راهنمای خرید اسپکترومتر

فهرست مطالب

طیف سنجی نوری چیست؟

طیف سنجی اپتیکی روشی برای اندازه گیری شدت نور در ناحیه فرابنفش، مرئی، فروسرخ نزدیک و فروسرخ است. طیف سنجی کاربردهای بی پایانی دارد؛ مانند رنگ سنجی، اندازه گیری بازتاب برای تعیین کیفیت یا شناسایی، اندازه گیری جذب، غلظت سنجی مواد شیمیایی، تعیین ترکیب شیمیایی یا آنالیز پرتوهای الکترومغناطیسی. از مزایای طیف سنجی با اسپکترومتر می توان به انعطاف پذیری، سرعت بالا و هزینه پایین آن اشاره کرد. به دلیل سرعت بالای شناسایی در آنالیزهای روی خط تولید نیز می توان از آن استفاده کرد.

کلمه اسپکترومتر به کلیه ابزارهایی اشاره دارد که شدت نور را بر اساس طول موج اندازه گیری می کند. توجه داشته باشید که اسپکترومترها می توانند به جای اسپکتروفتومترها نیز استفاده شوند اما عکس این موضوع صحت ندارد.

تفاوت اسپکترومتر و اسپکتروفتومتر

هنگام خرید طیف سنج می بایست به تفاوت های اسپکترومتر و اسپکتروفتومتر دقت کنیم. اسپکترومترها طیف ویژگی های نور را در یک بازه خاصی از طیف الکترومغناطیسی اندازه گیری می کنند. در حالی که اسپکتروفتومتر میزان جذب و عبور نور را پس از برخورد با یک نمونه اندازه می گیرد (اسپکترومتر با لوازم جانبی مناسب نیز قادر به انجام این کار هست). اسپکترومترها در بازه طیفی گاما و X نیز وجود دارند اما اسپکتروفتومترها تنها در نواحی نزدیک به ناحیه مرئی طیف گیری می کنند. ناحیه فرابنفش، مرئی و فروسرخ نزدیک نقش حیاتی در اسپکتروفتومتری دارند.

برای خرید اسپکترومتر چه نکاتی را در نظر داشته باشیم؟

در هنگام خرید اسپکترومتر می بایست محدودیت های تشخیص، کیفیت داده ها، زمان اندازه گیری، سرعت آنالیز، سهولت استفاده، انعطاف پذیری، اطمینان از نتایج، بازه طول موجی و بسیاری پارامترهای دیگر در نظر گرفته شود. بهتر است پیش از شروع فرایند خرید این موارد را به دقت بررسی نمایید:

  • نیازهای آزمایشگاه یا سازمان شما
  • مشخصات فنی و ظاهری دستگاه های موجود در بازار
  • قیمت دستگاه های موجود در بازار
  • پشتیبانی و خدمات پس از فروش شرکت های مختلف

نیازها

کاربران می توانند بسته به اهداف تحقیق مشخص کنند که از ناحیه فرابنفش تا فروسرخ نزدیک بیشتر با کدام طول موج ها سر و کار دارند. از طرفی اسپکترومترها به دو دسته “معمولی” و “با نویز پایین” تقسیم می شوند که برای کاربر بسته به نیاز وی تفاوت زیادی ایجاد می کند. پس باید پیش از خرید نیاز کاربر را به شکل دقیق مشخص کرد.

به طور کلی در مورد نیاز خود باید به سؤالات زیر پاسخ دهید:

آیا با نمونه سر و کار دارید یا تنها قصد نورسنجی دارید؟

محدوده تشخیص مورد نظر شما چیست؟

آیا اندازه گیری میزان جذب و عبور برای شما اهمیت دارد یا جذب و بازتاب؟

کدام ویژگی های نمونه ها را بررسی می کنید؟

مشخصات فنی و ظاهری دستگاه

اجزای داخلی اسپکترومتر تعیین کننده کیفیت طیف گیری آن است. این اجزا عبارتند از توری پراش، روزنه ورودی، فیلتر سورتینگ و پوشش آشکارساز که تعیین کننده رزولوشن، حساسیت و پهنای باند هستند. در ادامه به این موارد و سایر موارد مهم در خرید اسپکترومتر خواهیم پرداخت.

