اسپکتروفتومتری روشی است که نشان می‌دهد یک ماده شیمیایی چه مقدار از نور را جذب کرده است. اسپکتروفتومتر به دستگاهی گفته می‌شود که شدت انرژی الکترومغناطیسی را در هر طول موج نور (در یک بازه طول موجی مشخص) اندازه‌گیری می‌کند. در حقیقت پرتو نور به طیفی از طول‌موج‌ها تقسیم می‌شود. پس از آن شدت هر طول‌موج اندازه‌گیری می‌شود. در نهایت نتایج به صورت نمودار روی صفحه نمایشگر ظاهر می‌گردد. در بسیاری از دستگاه‌ها فقط طول‌موجی که در آن جذب رخ داده، نشان داده می‌شود. اما در اسپکتروفتومتر لِنا، این طیف در همه طول‌موج‌ها نمایش داده می‌شود. با استفاده از این دستگاه می‌توان میزان جذب و عبور نور از یک ماده را به دست آورد.
طیف سنج مرئی-فرابنفش از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده است. هر یک از این قسمتها وظایف مهمی را برعهده دارند. بنابراین در زیر به بررسی این قسمتها می‌پردازیم. البته این بخش از مطالب در مقاله ساخت دستگاه اسپکتروفتومتر به طور مفصل توضیح داده شده است.
اجزای تشکیل دهنده اسپکتروفتومتر
اسپکتروفتومتر از ۵ جز اصلی تشکیل شده است. در زیر این المان‌ها را معرفی کرده‌ایم. همچنین به کاربردهای اصلی این ابزارها هم اشاره شده است.
- منبع نوری: معمولا در ساخت اسپکتروفتومترها از لامپ‌های دوتریوم (ناحیه فرابنفش) و هالوژن-تنگستن (ناحیه مرئی) استفاده می‌شود.
- المان پاشنده: این المان، نور را به اجزای تشکیل دهنده خود تجزیه می‌کند. امروزه در اسپکتروفتومترها توری‌های هولوگرافی مورد استفاده قرار میگیرند. علت آن در مقاله اساس کار اسپکتروفتومتر به صورت مفصل توضیح داده شده است.
- محل قرارگیری نمونه: نمونهها برای اندازه‌گیری در این دستگاه باید در ظروف مخصوص مانند کووت، لوله آزمایش و … ریخته شوند. در طیف سنج قسمتی تعبیه شده که این ظروف در آنجا قرار میگیرند. حتی از نمونه‌های جامد مانند فیلم نازک (thin film) نیز می‌توان طیف‌گیری کرد. برای این نوع نمونهها کامپارتمنت‌هایی طراحی شده که تحت عنوان لوازم جانبی اسپکتروفتومتر عرضه می‌شوند.
- یک یا چند آشکارساز برای اندازه‌گیری شدت نور: آشکارسازها سیگنال نوری را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند. در طیف سنج‌ها از آشکارسازهای CCD بیشتر استفاده می‌شود. از مزیت‌های استفاده از CCDها در این مورد می‌توان به ویژگی‌هایی از جمله حساسیت بالا به نور، سرعت بالای پردازش، نویز کم و دوام بالا اشاره کرد.
- سایر المان‌های اپتیکی مانند آینه‌ها یا لنزها: از المان‌های اپتکی مانند لنزها و آینه‌ها برای هدایت و متمرکز کردن نور در اسپکتروفتومترها استفاده می‌شود.
حالا که با اجزای سازنده طیف سنج آشنا شدید، به سراغ نحوه کار اسکپتروفتومتر می‌رویم.
