV را جذب می کنند از اینرو تنها  می توان آنها را برای اسپکتروفتومترهای نور مرئی استفاده کرد .

نور مادون قرمز :

اسپکتروفتومتر مادون قرمز در شناسائی مولکولی و ارتعاشات وابسته به ساختار آن استفاده می شود . ساختارهای شیمیایی متفاوت به دلیل تفاوت در انرژی های مربوط به هر طول موج راه های مختلفی در پاسخ به طول موج های مختلف دارند . به عنوان مثال مادون قرمز های برد متوسط تمایل به لرزش دورانی دارند در حالیکه مادون قرمز نزدیک با انرژی بالا تمایل به لرزش های هارمونیک مولکولی مانند جنبش دارد . در اسپکتروفتومتر های آزمایشگاهی IR متداول یک پرتو مادون قرمز مستقیما به نمونه می تابد و تمام طول موج های طیف نسبت به پرتو مرجع اندازه گیری می شود .به منظور تولید طیفی با کیفیت بالا ، باید پهنای طیف ورودی به آرامی اسکن شود .اسپکتروسکوپی IR با روش بسط تبدیل فوریه اصلاح می شود . قلب اسپکتروفتومترهای IR، تداخل سنج میلسون است . نور تابش شده از منبع IR به سمت سلول های نمونه هدایت می شود . نیمی از پرتو تابشی از آینه ثابت باز تابیده شده و نیم دیگر آن از آینه ای که مرتب در فاصله ای حدود 5/2 میکرومتر حرکت می کند منعکس می شود .

هنگامی که دوباره دو پرتو در آشکارساز با هم ترکیب می شوند و تداخل به وجود می آید ، حدود دو ثانیه یک اسکن از فاصله ورودی گرفته شده و در کامپیوتر ذخیره می شود .به همین ترتیب چندین اسکن دیگر نیز به طور همزمان به آن اضافه می شود .

با توجه به نوسانات و ارتعاشات حرارتی در آزمایشگاه و تجهیزات آزمایشگاهی بدیهی است که این امر ناممکن است . پس به منظور حل این مشکل از لیزر هلیم –نئون برای تاباندن به تداخل سنج میشلسون استفاده می شود و تداخل لیزر به عنوان فرکانس مرجع به کار گرفته می شود . کارائی FTIR از دستگاه های معمولی بیشتر است که می توان تنها با مقدار کمی از نمونه و در زمانی کوتاه به طیف عالی دست یافت .

 این گونه استفاده از اسپکترو فتومتر آزمایشگاهی را شرح می دهند :

اسپکتروفتومترها مستقیما برای اندازه گیری شدت نور در طول موج های مختلف استفاده می شوند و می تواند نماینده در صد نور تابشی مخابره شده یا جذب شده باشد .با استفاده از این اطلاعات و مقایسه آن با با دانسیته ها و داده های به دست آمده می توان اسپکتروسکوپی را به عنوان یک ابزار استفاده کرد .مقایسه طیف ها برای تعیین غلظت جسم حل شده موجود در حلال مثال خوبی است . بدین ترتیب که با ثبت نور ارسال و دریافت شده در طول موج خاص و بررسی طول موج جذب شده توسط حلال می توان به غلظت آن پی برد . سپس آنالیز محلول با غلظت ناشناخته ، با داده های معلوم مقایسه شده و به کمک تناسب غلظت محاسبه می شود .این عمل برای محلول هایی که در انها جندین نوع حلال وجود دارد نیز قابل استفاده است و البته به دقت بیشتری در آنالیز طول موج ها احتیاج دارد . با توجه به حساسیت اسپکتروفتومتر آزمایشگاهی ، FTIR مناسب ترین و رضایت بخش ترین روش آماده سازی نمونه ، تبخیر ساده محلول نمونه در صفحه ای از نمک KBR و دست یافتن به طیف های فیلم نازک باقی مانده است .

این روش طیفی بسیار خوب با خط مبدا مسطح به وجود می آورد .

میان تجهیزات آزمایشگاهی اسپکتروفتومترهای آزمایشگاهی که منبع نور ندارند اما طیف های مبنی بر نور وارده را تولید می کنند      می توانند با روشی مشابه برای تعیین منبع نور استفاده شوند . می توان منحنی طیف های به دست آمده از منبع نوری نامعلوم را با اطلاعات منحنی های منبع نور مشخصی مقایسه کرد و منبع نور ناشناخته را شناسایی کرد .

از دیگر کاربرد های اسپکتروفتومتر می توان به تعیین ثابت موازنه واکنش های یونی که در محلول  های آبی انجام می شود اشاره کرد . در ابتدا طیف های محلولی که تنها شامل یک واکنش دهنده است اندازه گیری می شود.سپس دیگر واکنش دهنده ها به آن اضافه      می شود و پس از هر بار افزایش ، طیف سنجی صورت می گیرد .این روش در صورتی به طور مطلوب کار می کند که طول موج جذب شده توسط محصول مقداری مشخص باشد .از آنجا که بیشتر محصولات از اضافه کردن چندین واکنشگر به دست می آیند ، زمانی که محلول اشباع شده و واکنش موازنه می شود نور های بیشتری جذب شده و افزایش نور جذب شده برابر ثابت موازنه است .

آموزش نصب تجهیزات آزمایشگاهی : در هنگام نصب دستگاه اسپکتروفتومتر آزمایشگاهی باید به نکات زیر توجه داشت :

• اسپکتروفتومتر آزمایشگاهی باید روی سطحی سفت و در محیطی خشک و تمیز نصب شود
• به جهت امکان جریان هوا در اطراف اسپکتروفتومتر آزمایشگاهی ، باید بین دستگاه و دیوارهای اطراف 50 میلیمتر فاصله باشد
• کابل برق دستگاه به پریز گراند شده با ولتاژ مناسب وصل شود .
• پس از اتصال آداپتور AC به برق ، خروجی آن باید به گونه ای به دستگاه وصل شود که منبع ذخیره DC در مسیر آن قرار گیرد
• در صورتی که خود دستگاه اسپکتروفتومتر فاقد پرینتر است ، باید از طریق پورت مخصوص آن را به پرینتر وصل کرد .
• پس از روشن کردن دستگاه  اسپکتروفتومتر مدتی صبر کرده تا دستگاه گرم شده و به پایداری حرارتی و الکترونیکی برسد .