معمولی (Uncooled) یا سردسازی شده (Cooled) بودن دستگاه: 

دلیل اصلی خنک کردن آشکارساز در یک اسپکترومتر کم کردن جریان تاریک (Dark Current) است که این به نوبه خود منجر به :

  •  کاهش نویز تاریک آشکار ساز (Dark Noise)
  •  افزایش گستره‌ی دینامیکی تشخیص (Dynamic Range)

خواهد شد. در یک آزمایش ممکن است سیگنال ضعیف باشد. یک راه‌حل سریع و مطمئن افزایش زمان آزمایش طیف‌گیری است، در این روش در بازه‌های زمانی مشخص، سیگنال‌های متوالی از نمونه دریافت شده و با هم جمع می‌شوند تا یک سیگنال با شدت مناسب را بدست دهند. اما با افزایش زمان طیف‌گیری، نویز‌ها نیز با هم جمع می‌شوند و سیگنال را تحت تأثیر قرار می‌دهند. کاهش دما برای کاهش نویز یک مزیت است که در این نوع از آزمایش‌ها نمود پیدا می‌کند. اگر به عنوان مثال محیط آزمایش در دمای اتاق باشد و زمان اندازه‌گیری در حدود ۱۰۰ میلی‌ثانیه باشد. استفاده از آشکارساز‌های خنک‌سازی شده، نتایج را به میزان قابل توجهی بهبود خواهد داد اما هزینه ادوات مرتبط نیز افزایش قابل توجهی خواهد داشت. لذا به کاربران توصیه می‌گردد تا با شناخت درست از ماهیت کاربرد‌های خود اقدام به خرید این دسته از سیستم‌های طیف‌سنجی نمایند. 

بازه طیفی: بازه طیفی اولین و مهمترین پارامتر هنگام خرید اسپکترومتر است. طیف سنج ها عموماً بازه طیفی فرابنفش تا فروسرخ را پوشش می دهند. براساس نیاز خود بهترین بازه طول موجی را انتخاب کنید. برای مثال اگر می خواهید رنگ سنجی انجام دهید، بازه ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر را انتخاب کنید. نکته مهم در انتخاب بازه طیفی مناسب این است که دستگاهی با کوچکترین بازه ممکن را با توجه به کار خود انتخاب کنید. بدین ترتیب طیف هایی با رزولوشن بهتر دریافت می کنید. مثلاً در مثال ذکر شده دستگاهی خریداری کنید که ناحیه مرئی را پوشش دهد. با انتخاب بازه گسترده تر گاهی هم باید هزینه بیشتری پرداخت کنید و هم کیفیت طیف ها پایین می آید.

پهنای باند و رزولوشن طیفی: رزولوشن به معنی توانایی تمایز بین دو طول موج در فاصله نزدیک توسط طیف سنج است. برای مثال اگر در یک طیف فاصله دو قله از هم نیم نانومتر است، برای تشخیص به اسپکترومتری نیاز دارید که رزولوشن آن حداقل نیم نانومتر باشد.

هرچقدر پهنای باند در اسپکترومتر کمتر باشد، می تواند اندازه گیری با رزولوشن بالاتر انجام دهد. پهنای باند تا حد زیادی به عرض شکاف (اسلیت) مونوکروماتور (عرض پرتوی نور که وارد طیف سنج می شود) بستگی دارد. برای جدا کردن دو خط طیفی، لازم است که این خطوط حداقل به اندازه عرض اسلیت به اضافه یک پیکسل پراکنده شوند. برخی دستگاه ها برای دسترسی دادن به رزولوشن های مختلف، کیت اسلیت دارند که شامل اسلیت با اندازه های مختلف (برخی تا ۴ اندازه مختلف- ۲۵، ۵۰، ۱۰۰ و ۲۰۰ میکرومتر) است و می تواند وضوح را برای کاربردهای مختلف تغییر دهد. پهنای اسلیت متغیر برای کاربر آزادی عمل بیشتری ایجاد می کند.

آشکارساز: تمام اندازه گیری های طیف سنجی با استفاده از یک آشکارساز انجام می شود که فوتون ها را به یک سیگنال قابل اندازه گیری تبدیل می کند. نمونه بارز آشکارساز، چشم انسان است که می تواند نور مرئی را در بازه طول موجی ۳۹۰ تا ۷۰۰ نانومتر تشخیص دهد. نحوه تبدیل فوتون ها به سیگنال های الکتریکی بسیار متفاوت است، اما به طور کلی می توان آن ها را به دو دسته تقسیم کرد: آن هایی که از طریق اثر فوتوالکتریک کار می کنند و آن هایی که بر اساس خصوصیات نیمه هادی ها کار می کنند.

همه آشکارسازها را می توان از نظر ویژگی های اساسی مختلف از جمله پاسخ طیفی، بازدهی کوانتومی، دامنه دینامیکی، زمان پاسخ و نسبت سیگنال به نویز ارزیابی کرد. شرکت های سازنده برای تشخیص میزان جذب معمولاً از PMTها یا فتودیودها استفاده می کنند. PMTها زمان پاسخ سریع و حساسیت بیشتری نسبت به فوتودیودها دارند اما فوتودیودها دامنه دینامیکی بیشتری دارند.