عملکرد طیف سنج مرئی-فرابنفش
بسته به پیکربندی طیف سنج (تک پرتو و دو پرتو) کار با دستگاه اسپکتروفتومتر هم متفاوت است. در اسپکتروفتومتر تک پرتو ابتدا محلول مرجع در محل قرار گیری نمونه قرار می‌گیرد (شکل ۱). پرتوی نور از یک منبع نور به سمت نمونه هدایت می‌شود. نور از داخل محلول مرجع عبور می‌کند و جذب مولکول‌های ماده می‌شود. سپس به وسیله لنزها روی توری پراش متمرکز می‌شود. توری، نور را به طول‌موج‌های تشکیل دهنده‌اش تجزیه می‌کند. بعد از این مرحله نور پراکنده شده به سمت آشکارساز هدایت می‌شود. سپس محلول مرجع با نمونه تعویض می‌شود و این فرآیند برای محلول نمونه نیز تکرار می‌شود. در دستگاه تک پرتو شدت نور عبوری از مرجع و شدت عبوری از محلول نمونه با هم مقایسه می‌شوند و طیف (جذبی، عبوری) نمونه به دست می‌آید.
در اسپکتروفتومتر دو پرتو دو جایگاه برای قرار گیری کووت وجود دارد (شکل ۲). در یکی محلول مرجع و در دیگری محلول نمونه قرار می‌گیرد (پیش‌تر گفتیم که از نمونه‌های جامد هم می‌توان طیف‌گیری کرد. اما با توجه به اینکه محلول‌ها بیشتر مورد آزمایش قرار میگیرند ما نیز در ادامه نمونه‌های محلول را مثال خواهیم زد). در این دستگاه نور پس از خروج از منبع نوری با چاپر برخورد می‌کند. چاپر مسیر نوری را بین نمونه و رفرنس سوئیچ می‌کند و با سرعتی می‌چرخد که اندازه‌گیری‌های بین نمونه و رفرنس چندین بار در ثانیه اتفاق می‌افتد. به این ترتیب پس از مقایسه شدت نمونه و مرجع توسط طیف سنج، طیف نمونه به دست می‌آید.
شرکت تکسان با به کار بردن تجارب و دانش افراد خبره، اسپکتروفتومتر را در هر دو پیکربندی (تک پرتو و دو پرتو) تولید می‌کند. کار کردن با هر دو دستگاه بسیار آسان است.
برای کار با دستگاه تک پرتو مراحل زیر را اجرا کنید:
- بعد از اتصال کابل USB از دستگاه به کامپیوتر، اسپکتروفتومتر را روشن کرده و نرم‌افزار تانش را اجرا نمایید.
- بعد از اعمال تنظیمات طیف‌گیری، کووت مرجع را در محل قرار گیری ظرف قرار دهید. در این مرحله اندازه‌گیری‌ها روی محلول مرجع انجام می‌شود.
- در مرحله بعد نرم‌افزار از شما می‌‌خواهد تا محلول مرجع را با نمونه تعویض کنید. بعد از این کار محاسبات توسط نرم‌افزار صورت می‌گیرد و طیف نمایش داده می‌شود.
در دستگاه اسپکتروفتومتر دو پرتو طیف‌گیری مانند دستگاه تک پرتو است. با این تفاوت که دیگر نیازی به جابهجا کردن نمونه و مرجع نیست. زیرا هر دو محلول (هم نمونه و هم مرجع) به طور همزمان در داخل دستگاه قرار میگیرند و طیف به دست می‌آید.
تا این قسمت از مقاله با کلیات اسپکتروفتومتر آشنا شدید. حالا می‌خواهیم به نحوه نگهداری، ملاحظات کار و نحوه کار با این دستگاه بپردازیم.
شرایط نگهداری
برای افزایش طول عمر طیف سنج و کارایی بهتر، به نکات زیر دقت کنید.
- اسپکتروفتومتر دارای قطعات حساس اپتیکی و الکترونیکی است. بنابراین در هنگام حمل‌ونقل و استفاده باید احتیاط شود. همچنین از وارد آمدن ضربه و شوک‌های مکانیکی و الکتریکی به آن خودداری گردد. توصیه می‌شود بعد از اینکه دستگاه از طرف شرکت نصب و راه‌اندازی شد، اسپکتروفومتر جابهجا نشود.
