اسپکتروفتومتر فرابنفش- مریی

اسپکتروفتومتر فرابنفش- مریی

طیف­ نورسنجی یا اسپکتروفتومتری فرابنفش- مریی در مجموعه طیف ­بینی جذبی یا طیف­ بینی انعکاسی، در ناحیه مریی و قسمتی از ناحیه فرابنفش طیف الکترومغناطیس، تعریف می­ شود. جذب تابش یا انعکاس در ناحیه مریی مستقیماً به رنگ مواد شیمیایی بستگی دارد و لذا، دستگاه­هایی که فقط در این ناحیه کاربرد دارند، رنگ­سنج نیز نامیده می­ شوند. در ناحیه ­های مریی و فرابنفش، اتم­ها و مولکول­ها تحت انتقال الکترونی قرار دارند. طیف­ بینی جذبی مکمل طیف­ بینی فلورسانس است، زیرا فلورسانس با انتقال ماده از حالت برانگیخته به حالت پایه سروکار دارد، درحالیکه جذب انتقال از حالت پایه به حالت برانگیخته است.

 

اصول جذب فرابنفش- مریی

طیف­ نورسنجی فرابنفش- مریی جزء طیف­ بینی مولکولی است، که در آن جذب تابش الکترومغناطیس توسط مولکول­ها اتفاق می­ افتد. مولکول­ها دارای الکترون در اربیتال­های مولکولی پیوندی سیگما (σ) و پای (π) و غیرپیوندی (n) هستند، که می­ توانند از تابش مریی یا فرابنفش انرژی جذب کرده و به اربیتال­های مولکولی ضدپیوندی، یا حالت برانگیخته بروند. اربیتال­های ضدپیوندی که در ترازهای الکترونی بیشتر قرار دارند با علامت *σ و *π نشان داده می شوند. بنابراین، در مولکول­ها چهار انتقال الکترونی* π → π*، n → π*، σ → σ و* n → σ وجود دارد، که انرژی این انتقالات به ترتیب زیر است:

σ → σ*> n → σ*> π → π*> n → π*

 

برای استفاده از طیف­ نورسنجی فرابنفش- مریی در اندازه ­گیری آنالیت­های مختلف، قانون بیر- لامبرت حاکم است. طبق این قانون، جذب تابش توسط محلول مستقیماً با غلظت گونه­ های جذب­ کننده (آنالیت) در محلول و طول مسیر عبور تابش متناسب است. بنابراین، برای طول مسیر ثابت، می ­توان از طیف­ نورسنج فرابنفش- مریی برای تعیین غلظت آنالیت جاذب در محلول استفاده کرد. قانون بیر- لامبرت به صورت زیر نوشته می­ شود:

A = log (I0/I) = εbc

که در آن، A میزان جذب اندازه ­گیری شده، I0 شدت تابش ورودی به نمونه با طول­ موج مورد نظر، I شدت تابش عبور کرده از نمونه، b طول مسیر عبور تابش از نمونه، c غلظت مولار آنالیت در محلول و ε عدد ثابتی معروف به ضریب جذب مولی با واحد L.mol-1.cm-1 است. مقدار b به طول سلول یا کووت که محلول نمونه در آن قرار داده می­ شود، بستگی دارد و اغلب برحسب سانتی­متر است. استفاده از سلول­های ۱/۰ سانتی­متری در طیف ­نورسنجی رایج است، ولی سلول­هایی با طول کمتر یا بیشتر از ۱/۰ سانتی­متر نیز استفاده می ­شود. جنس این سلول­ها یا کووت­ها برای ناحیه مریی از شیشه یا پلاستیک­ شفاف است، ولی برای ناحیه فرابنفش باید حتماً کوارتز باشد.

 

کاربردهای طیف­ نورسنجی فرابنفش- مریی

طیف­ نورسنجی فرابنفش- مریی، روش بسیار دقیق و صحیحی برای شناسایی و اندازه ­گیری گستره وسیعی از آنالیت­های مختلف است. تقریباً تمام عناصر جدول تناوبی به هر شکلی که در طبیعت موجود باشند با این روش قابل شناسایی و اندازه­ گیری هستند. این روش، برای اندازه­ گیری یون­های فلزات واسطه در نمونه­ های مختلف بسیار رایج است. همچنین، ترکیبات آلی دارای پیوندهای دوگانه مزدوج، ترکیبات زیستی مانند قندها، ویتامین­ها، پروتئین­ها و مانند آن­ها و سایر درشت مولکول­ها با طیف­ نورسنجی قابل اندازه­ گیری هستند. بنابراین، رایج­ترین دستگاه تجزیه­ ای در هر آزمایشگاه پژوهشی و کنترل کیفی طیف­ نورسنج فرابنفش- مریی است.