زمان اندازه گیری و سرعت آنالیز آشکارساز: تولید سیگنال الکتریکی از فوتون برخوردی در یک بازه زمانی بسیار سریع اما قابل اندازه گیری اتفاق می افتد که بستگی زیادی به نوع آشکارساز دارد. زمان پاسخگویی در واقع مقدار زمان مورد نیاز آشکارساز برای تولید سیگنال بعدی است. برخی اسپکترومترها که آشکارساز فوتودیود دارند، طیف گیری را در کسری از ثانیه (میلی ثانیه) انجام می دهند. آشکارسازی های فوتوکاتد زمان پاسخی در مقیاس نانوثانیه دارند که امکان مطالعه رویدادهای بسیار کوتاه را فراهم می کنند. در حالی که برخی دیگر که سیستم اسکنی دارند چند ثانیه طول می کشد تا خروجی را اعلام کنند. بنابراین در صورتی که آزمایش های مبتنی بر زمان و بسیار سریع دارید، از خرید دستگاه های اسکنی خودداری کنید.

علاوه بر زمان طیف گیری، زمانی که نرم افزار نیاز دارد تا اطلاعات را آنالیز کند نیز می بایست در نظر گرفته شود. اگر کار تحقیقاتی انجام می دهید ممکن است زمان برای شما مورد تعیین کننده ای نباشد. اما در صورتی که اسپکترومتر برای آنالیز مواد ورودی یا خروجی یک کارخانه مورد استفاده قرار می گیرد و سرعت فاکتور مهمی است، سعی کنید دستگاه سریع تر را خریداری کنید.

نسبت سیگنال به نویز آشکارساز: همه آشکارسازها سیگنال های کوچکی تولید می کنند که با عنوان نویز دستگاه شناخته می شود. این نویز حاوی هیچ اطلاعات مفیدی نیست و بنابراین می بایست در دستگاه به حداقل برسد. هرچه نسبت سیگنال به نویز بالاتر باشد، آشکارساز حساس تر شناخته می شود.

نسبت سیگنال به نویز بیش از هر چیز به خنکسازی آشکارساز مرتبط است. به طور کلی می توان گفت که به ازای هر ده درجه سانتیگراد کاهش درجه حرارت، میزان نویز ۳۰ درصد کاهش می یابد. بنابراین اگر با نمونه های حساسی سر و کار دارید که طیف آن ها عموماً با نویز زیاد همراه است، طیف سنج خنک سازی شده خریداری کنید.

دامنه دینامیکی آشکارساز: دامنه دینامیکی یک آشکارساز در واقع حداکثر سیگنال قابل دستیابی نسبت به نویز است. آشکارسازی با دامنه دینامیکی بالا قادر است فوتون های بسیار ضعیف را نیز اندازه گیری کند. اما این نکته را در نظر داشته باشید که با افزایش دامنه شدت قابل اندازه گیری، نسبت سیگنال به نویز کوچکتر می شود که نتیجه آن حساسیت کمتر دستگاه است. بنابراین دستگاهی انتخاب کنید که آشکارساز آن دامنه دینامیکی بهینه داشته باشد.

حساسیت: حساسیت به معنی حساسیت فوتومتریک (مقدار نور مورد نیاز برای شناسایی سیگنال) و حساسیت کمومتریک (کمترین میزان اختلاف جذب قابل شناسایی) است.

برای افزایش حساسیت، اسپکترومترهای سردسازی شده را انتخاب کنید که با استفاده از آن ها می توان زمان طیف گیری را افزایش داد.

لوازم جانبی: وجود فیبر نوری (معمولی یا بازتابی) در کنار اسپکترومتر الزامی است. اگر در آزمایشگاه خود فیبر نوری مناسب ندارید حتما از فروشنده بخواهید که فیبر برای شما در نظر بگیرد. قرص سفید مرجع نیز برای آزمایش هایی که مرجع مشخصی ندارند لازم است. در صورتی که با نمونه سر و کار دارید از شرکتی خرید را انجام دهید که در لوازم جانبی دستگاه، نگهدارنده نمونه عرضه می کند. برخی شرکت ها نگهدارنده فیبر نیز دارند. به این صورت که با توجه به زاویه تابش مورد نظر شما (صفر یا نود درجه) بتواند فیبر را نگه دارد. کره جمع کننده نیز در صورت نیاز شما می تواند جزء لوازم جانبی باشد. اگر منبع نور خاصی (زنون، دوتریوم، تنگستن، LED و …) برای آزمایش های خود نیاز دارید حتما به فروشنده اعلام کنید.