- تحت هیچ شرایطی دستگاه را باز نکنید. در این صورت هولوگرام داخلی مخدوش شده و دستگاه از گارانتی و خدمات پس از فروش خارج می‌شود (در این صورت شرکت تکسان هیچ‌گونه مسئولیتی در قبال مشکلات و آسیب‌های بعدی نخواهد داشت). همچنین ممکن است در حین باز کردن دستگاه، قطعات اپتیکی جابهجا شوند. حتی ممکن است گرد و غبار روی این قطعات بنشیند. در این صورت دیگر اسپکتروفتومتر به درستی کار نخواهد کرد و نتایج به دست آمده دقیق نخواهد بود. پس اکیدا توصیه می‌شود که به هیج عنوان دستگاه باز نشود.
- پس از اتمام کار با دستگاه، تمام اتصالات را از بدنه دستگاه جدا نمایید.
- از عدم نوسان برق ورودی به دستگاه اطمینان حاصل کنید. درصورت احتمال بروز نوسانات برق از UPS استفاده کنید.
- در صورت خارج شدن دستگاه از حالت کالیبره، لطفاً با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید. ذکر این نکته حائز اهمیت است که اسپکتروفتومترهای شرکت تکسان نیاز به کالیبراسیون خارجی ندارند. به این معنی که سیستم فقط یک بار در شرکت کالیبره می‌شود. اگر در اثر جابه‌جایی نامناسب و سایر عوامل کالیبراسیون سیستم دچار مشکل شد، با ما تماس بگیرید.
- مناسبترین دما جهت عملکرد بهینه اسپکتروفتومتر بین ۲۰ تا ۲۵ درجه سانتیگراد است. استفاده از اسپکتروفتومتر در دماهای بالاتر از ۳۰ درجه به مدت طولانی ممکن است باعث کاهش بهره عملکرد و آسیب دیدن آن شود.
- محیط نگهداری دستگاه باید عاری از هرگونه گرد و غبار باشد. همواره بعد از استفاده از دستگاه، درب آن را ببندید و روی آن را با کاور مخصوص بپوشانید.
- جهت تهویه هوای مناسب اطراف دستگاه، بهتر است حداقل ۳ سانتیمتر از هر سمت و ۸ سانتیمتر از سمت اتصالات آن، فضای خالی در نظر گرفته شود.
- مکان قرارگیری دستگاه باید دور از تابش مستقیم آفتاب باشد.
- دستگاه نباید در نزدیکی امواج الکتریکی و یا مغناطیسی قرار گیرد.
عملکرد دستگاه علاوه بر موارد ذکر شده به عوامل دیگری هم وابسته است. در ادامه این عوامل را بررسی خواهیم کرد.
عوامل تاثیر گذار در روند طیف‌گیری
همان طور که گفته شد برای کارایی بهتر دستگاه، باید به طرز صحیحی از آن استفاده کنیم. اما در طول انجام آزمایش توجه به برخی نکات ضروری است. این نکات موجب می‌شود تا نتایج دقیق‌تری به دست آید. در زیر به این نکات اشاره کرده‌ایم.
- پیش از شروع به طیف‌گیری باید ظرف مناسبی برای محلول نمونه یا مرجع انتخاب شود. بسته به نوع آزمایش می‌توان از کووت، لوله‌های آزمایشی، لوله گاما و … استفاده کرد. برای انجام آزمایش‌هایی که شامل محدوده طول موجی ۲۰۰ تا ۱۱۰۰ نانومتر می‌شود، ظروفی از جنس کوارتز مناسب است. اگر ناحیه مرئی و یا فروسرخ (۳۵۰ تا ۱۱۰۰ نانومتر) برای انجام آزمایش‌ها مورد استفاده قرار گیرد، ظروف شیشه‌ای مناسب این طیف‌گیری خواهد بود. و در صورتی که بازه طیف‌گیری ناحیه طول موجی ۴۰۰ تا ۱۱۰۰ نانومتر را شامل شود، ظروف نمونه پلاستیکی یکبار مصرف نیز قابل استفاده است. کیفیت این ظروف متنوع بوده و معمولا استفاده از آن‌ها توصیه نمی‌شود. انتخاب نوع ظرف بسیار مهم است. به عنوان مثال اگر محدوده طیف‌گیری مورد نظر شما در ناحیه فرابنفش باشد و شما از ظروف شیشه‌ای استفاده کنید، قسمت UV طیف حذف می‌شود و اطلاعات شما از بین می‌رود که این امر مطلوب نیست. اما در نظر داشته باشید که می‌توان از ظروف کوارتز به جای شیشه استفاده کرد. به این علت که محدوده طول‌موجی ظرف شیشه‌ای داخل بازه طول‌موجی ظرف کوارتزی قرار می‌گیرد. بنابراین باید محدوده مورد آزمایش خود را در نظر بگیرید. پس از آن کووت مناسب آزمایش را انتخاب کنید.
