اسپکتروفتومتری چیست؟
اسپکتروفتومتری چیست؟
اسپکتروفتومتری یکی از روش‌های پیشرفته و پرکاربرد در آنالیز مواد شیمیایی است که برای اولین‌بار در سال 1940 توسط Arnold O. Beckman توسعه یافت. این روش عمدتاً در آزمایشگاه‌ها و صنایع مختلف به‌منظور اندازه‌گیری میزان جذب نور توسط محلول‌ها استفاده می‌شود.
یک اسپکتروفتومتر از بخش‌هایی مانند منبع نور، محل نگهداری نمونه و آشکارساز نوری (فتودیود) تشکیل شده است. دستگاه نور را از نمونه عبور داده و شدت نوری را که از نمونه عبور می‌کند اندازه‌گیری می‌کند. این اطلاعات برای تعیین غلظت ترکیبات موجود در محلول استفاده می‌شود.
با پیشرفت تکنولوژی، اسپکتروفتومترها به دستگاه‌هایی کوچک‌تر و قابل‌حمل تبدیل شده‌اند که در زمینه‌های گسترده‌ای همچون صنایع غذایی، پزشکی، محیط‌زیست، تحقیقات علمی و کنترل کیفیت مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اصول اسپکتروفتومتری
نور از تشعشعات الکترومغناطیسی با طیف گسترده‌ای از طول موج‌ها و فرکانس‌ها تشکیل شده و با سرعت ثابتی حرکت می‌کند. زمانی‌که نور به یک جسم برخورد می‌کند، بخشی از آن جذب شده و بخش دیگر یا بازتاب می‌شود یا از جسم عبور می‌کند. این تعامل بستگی به ترکیب شیمیایی جسم و طول موج نور دارد.
اسپکتروفتومتری، اندازه‌گیری کمی شدت نور در طول موج‌های مختلف است و کاربردهای فراوانی در علوم مختلف مانند فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی و نجوم دارد. این روش امکان آنالیز دقیق بر اساس جذب، بازتاب یا عبور نور را فراهم می‌کند.
|
طول موج‌ها و انرژی‌های طیف الکترومغناطیسی نور |
طیف‌های مختلف تولید شده توسط چهار عنصر متفاوت است. |
تفاوت اسپکتروفتومتری و اسپکتروسکوپی
اگرچه این دو اصطلاح مشابه به نظر می‌رسند، اما تفاوت‌های کلیدی دارند:
- اسپکتروسکوپی بر تحلیل طول موج‌هایی که یک ماده ساطع یا جذب می‌کند تمرکز دارد.
- اسپکتروفتومتری شدت نور را در طول موج‌های خاص اندازه‌گیری می‌کند و تعامل نور با ماده (جذب، عبور، بازتاب) را کمی‌سازی می‌کند.
به‌طور خلاصه، اسپکتروفتومتری یکی از زیرشاخه‌های کاربردی اسپکتروسکوپی به‌شمار می‌رود.
اسپکتروفتومتر چه چیزی را اندازه‌گیری می‌کند؟
اسپکتروفتومتر با اندازه‌گیری تعداد فوتون‌های جذب‌شده و عبوری از نمونه، اطلاعات دقیقی از غلظت ترکیبات موجود در آن ارائه می‌دهد. برای مثال، محلولی شفاف نسبت به محلولی با رنگدانه‌های زیاد، نور بیشتری را عبور می‌دهد و همین تفاوت می‌تواند برای اندازه‌گیری غلظت مواد مورد استفاده قرار گیرد.
اجزای اصلی اسپکتروفتومتر و نحوه عملکرد
هر اسپکتروفتومتر معمولاً شامل اجزای زیر است:
- منبع نور: تولید نور سفید یا تک‌رنگ
- کولیماتور: همگرا کردن نور به صورت پرتو موازی
- مونوکروماتور: تفکیک نور به طول موج‌های مشخص (معمولاً منشور یا توری پراش)
- انتخابگر طول موج: عبور طول موج خاص به سمت نمونه
- کووت: ظرف شفاف شیشه‌ای یا کوارتزی برای نگهداری محلول نمونه
- فوتومتر (آشکارساز): اندازه‌گیری شدت نوری که از نمونه عبور کرده
- صفحه نمایش یا خروجی دیجیتال: نمایش نتایج به صورت عددی یا گرافیکی
انواع اسپکتروفتومتر
اسپکتروفتومترها بر اساس محدوده طول موج مورد استفاده به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند:
- اسپکتروفتومتر UV-VIS: استفاده از طول موج‌های 185 تا 700 نانومتر (فرابنفش و مرئی)
- اسپکتروفتومتر IR: استفاده از طیف مادون قرمز
همچنین از نظر طراحی، دو نوع اصلی وجود دارد:
1. اسپکتروفتومتر تک‌پرتو (Single Beam)
- مقرون‌به‌صرفه و ساده در استفاده
- نیازمند کالیبراسیون دستی با نمونه مرجع
- پایداری کمتر نسبت به نوع دوپرتو
2. اسپکتروفتومتر دوپرتو (Double Beam)
- دقت و پایداری بالاتر
- مقایسه همزمان نمونه با مرجع
- مناسب برای کاربردهای حساس و اتوماتیک
قطعات اسپکتروفتومتر تک پرتو و دو پرتو
قوانین مهم در اسپکتروفتومتری
دو قانون کلیدی عملکرد اسپکتروفتومتر را تعیین می‌کنند:
- قانون لامبرت: شدت نور عبوری با افزایش مسیر نوری کاهش می‌یابد.
- قانون بیر: میزان جذب با افزایش غلظت املاح افزایش می‌یابد.
ترکیب این دو قانون به نام قانون بیر-لامبرت شناخته می‌شود:
A = εlc
که در آن:
- A = جذب
- ε = ضریب جذب مولی
- l = طول مسیر نوری (معمولاً 1 سانتی‌متر)
- c = غلظت ماده در محلول
کاربردهای اسپکتروفتومتری
با توسعه اسپکتروفتومترهای کوچک و دقیق، کاربرد این دستگاه در حوزه‌های مختلف افزایش یافته است:
کاربردهای عمومی:
- اندازه‌گیری غلظت ترکیبات
- تعیین ساختار شیمیایی مواد
- شناسایی ناخالصی‌ها
- تعیین وزن مولکولی
- بررسی واکنش‌های شیمیایی
- بررسی رشد میکروارگانیسم‌ها در زیست‌شناسی
کاربردهای خاص:
- مایعات: رایج‌ترین حالت استفاده
- جامدات: تحلیل فیلم‌ها و شیشه‌های مات
- گازها: شناسایی آلاینده‌های هوا
اولین دیدگاه را ثبت کنید