اسپکتروفتومتری چیست و چه کاربردهایی دارد؟

اسپکتروفتومتری چیست و چه کاربردهایی دارد؟

اسپکتروفتومتری (Spectrophotometry) یا طیف نورسنجی نوعی طیف بینی یا اسپکتروسکوپی (Spectroscopy) است که در آن از پدیده فتوالکتریک برای آشکارسازی تابش استفاده می شود. اسپکتروفتومتری که به روش جذب سنجی نیز معروف است، یکی از قدرتمندترین و رایج ترین روش های اندازه گیری آنالیت های مختلف است. به طوری که با یک دستگاه اسپکتروفتومتر می توان علاوه بر ترکیبات آلی، همه عناصر موجود در جدول تناوبی را از A تا Z به هر شکلی که در نمونه موجود باشند را نیز اندازه گیری کرد. دستگاه هایی که برای جذب سنجی به کار می روند نورسنج ها یا فتومترها (Photometers) و اسپکتروفتومترها هستند. در فتومترها وسیله ای برای تفکیک طول موج ها وجود ندارد و با استفاده از صافی های نوری، تنها در طول موج مشخصی کار می کنند و از روی شدت نور جذب شده، آنالیت تعیین می شود. ولی، در دستگاه اسپکتروفتومتر، وسیله ای برای تفکیک طول موج ها وجود دارد و لذا، امکان تهیه طیف و اندازه گیری جذب در طول موج های مختلف وجود دارد. این وسیله تفکیک کننده طول موج که درون تکفامساز یا منوکروماتور (Monochromator) قرار دارد، منشور (Prism)  یا شبکه پراش (Grating) است. دستگاه های اسپکتروفتومتر انواع مختلفی مانند اسپکتروفتومتر مرئی یا ویزیبل (Vis)، اسپکتروفتومتر فرابنفش- مریی یا فوق بنفش- مریی (UV-Vis)، فرابنفش- مرئی- زیرقرمز نزدیک (UV-Vis-NIR)، فتومتر نشر شعله ای یا فلیم فتومتر (Flame Photometer)، جذب اتمی (Atomic Absorption) دارد، ولی، دستگاهی که در بازار به نام اسپکتروفتومتر معروف است، اسپکتروفتومتر مریی یا فرابنفش- مریی است.

 

اسپکتروفتومتر مریی (Visible Spectrophotometer)  

در ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیس، یعنی ۴۰۰ الی ۷۰۰ نانومتر، جذب یا عبور تابش از محلول نمونه به رنگ آنالیت مربوط است. دستگاه هایی که در ناحیه مریی استفاده می شوند فتومتر یا رنگ سنج (Colorimeter) یا اسپکتروفتومتر مریی نامیده می شوند. در رنگ سنج ها از صافی و در اسپکتروفتومترها از تکفامساز برای تفکیک طول موج ها استفاده می شود.

 

اسپکتروفتومتر فرابنفش- مریی (UV-Visible Spectrophotometer)

اسپکتروفتومترهای فرابنفش- مریی در کل محدوه فوق بنفش و مریی طیف الکترومغناطیس، یعنی از ۱۹۰ الی ۱۰۰۰ نانومتر کاربرد دارند. اگر دستگاه اسپکتروفتومتر فوق بنفش- مریی برای آنالیز ماده در ناحیه مریی استفاده شود، محلول نمونه باید رنگی باشد، ولی برای استفاده در ناحیه فرابنفش، محلول آنالیت می تواند شفاف باشد. در این دستگاه ها معمولاً از دو نوع منبع تابش استفاده می شود. لامپ تنگستن برای ناحیه مریی و لامپ بخار دوتریم برای ناحیه فرابنفش رایج هستند. ولی، در برخی از دستگاه های جدید از لامپ فلشی زنون استفاده شده که هر دو ناحیه را پوشش می دهد.

 

اجزای تشکیل دهنده اسپکتروفتومتر

قسمت های مهم یک دستگاه اسپکتروفتومر عبارتند از: (۱) منبع تابش الکترومغناطیس  (۲) جایگاه نمونه یا محفظه نمونه که سلول یا کووت (Cuvette) نامیده می شود، (۳) تکفامساز یا تک رنگ ساز یا منوکروماتور، (۴) آشکارساز یا دتکتور (Detector) و (۵) سیستم خواندن (Read out) یا نمایشگر جذب یا غلظت.

(۱) منبع نور در اسپکتروفتومتر بسته به ناحیه مورد استفاده متفاوت است. لامپ تنگستن طول موج های پیوسته ای از خود منتشر می سازد که جهت اندازه گیری در منطقه مرئی و ماورابنفش از ۳۵۰ تا ۱۱۰۰ نانومتر می تواند استفاده شود، ولی چون در طول موج های کمتر از ۳۵۰ نانومتر پوشش شیشه ای فیلامان تابش را جذب می کند، بنابراین لامپ تنگستن جهت اندازه گیری طول موج های کمتر از ماورابنفش (۱۹۰ تا ۳۵۰ نانومتر) توصیه نمی شود. لامپ دوتریم در دستگاه اسپکتروفتومتر طیف پیوسته ای را در ناحیه ماوراء بنفش (۱۹۰ تا ۳۵۰ نانومتر) تولید می کند. بنابراین جهت اندازه گیری طول موج های ناحیه ماورابنفش استفاده می شود.