کووت‌های شیشه‌ای و کوارتزی از لحاظ ظاهری هیچ تفاوتی با هم ندارند. بر روی کووت‌های کوارتزی علامت Q نوشته می‌شود. - نکته دیگری که باید به آن توجه کنید این است که کووت‌های کوارتزی در دو نوع ساخته می‌شوند. در نوع اول فقط دو وجه مقابل کوارتز هستند. در این کووت‌ها دو وجه دیگر را مات یا شیاردار می‌کنند تا با وجوه کوارتزی اشتباه گرفته نشود. بنابراین هنگام استفاده از این نوع کووت‌ها مطمئن شوید که وجوه کوارتزی در مسیر نور قرار میگیرند. در نوع دوم تمام وجوه کووت از کوارتز ساخته می‌شوند و همه وجوه آن شفاف هستند.
- حتما از تمیز بودن ظروف اطمینان حاصل کنید.
- محلول را قبل از اینکه داخل کووت بریزید به صورت همگن مخلوط کنید. اگر محلول به طور کامل مخلوط نشود، طیف به دست آمده صحیح نخواهد بود.
- حتما ظروف نمونه و مرجع از یک جنس انتخاب شوند.
- از حلال‌های مناسب استفاده کنید. حلال باید دارای دو ویژگی باشد: اول این که نباید با آنالیت برهم‌کنش داشته باشد. در ضمن نباید در طیف جذب آنالیت تداخل ایجاد کند. علاوه بر این حلال باید بر اساس خواص جذبی در بازه طول موجی مورد نظر انتخاب شود. و در آخر باید مناسب ماده و شرایط آزمایش باشد.
- نمونه‌هایی که حاوی ذرات کلوییدی معلق، گرد و غبار یا دیگر مواد ذره‌ای هستند باید فیلتر یا سانتریفیوژ شوند و یا فرصت ته‌نشین شدن به این ذرات داده شود. در غیر این صورت برآیند اتلاف ناشی از پراکندگی نور و یا بازتاب در طیف عبوری، اطلاعات طیفی مربوط به ماده مورد آزمایش را مختل می‌کند.
- هنگامی که یک ظرف جدید را با نمونه پر می‌کنید، حباب‌های هوا به دیواره‌های ظرف می‌چسبند و طیف‌گیری را مختل می‌کنند. برای جلوگیری از تشکیل حباب‌های هوا، ظروف را با مایع پاک کننده و غیر فعال‌ساز بشویید.
- بعد از روشن کردن طیف سنج بلافاصله طیف‌گیری را شروع نکنید. زیرا منابع نوری به یک بازه زمانی برای گرم شدن (Warm up) نیاز دارند.
تا این بخش از مقاله کاملا با نحوه کار با اسپکتروفتومتر و عملکرد آن آشنا شدید. اکنون زمان آن رسیده که برخی از مشکلاتی که ممکن است برای دستگاه پیش بیاید را بررسی کنیم. البته با رعایت همه اصول و نکات، طول عمر اسپکتروفتومتر افزایش می‌یابد و مشکلی در عملکرد آن به وجود نمی‌آید. اما ممکن است در اثر برخی عوامل مانند ضربه، عملکرد سیستم مختل شود.
عیب‌یابی
اگر در نحوه طیف‌گیری به وسیله طیف سنج UV-Visible به مشکل برخوردید، موارد زیر را بررسی کنید.
