اسپکتروفتومتر یا طیف سنج چیست

اسپکتروفتومتر یا طیف سنج

اسپکتروفتومتر وسیله ای ست که برای اندازه گیری مقدار نور عبوری از یک محلول استفاده می شود. به طور کلی نور با طول موج مشخصی به نمونه تابانده شده و مقدار مشخصی از آن جذب می شود. سپس با اندازه گیری انرژی رد شده از نمونه توسط یک دتکتور، مقدار جذب تعیین می شود. با استفاده از میزان جذب نور، غلظت جزء موردنظر ما تعیین می شود. بدیهی است که نور کمتری می تواند از محلول کدر یا رنگی عبور کند تا از محلول شفاف.

کارکرد اسپکتروفتومتر

در داخل این وسیله نور از طریق مجموعه عدسی ها در شکاف ورودی متمرکز می شود ، پرتوهای نور دوباره توسط مجموعه دومی از عدسی ها بر شکاف خروجی متمرکز می شوند. بین عدسی دوم و شکاف خروجی یک grating تک رنگ است که نور سفید را همانند منشور تجزیه می کند. با چرخش مناسب grating تک رنگ یک طول موج مشخص از شکاف خروجی عبور میکند و به سمت سل نوری (photo cell) می رود. نمونه ها بین شکاف خروجی و سل نوری قرار می گیرند. این سل نوری مستقیما به یک گالوانومتر متصل است که خروجی الکتریکی سل نوری فعال را به مقدار ترنسمیتانس (عبوری) مشخصی تبدیل می کند.

یک نمونه شفاف، ترنسمیتانس صد درصدی را تولید می کند در حالی که یک نمونه کدر قسمت قابل توجهی از پرتوهای نور را منحرف می کند و درصد ترنسمیتانس کمتری دارد. هر چه غلظت نمونه بیشتر باشد، درصد ترنسمیتانس آن کمتر می شود.

وقتی نور از محلول عبور کند مقداری از آن ممکن است جذب شود. اگر جذب در ناحیه فرابنفش یا مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی رخ دهد ، محلول بی رنگ بنظر می رسد اما اگر جذب در ناحیه طیف مرئی رخ دهد، محلول رنگی بنظر خواهد رسید. بعنوان مثال محلولی که به هنگام عبور نور سفید (نوری که شامل تمام طول موج های مرئی و احتمالا فرابنفش و مادون قرمز است) از آن آبی دیده می شود به خاطر این است که بیشتر طول موج غیر آبی را جذب می کند و طول موج آبی رنگ را عبور می دهد بنابراین از شدت نور سفید تابیده شده به این محلول کاسته می شود و طول موج آبی غلبه می یابد.

ترنسمیتانس (Transmittance) و ابزوربنس (Absorbance) و چگالی اپتیکی (Optical Density)

ترنسمیتانس به درصد نور عبوری از محلول می گویند که توسط دستگاه خوانده می شود. مقدار آن در محلول های کدر صفر و در محلول های شفاف 100 درصد است.

ابزوربنس به درصد نور جذب شده توسط محلول می گویند.

سرعت موج الکترومغناطیسی مانند هر موج دیگری به چگالی نوری (Optical Density یا O.D.) محیط موج بستگی دارد. چگالی نوری شباهتی به چگالی فیزیکی (جرم حجمی) ندارد . هر چقدر ماده از نظر نوری متراکم تر باشد ، سرعت عبور موج از داخل ماده کمترمی شود.

هدف استفاده از اسپکتروفتومتر اندازه گیری .O.D یک مولکول خاص در محلول نمونه است اما همین مولکول مخلوط با مولکول های دیگری است که آنها هم ممکن است نور را در همان طول موج جذب می کنند. برای حذف چنین خطاهایی در جذب، دستگاه اسپکتروفتومتر به صورت خودکار O.D محلول شاهد یا blank را صفر نشان می دهد. محلول شاهد همان محلول نمونه ماست با این تفاوت که مولکولی که قرار است جذب آن را اندازه بگیریم از محلول حذف شده است. حالا در مرحله بعد که خود محلول نمونه اندازه گیری می شود، عدد بزرگتر از صفر روی صفحه نمایش، همان O.D مولکول مد نظر ماست.

اندازه گیری کمّی فوتومتریک در فرایند جذب بر اساس قانون بیر-لامبرت است که بصورت زیر است :

قانون لامبرت (Lambert) : طبق این قانون، تحت شرایط مساوي، شدت نور خارج شده با افزایش طول مسیري که نور از محلول عبور می کند کاهش می یابد.

قانون بیر (Beer) :  هنگامی که نور تک رنگی از داخل محلول عبور نماید، میزان نور جذب شده متناسب با غلظت مولکول هایی که در مسیر اشعه نورانی قرار گرفته و نور را جذب می کنند.

اجزای اسپکتروفتومتر :

• منبع نور ( مرئی یا فرابنفش یا هردو )
• Monochromator یا تک فام ساز ( برای داشتن یک طول موج مشخص )
• جایگاه نمونه  ( که کووت در آن ثابت می ماند )

از آنجایی که قرار است جذب جزئی از محلول نمونه اندازه گیری شود، ظروف نگهدارنده محلول نمونه و محلول blank نیز باید دارای خواص جذب نوری مشخصی باشند. به این ظروف نگهدارنده کووت (cuvette) می گویند. کووت ها همیشه باید در زاویه مشخصی در جایگاه خود در اسپکتروفتومتر قرار بگیرند. هم چنین هر گونه آلودگی اعم از جای انگشت یا قطرات آب و غیره باید با دستمال های نرم آزمایشگاهی قبل از قرارگیری در جایگاه خودشان تمیز شوند.

• یک افزاینده فوتوالکتریک یا photoemultiplier   ( برای تقویت نور خروجی استفاده می شود چون شدت آن بسیار کم است و نمی توان آن را دقیق خواند)
• Phototube   ( بزرگنمایی را نسبت به منبع نور اصلی تنظیم می کند و مقدار دقیقی را برای O.D ارائه می دهد)

شرکت سلیمان تجهیز وارد کننده تجهیزات آزمایشگاهی و نمایندگی فروش انواع اسپکتروفتومتر در ایران