 

اسپکترومتر فرابنفش- مریی

دستگاه مورد استفاده در ناحیه فرابنفش- مریی تابش الکترومغناطیس، اسپکتروفتومتر یا طیف­نورسنج UV-Vis نامیده می­ شود. این دستگاه شدت نور عبور کرده از نمونه (I) با شدت نور قبل از عبور از نمونه (I0) را مقایسه کرده و نسبت I/I0 را که عبور نامیده می ­شود به دست می­ دهد. عبور معمولاً با درصد (%T) بیان شده و جذب براساس عبور به صورت زیر برآورد می­ شود:

A = – log (%T / 100%)

اسپکترومتر فرابنفش- مریی می­ تواند براساس اندازه ­گیری انعکاس نیز تنظیم شود. در این حالت، اسپکتروفتومتر شدت نور منعکس شده از نمونه (I) را اندازه­ گیری کرده و آن را با شدت نور منعکس شده از ماده مرجع (I0) (محلول سفید یا بلانک) مقایسه می­ کند. نسبت I / I0 میزان انعکاس نامیده شده و معمولاً به صورت درصد (%R) بیان می­ شود.

قسمت­های اصلی یک دستگاه اسپکتروفتومتر فرابنفش- مریی شامل: منبع تابش، جایگاه قراردادن نمونه، شبکه پراش، یا منشور در یک تکفام­ساز برای تفکیک طول­ موج­ها و یک آشکارساز است.

منبع تابش اغلب لامپ رشته ­ای تنگستن برای ناحیه مریی (۳۰۰ الی ۲۵۰۰ نانومتر)، لامپ قوس دوتریوم برای ناحیه فرابنفش (۱۹۰ الی ۴۰۰ نانومتر)، لامپ قوس زنون برای کل ناحیه فرابنفش- مریی (۱۶۰ الی ۲۰۰۰ نانومتر) و اخیراً دیودهای نشرکننده نور (LED) برای ناحیه مرئی هستند.

آشکارساز مورد استفاده در اسپکتروفتومترهای فرابنفش- مریی معمولاً لوله فتومولتی­پلایر، فتودیود، آرایه فتودیود، یا وسیله تزویج بار (CCD) هستند. آشکارسازهای فتودیودی ساده و لوله های فتومولتی­پلایر با تکفام­سازهای پویشی استفاده می­ شوند، که طول­ موج­های نور تفکیک کرده و در هر زمان نوری با طول­ موج منفرد به آشکارساز می­ رسد. تکفام­سازهای ثابت همراه با آشکارسازهای CCD و آرایه ­های فتودیودی استفاده می ­شوند.

اسپکتروفتومترها به صورت تک­ پرتوی یا دوپرتوی ساخته می­ شوند. در دستگاه اسپکتروفتومتر تک­ پرتوی، تمام نور از سلول نمونه عبور کرده و I0 باید با برداشتن نمونه اندازه­ گیری شود. اولین اسپکتروفتومترهای ساخته شده تک­ پرتوی بود که هنوز هم در آزمایشگاه­ها و کنترل کیفی استفاده می­ شوند. در اسپکتروفتومترهای دوپرتوی، نور قبل از رسیدن به نمونه به دو باریکه مشابه تقسیم شده و یک باریکه از درون محلول شاهد و دیگری از درون محلول نمونه عبور می­ کند. شدت باریکه عبور کرده از محلول شاهد با عبور ۱۰۰% یا میزان جذب صفر در نظر گرفته شده و نسبت شدت دوباریکه تعیین و نمایش داده می­ شود. برخی از اسپکتروفتومترهای دوپرتوی، دو آشکارساز فتودیودی دارند و شدت باریکه عبور کرده از محلول نمونه و شاهد همزمان تعیین می­ شود. در برخی دیگر از اسپکتروفتومترها، باریکه­ های شاهد و نمونه به وسیله ­ای به نام خردکننده یا چاپر برخورد کرده و هربار یکی از این باریکه­ ها مسدود و دیگری به آشکارساز می ­رسد.

 

منبع: کتاب شیمی تجزیه ۳، تألیف دکتر محمود پایه قدردکتر سید احمد میرشکرایی

استفاده از مطالب با ذکر منبع بلامانع است

 

 

 

 

 

 

 

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *