وسایل مورد نیاز برای آزمایشگاه طیف سنجی کدامند؟
وسایل مورد نیاز برای آزمایشگاه طیف سنجی کدامند؟
طیف سنجی، یعنی تابش نور به یک ماده و سنجش اطلاعات خاص پس از آن. ماده با واکنش به این نور، اطلاعاتی را ارائه میدهد که میتوان با استفاده از آن، خصوصیات و ترکیبات ماده را تحلیل کرد.
طیفسنجی، در حوزههای مختلف علمی از جمله شیمی، فیزیک، زیستشناسی و علوم مهندسی بهکار میرود و اطلاعات مهمی درباره خصوصیات مولکولی، ساختارهای الکترونی و ویژگیهای فیزیکی مواد فراهم میکند.
تاریخچه طیف سنجی
طیف سنجی، به علمی اشاره دارد که در آن از نور مرئی برای بررسی ساختار ماده و آنالیزهای کیفی و کمی استفاده میشود. آغاز تاریخ طیفسنجی، به قرن 17 بازمیگردد؛ زمانی که اسحاق نیوتن اصطلاح «طیف» را برای توصیف رنگینکمان نور سفید معرفی کرد. در اوایل دهه 1800، جوزف فون فرونهافر با آزمایشات طیف سنجی، این حوزه را به روش علمی دقیق و کارآمدتری تبدیل نمود.
اختراع طیفسنج پیشرفتهتری توسط ویلیام هاید ولاستون در سال 1802 نیز نقش مهمی در تقویت این زمینه ایفا کرد. این اختراع، نشان داد که رنگها بهطور یکنواخت پخش نمیشوند. از آن زمان تاکنون، طیفسنجی در شیمی، فیزیک و نجوم نقش بهسزایی را در پیشبرد علم ایفا کرده است.
نمایی از طیف نور
کاربرد طیف سنجی
طیف سنجی، برای تحلیل مواد و شناسایی مواد خاص در یک نمونه استفاده میشود. بهعنوان مثال، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- بررسی پستهها جهت شناسایی آفلاتوکسین، سمی که ممکن است سرطانزا و کشنده باشد.
- ارزیابی شیرخشک برای تشخیص ملامین، ماده سمی که میتواند تاثیرات غیرقابل بازگشتی بر کودکان داشته باشد.
- بررسی آب مصرفی برای تشخیص مواد سمی.
توجه داشته باشید که موارد بالا فقط چند نمونه از کاربردهای طیفسنجی هستند. سازمانهای مراقبتی مانند سازمان غذا و دارو با استفاده از طیفسنجی، برای اطمینان پس از بررسی مواد مصرفی، مجوز استفاده از آنها را صادر میکنند.
طیفسنجی، نهتنها در حوزههای سلامت و مواد غذایی کاربرد دارد؛ بلکه در اکثر علوم از جمله مواد و پلیمر، شیمی، نفت، نانو، فیزیک، پزشکی، داروسازی، زمینشناسی، زیستشناسی، دامپزشکی، معدن، کشاورزی، برق، هنر و … به کاربردهای گسترده دست یافته است.
بهسادگی میتوان گفت هر زمان که نیاز به اندازهگیری یک ماده خاص، تشخیص ماده ناشناخته در یک ترکیب مشخص یا ارزیابی کیفیت مواد باشد، طیف سنجی، بهعنوان ابزار اصلی در این زمینهها بهکار میرود.
آزمایشگاههای طیفسنجی، این کار را از طریق تجهیزاتی به نام دستگاه طیفسنجی انجام میدهند که بسته به نوع صنعت، انواع مختلفی دارند. در این بخش، به بررسی انواع این تجهیزات آزمایشگاهی پرداخته میشود.
انواع طیف سنجی
طیف سنجی، بیش از ۴۰ نوع روش را شامل میشود؛ اما رایج ترین تجهیزات آزمایشگاه برای طیف سنجی، طیفسنجیهای مولکولی و اتمی هستند. در طیفسنجی مولکولی، مواد مولکولی مورد بررسی قرار میگیرد. درحالی که طیفسنجیهای اتمی، با برهمکنش اتمهای سازنده مواد اطلاعات مورد نیاز را ارائه میدهند.
وسایل مورد نیاز یک آزمایشگاه برای طیف سنجی، از سه بخش اصلی تشکیل شدهاند:
- عامل تحریک
- نمونه (مادهای که مورد آزمایش قرار میگیرد)
- آشکارساز (قطعه یا سیستمی که اطلاعات برهمکنش را ثبت میکند.)
دستگاه طیف سنج جذب اتمی
طیف سنج فرو شکست القایی
طیف سنجی LIBS، یک روش طیفسنجی اتمی است که برای اندازهگیری غلظت عناصر در نمونههای جامد، مایع و گاز بهکار میرود. این روش، با تحلیل امضای شیمیایی یا اثر انگشت ماده، اطلاعاتی جامع از غلظت عناصر، نسبتهای ایزوتوپی و ساختار اتمی فراهم میکند.