سهولت استفاده: سهولت استفاده در اسپکترومترها بیشتر به نرم افزار برمی گردد. پیچیدگی نرم افزار ممکن است کاربر را دچار خستگی یا اشتباه کند. این مورد زمانی بیشتر اهمیت پیدا می کند که دستگاه را برای بخش های صنعتی خریداری می کنید (و نه دانشگاهی و پژوهشی). چرا که در بخش های صنعتی عمدتاً کاربر غیرمختصص است و در صورتی که استفاده از دستگاه ساده نباشد وی را دچار سردرگمی می کند.

ابعاد: اگر نیاز به یک اسپکترومتر مینیاتوری دارید باید دستگاهی را انتخاب کنید که آشکارساز کوچکتر،  numerical aperture کمتر (f-number بالاتر) و پراکندگی توری بیشتری دارد.

کالیبره بودن دستگاه و تنظیمات نرم افزار براساس دستورالعمل های نظارتی: اگر اسپکترومتر را برای کارهای تحقیقاتی خریداری می کنید این موضوع اهمیتی ندارد؛ اما در صورتی که موادی که شما با آن ها سروکار دارید می بایست آزمون های خاصی را بگذرانند، این موضوع مهم است. برخی شرکت ها دستگاه هایی را می فروشند که گواهینامه های ویژه ای دارند. برای مثال خریدارهای فعال در حوزه دارویی و غذایی ترجیح می دهند دستگاهی بخرند که از پیش گوهینامه لازم را دریافت کرده باشد.

قیمت

سعی کنید با در نظر گرفتن تمامی مشخصات مورد نیاز خود، در نهایت دستگاهی را انتخاب کنید که از نظر قیمت مناسب باشد. حتی اگر محدودیت بودجه ندارید، دستگاه گران قیمت را خریداری نکنید. چرا که امکانات بیشتر ممکن است کاربر را با پیچیدگی هایی مواجه کند که لذت کار کردن با دستگاه و نیز کارایی را برای وی کم کند. یکی از پارامترهایی که هزینه نهایی اسپکترومتر را برای کاربر زیاد می کند، وارداتی بودن دستگاه است. پس این نکته را نیز در نظر داشته باشید.

خرید مدل های قدیمی برندها یا مدل های جدیدتر نیز تفاوت قیمت زیادی ایجاد می کند و به کاربری شما بستگی دارد. بنابراین برای تصمیم گیری می بایست نیاز خودتان را بسنجید. در صورتی که یک مدل قدیمی پاسخ نیاز شما را می دهد، هزینه بالاتر برای مدل های جدید صرف نکنید. اما قبل از خرید حتماً از گارانتی کامل توسط فروشنده مطمئن شوید؛ چرا که برخی شرکت های فروشنده مدل های قدیمی خود را گارانتی نمی کنند.

به طور کلی، اگر محدودیت هزینه دارید می بایست اسپکترومترهای غیر سردسازی شده، فوتودیودی و با رزولوشن کمتر را انتخاب کنید.

پشتیبانی و خدمات پس از فروش

خدمات پس از فروش: حتماً در هنگام خرید باید به پشتیبانی و خدمات پس از فروش دقت کنید. برای این کار علاوه بر بررسی و مقایسه تعهداتی که شرکت های فروشنده به شما می دهند لازم است با مشتری های قبلی آن کمپانی نیز ارتباط بگیرید تا این موضوع صحت سنجی شود.

امکان سفارشی سازی: یکی از پارامترهای مهم در حمایت از مشتری، امکان سفارشی سازی محصولات است. در صورتی که نیازی دارید که هیچ کدام از اسپکترومترهای موجود در بازار آن را برآورده نمی کند و یا دستگاهی با امکانات کمتر می خواهید که هزینه شما پایین بیاید، از شرکت های تولیدکننده بخواهید دستگاه مورد نیاز شما را سفارشی سازی کنند. شرکت های کمی هستند که این مورد را می پذیرند؛ اما در نهایت شما دستگاهی مطابق با نیاز خود دریافت نموده اید.

بازدید دوره ای و نگهداری از دستگاه: از آنجایی که اسپکترومترها ابزارهای پیشرفته ای هستند، نیاز به نگهداری درست دارند تا اندازه گیری دقیق انجام دهند و طول عمر مفیدی داشته باشند. برای این کار نیاز است از شرکت فروشنده در مورد انجام کالیبراسیون و بازدید دوره ای سؤال بپرسید.

داشتن کتابخانه طیفی: برخی از شرکت ها به همراه اسپکتروفتومتر، یک کتابخانه طیفی از مواد مرجع نیز به مشتری ارائه می دهند. این کتابخانه معمولاً برای کاربران غیر پژوهشی و مبتدی عرضه می شود. اگر نیاز به دسترسی به طیف مرجع مواد معمول دارید از فروشنده درباره داشتن کتابخانه سؤال بپرسید.

suscipit pulvinar ut vulputate, amet, quis at Nullam tristique Aenean porta.