- به یاد داشته باشید که در صورت عدم طیف‌گیری، همیشه مشکل از دستگاه نیست. ابتدا اطمینان حاصل کنید که نمونه و محلول مرجع به درستی در دستگاه قرار گرفته‌اند و نور از آن‌ها عبور می‌کند.
- در برخی موارد ماده به تابش نور حساس است. با تابیدن نور، ماده دچار واکنش‌های شیمیایی می‌شود. در این صورت با گذشت زمان، طیف به دست آمده تغییر می‌کند. پس در مورد ماهیت نمونه اطلاعات کافی به دست آورید.
- در صورت روشن نشدن دستگاه ابتدا اتصال برق و USB را چک کنید (شکل ۵). در غیر این صورت ممکن است برد سیستم مختل شده باشد. به هیچ وجه دستگاه را باز نکنید و با کارشناسان شرکت تکسان تماس حاصل فرمایید.
- مطمئن شوید که در مسیر نوری مانعی قرار نگیرد.
- در اسپکترفتومتر لِنا با روشن کردن دستگاه و اجرای نرم‌افزار، سیستم به طور خودکار عملیات عیب‌یابی را انجام می‌دهد. اگر در هر یک از قسمتها از جمله لامپ‌ها، فن، شاتر و سایر قسمتها مشکلی وجود داشته باشد، مربع مربوط به آن قسمت با علامت ضربدر قرمز مشخص می‌شود. در این صورت کافی است با ما تماس بگیرید تا در اسرع وقت مشکل را بر طرف کنیم (شکل۶).
- در برخی موارد هم دستگاه کاملا سالم است. ایراد اصلی در نرم‌افزار است. برای طیف‌گیری نرم‌افزار مختص دستگاه را اجرا کنید. از نصب صحیح نرم‌افزار مطمئن شوید (اگر اسپکتروفتومتر را از شرکت تکسان تهیه کنید، کارشناسان ما تمام مراحل نصب و راه‌اندازی را به صورت کامل انجام خواهند داد). در صورت نیاز نرم‌افزار خود را به‌روزرسانی کنید.
جمع‌بندی
اسپکتروفتومتر دستگاهی است که میزان جذب یا انتقال نور از داخل نمونه را به عنوان تابعی از طول موج اندازه‌گیری می‌کند. این طیف سنج از ۵ جز اصلی تشکیل شده است. این اجزا عبارت‌اند از: منبع نوری، المان پاشنده، محل قرارگیری نمونه، آشکارساز، المان‌های اپتیکی مانند آینه و لنز. هر یک از این المان‌ها نقش بسیار مهمی در عملکرد اسپکتروفتومتر UV-Vis دارند.
بسته به پیکربندی اسپکتروفتومتر این دستگاه در دو نوع تک پرتو و دو پرتو ساخته می‌شود. در طیف سنج تک پرتو تنها یک جایگاه برای نگهداری کووت وجود دارد. اما در اسپکتروفتومتر دو پرتو دو جایگاه برای قرارگیری کووت وجود دارد. همچنین پرتو نور به وسیله چاپر بین نمونه و مرجع سویچ می‌شود. به این ترتیب طیف‌گیری همزمان صورت می‌گیرد.
در این دانشنامه نحوه نگهداری و عیب‌یابی دستگاه به طور مفصل بیان شده است. مانند سایر دستگاه‌ها طیف سنج مرئی-فرابنفش نیز نیاز به نگهداری دارد. بدین منظور نکاتی ذکر شد. پیروی از این نکات منجر به افزایش طول عمر اسپکتروفتومتر می‌شود. همچنین عواملی مانند انتخاب صحیح نوع کووت، تمیزی کووت و غیره می‌تواند نتایج طیف‌گیری را تحت تاثیر قرار دهد.
با توجه به این که در این مقاله به نگهداری و استفاده از اسپکتروفتومتر پرداخته شد، می‌توانید با ویژگی‌های این دستگاه بیشتر آشنا شوید و از آن لذت ببرید!
منابع
- https://zaya.io/hfju3
- https://zaya.io/39zpf
- https://zaya.io/swotg
- https://zaya.io/6wmr0
- https://zaya.io/ra0z9