زمانی تابش نور لیزر بر روی ماده، الکترونها تحریک میشوند و به سطوح انرژی بالاتر انتقال مییابند. الکترونها، در فرآیند بازگشت به حالت اولیه فوتون را انتشار میدهند. این فوتونها با انرژیهای مختلف، خطوط انتشار مختلفی ایجاد میکنند که باتوجهبه انرژیها، امکان شناسایی عناصر مختلف را میسر میسازند. با افزایش انرژی واردشده به اتم، یونیزاسیون رخ میدهد و یونهای حاصل از این فرآیند نیز، بهوسیله خطوط انتشار خود شناسایی میشوند.
کاربرد طیف سنج فرو شکست القایی
این تکنولوژی بهدلیل ویژگیهای حساس و سریع در صنایع مختلف از جمله متالوژی، صنایع غذایی، پزشکی و فضا بهکار میرود.
طیف سنج حلقهای به پایین
طیف سنجی حلقهای، یک روش برای تجزیه و تحلیل جذب نوری اتمها، مولکولها و اجزای نوری است که با استفاده از یک حفره بسته با دو یا چند آینه، اتلاف کلی نوری را تعیین میکند. این تکنیک، با بهبود بازتاب آینهها قابل بهینهسازی است.
هر مولکول فاز گازی (مانند CO2، H2O، H2S، NH3)، طیف جذب منحصربهفرد مادون قرمز دارد که در فشار زیر اتمسفر، بهصورت خطوط باریک و گسسته قابل مشاهده است. طول موج خاص هر مولکول، میتواند امکان شناسایی مواد را فراهم کند.
کاربرد
طیفسنج حلقهای، ابزاری است که برای شناسایی مولکولها، رادیکالها، ذرات آلاینده و معلق در هوا و همچنین ایزوتوپهای مختلف بهمنظور نظارت بر محیطزیست استفاده میشود. در حوزه پزشکی نیز از این دستگاه برای شناسایی مولکولهای گازی در نفس انسان که ممکن است به تشخیص بیماری یا تغییرات متابولیسم بدن کمک کند، بهکار میرود.
طیف سنج فلورسانس
در طیف سنجی فلورسانس، مولکولها براساس خواص فلورسانت آنها تجزیه و تحلیل میشوند. این نوع طیفسنجی، معمولا برای بررسی تغییرات ساختاری ناشی از عواملی نظیر دما، pH، مقاومت یونی، حلال و … بهکار میرود.
در پدیده فلورسانس، سیستم مولکولی انرژی جذبشده را بهصورت نور منتشر میکند. وقتی نور به ماده تابانده میشود، الکترونهای داخل مولکول با تحریک، از حالت پایه به حالت برانگیخته میروند.
سپس، بعد از یک تاخیر (که بهعنوان طول عمر فلورسانس شناخته میشود)، الکترونها بهحالت پایه بازمیگردند و انرژی ذخیرهشده را بهصورت یک فوتون آزاد میکنند. طبق قانون استوکس، طول موج فوتونی که در این مرحله آزاد میشود، بلندتر از طول موج فوتون تابشی است و از همین طریق امکان شناسایی مواد را فراهم میکند.
کاربرد طیف سنج فلورانس
در زمینه بیوشیمی و شیمی، این تکنیک برای تجزیه و تحلیل ترکیبات آلی، تشخیص تومورهای پوست در پزشکی، ارزیابی کیفیت آب و شناسایی آلایندهها، تعیین کاتیونهای فلزی و همچنین کمیسازی پروتئینها یا اسیدهای نوکلئیک بهکار میرود.
طیف سنج مادون قرمز
در طیف سنجی مادون قرمز، میزان جذب یا انتقال نور مادون قرمز از یک ماده اندازهگیری میشود. این روش، برای شناسایی ترکیبات ماده و اندازهگیری غلظت در انواع نمونهها استفاده میشود.
سه ناحیه مختلف، برای نور فروسرخ شناخته شدهاند که هرکدام کاربردهای خاص خود را در طیفسنجی دارند؛ این نواحی شامل ناحیه مادون قرمز نزدیک (NIR)، مادون قرمز میانی (Mid-IR) و ناحیه مادون قرمز دور (Far-IR) هستند.
کاربرد طیف سنج مادون قرمز
در واکنشهای پلیمریزاسیون، سنتز شیمیایی، هالوژناسیون و بسیاری موارد دیگر کاربرد دارد.