(۲) جایگاه نمونه برای قرار دادن محلول مورد آزمایش است. سلولهای یا کووت های مختلفی به شکل و حجم های متفاوت برای انواع اسپکتروفتومتر استفاده می شود. در اسپکتروفتومترهای مرئی- فرابنفش، کووت به شکل مکعب مستطیل است. کووت باید نور تابشی حاصل از منبع تابش دستگاه را جذب نکند. کووت های شیشه ای در محدوده مریی، یعنی از ۳۴۰ الی ۱۰۰۰ نانومتر و کووت های ساخته شده از کوارتز یا سلیکا در محدود فرابنفش، یعنی از ۱۹۰ الی ۳۵۰ نانومتر استفاده می شوند. کووت ها با طول مختلف، بستگی به کاربرد دستگاه اسپکتروفتومتر موجود هستند، ولی رایج ترین آنها با طول ۱ سانتیمتر است. کووت های پلاستیکی یکبار مصرف نیز با قیمت ارزان، در ناحیه مریی رایج است.

(۳) مونوکروماتور یا تکفامساز در دستگاه اسپکتروفتومتر برای جداسازی طول موج مورد نظر و عبور طول موج های ناخواسته است و باعث ایجاد نور تک رنگ می شود. یک مونوکروماتور از اجزای مختلفی شامل دریچه های ورود و خروج تابش، آینه ها،  عدسی ها و یک جزء پاشنده (dispersive element) تشکیل شده است. جزء پاشنده که برای تفکیک طول موج ها استفاده می شود، منشور یا شبکه پراش (grating) است، که کیفیت یک دستگاه اسپکتروفتومتر به کیفیت این قطعه بستگی زیادی دارد.

(۴) آشکارساز با تبدیل انرژی نوری به جریان الکتریکی، برای اندازه گیری شدت امواج به کار می رود. رایج ترین آشکارسازهای مورد استفاده در اسپکتروفتومترها، لوله های نوری یا فتوتیوپ ها (PT: Photo Tube) و یا لوله های تکثیرکننده نور (PMT: Photo Multiplayer Tube) هستند. مکانیسم عمل در هردو آشکارساز مشابه است، ولی فتولوله ها نسبت به لوله های فتوتکثیر کننده ساده تر و لذا، ارزان تر هستند.

(۵) وسیکه نمایشگر در اسپکتروفتومترها می تواند علامت خروجی از اسپکتروفتومتر را به صورت های مختلف نمایش دهد. رایج ترین روش، استفاده کامپیوتر برای آنالیز داده ها با استفاده از از نرم افزار است.

 

پیکربندی یا ساختار اسپکتروفتومرها

اسپکتروفتومترها با دو پیکربندی یا ساختار تک پرتویی یا سینگل بیم (Single Beam) و دوپرتویی یا دبل بیم (Double Beam) ساخته می شوند.

دستگاهای تک پرتویی طوری طراحی شده که تمام نور از محلول نمونه عبور می کند و جذب محلول نمونه با جذب نمونه بلانک یا شاهد مقایسه می شود. با این اسپکتروفتومترها آنالیت را در طول موج بیشینه آن (λmax) می توان اندازه گیری کرد. ابتدا با استفاده از سلول یا کووت حاوی حلال یا محلول بلنک، مقدار عبور (Transmittance) روی ۱۰۰% و یا میزان جذب (Absorbance) روی صفر تنظیم شده، سپس آن با سلول حاوی نمونه جایگزین می شود. در نهایت میزان عبور یا جذب نمونه (آنالیت) ثبت می شود.

در دستگاه های دوپرتویی، نور مونوکروماتور به دو باریکه با استفاده از آینه ها، مانند یک آینه چرخان و یک آینه نیمه شفاف تقسیم می شود. یکی از این پرتوها از درون محلول شاهد یا بلانک و دیگری از درون محلول نمونه عبور می کند.  در سیستم دو پرتویی عمل حذف جذب شاهد به صورت اتوماتیک بوده و عمل مقایسه بین شاهد و نمونه در هر ثانیه چندین بار انجام می شود. اسپکتروفتومترهای دوپرتویی نسبت به سیستم های تک پرتویی دو مزیت مهم دارند، که عبارتند از: (۱) کنترل و سنجش سریع نمونه و شاهد سبب حذف خطاهای ناشی از نوسان های شدت منبع، ناپایداری الکترونی و هرگونه تغییر دیگر در سیستم نوری می شود. (۲) امکان عمل طیف گیری و ثبت کل طیف به طور اتوماتیک انجام می شود.

کاربردهای اسپکتروفتومتر

اسپکتروفتومتری در اندازه گیری کیفی و کمّی انواع ترکیبات آلی، معدنی و یونهای فلزی به کار می رود. تعیین غلظت مواد، اندازه گیری فعالیت آنزیم های مختلف، کلسترول، تری گلیسیرید، قند، لیپوپروتئین ها، اوره، کراتین و ترکیبات مشابه، انواع آنالیت های با بالینی و تحقیقاتی، انواع داروها و همه یونهای فلزی، با اسپکتروفتومتری امکان پذیر است. همچنین این دستگاه قابلیت اندازه گیری نمونه های فوق العاده کوچک را داشته و لذا از آن برای تجزیه عناصر مولکول های RNA استفاده می شود. لذا،  دستگاه اسپکتروفتومتر در زمینه های مختلف چون تجزیه مواد در رشته های شیمی، مواد، کشاورزی، پزشکی و… کاربرد دارد.

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.