طیف سنج رامان
طیف سنجی رامان، یک روش تحلیلی است که از نور پراکنده برای اندازهگیری حالتهای انرژی ارتعاشی نمونه استفاده میکند. در این روش، با برخورد نور لیزر به نمونه با همان طول موج پراکنده میشود. اما در اثر این برخورد، مقدار بسیار اندکی از نور با طولموج متفاوت بازمیگردد که به آن اثر رامان گفته میشود. پراکندگی رامان، ناشی از ساختار شیمیایی آنالیت است.
کاربرد طیف سنج رامان
طیف سنجی رامان در شیمی، بهعنوان یک ابزار تحلیلی برای شناسایی مولکولها، مطالعه پیوندهای شیمیایی و پیوندهای درونمولکولی مورد استفاده قرار میگیرد. این روش، با استفاده از فرکانسهای ارتعاشی که مشخصه پیوندهای شیمیایی و تقارن مولکولی هستند، به شناسایی مولکولها میپردازد.
در فیزیک حالت جامد، طیفسنجی رامان برای توصیف مواد، اندازهگیری دما و تعیین جهت کریستالوگرافی نمونه مورد استفاده قرار میگیرد. این روش، همچنین قابلیت مشاهده برانگیختگیهای فرکانس پایین ماده جامد نظیر پلاسمونها، مگنونها و تحریکات شکاف ابررسانا را فراهم میکند.
در زمینه زیستشناسی و پزشکی، طیفسنجی رامان کاربردهای گستردهای دارد؛ از شناسایی انواع سرطانها، تعیین توالی DNA و تشخیص بیماریها گرفته تا کشف داروهای تقلبی بدون نیاز به باز کردن بستهبندی آنها و مطالعه غیرتهاجمی بافت بیولوژیکی.
بهطور کلی، این نوع از طیف سنجی در زمینههای مختلفی ازجمله پزشکی، باستانشناسی، صنایع غذایی، زمینشناسی و سایر حوزهها بهکار میرود.
در این مقاله از سایت researchgate.net میتوانید اطلاعات بیشتری در مورد کاربرد طیف سنج رامان بدانید.
طیف سنج UV-VIS یا اسپکتروفومتر (Spectrophotometer)
طیف سنجی UV-VIS یا اسپکتروفتومتری، روشی است که مقدار جذب یا عبور نور از یک نمونه را اندازهگیری میکند. این تعریف در واقعیت، اصل کار طیفسنجی UV-VIS را نشان میدهد.
کاربرد طیف سنج اسپکتروفومتر
طیف سنجی UV-VIS، در زمینههای مختلف از زیستشناسی و شیمی تا داروسازی و کنترل کیفیت، برای تجزیه و تحلیل اجزا زیستی، محاسبه غلظت مواد، انجام آنالیزهای نوری و ارزیابی دقیق مواد، مورد استفاده قرار میگیرد.
طیف سنج نشر نوری
طیف سنجی نشر نور که معمولا بهعنوان طیفسنجی اندازهگیری امیژنس (OES) نیز شناخته میشود، طیفسنجی رایجی است که برای تعیین عناصر اساسی در فلزات بهکار میرود. در این روش، یک جرقه الکتریکی با جریان قوی از طریق الکترود به نمونه اعمال میشود که به تخلیه الکتریکی و ایجاد پلاسما در نمونه میانجامد.
اتمهای تبخیرشده در پلاسما انرژی جذب میکنند و با تحریک الکترونها، فوتونهایی را انتشار میدهند. نور منتشرشده، به طولموجهای مختلف تجزیه میشود و سپس آشکارساز شدت آن را میسنجد. این روش، کوانتومتر یا کوانتومتر هم نامیده میشود.
کاربرد طیف سنج نشر نوری
آنالیز و بررسی متنوعی از فلزات از جمله فولادهای آلیاژی، فولادهای ضدسایش منگنز بالا، فولادهای ساده کربنی، چدنهای خاکستری و داکتیل، فولادهای آلومینیوم، برنجهای سرب دار و آلیاژهای آلومینیوم مانند آلومینیوم-لیتیوم از طریق تکنیکهای طیف سنجی و کوانتومتری صورت میگیرد.
این فرآیندها، شامل تعیین ترکیب شیمیایی، اندازهگیری مقادیر مختلف فلزات و شناسایی عناصر ناخواسته بهمنظور اطمینان از مطابقت با استانداردها و رفع هرگونه اشکال در ترکیبات مواد انجام میپذیرد.
جمعبندی نهایی
دستگاههای طیف سنجی، امکان تجزیه و تحلیل مواد با استفاده از نور یا امواج الکترومغناطیسی را فراهم میکنند. این دستگاهها، در آزمایشگاههای بسیاری در علوم شیمی، فیزیک، زیستشناسی و صنایع مختلف برای شناسایی و تحلیل ترکیبات مورد استفاده قرار میگیرند. شرکت آروین طیف، نماینده واردات انواع دستگاههای طیفسنج از برندهای مطرح دنیا به ایران است.
اولین دیدگاه را ثبت کنید