اسپکتروفتومتر UV/VIS چیست و چه کاربردی دارد

در این مقاله قصد داریم به موضوع اسپکتروفتومتر UV/VIS و کاربردهای آن بپردازیم؛ با ما همراه باشید …

خصوصیات مواد خالص و ناخالص و همچنین تجزیه شیمیایی با استفاده از متدهای فیزیکی به‌دست می‌آید. تعیین نقطه ذوب، ضریب شکست نور، چگالی و اسپکتروفتومتر نوری در محدوده نور فرابنفش و نور مرئی (UV/VIS) از جمله تکنیک‌های مؤثر در تمامی بخش‌های مارکتینگ و کارگاه‌ها به شمار می‌روند. این تکنیک‌ها به‌طور گسترده در زمینه تحقیق، تولید و کنترل کیفیت برای طبقه بندی و مطالعه مواد به کار می‌روند.

میزان جذب نور توسط نمونه، اساس کار اسپکتروفتومتر UV/VIS می‌باشد. با توجه به مقدار نور جذب شده توسط نمونه و طول موج نور، اطلاعات ارزشمندی همچون خلوص نمونه به‌دست می‌آید. علاوه بر این، مقدار نور جذب شده به میزان حجم نمونه بستگی دارد؛ بنابراین آنالیز کمی با استفاده از اسپکتروفتومتر نوری امکان‌پذیر است!

طی سال‌ها، متلر تلدو (Mettler Toledo) برای توصیف مشخصات نمونه (به‌عنوان مثال: دما، pH، رسانایی، ضریب شکست نور، چگالی) و تعیین محتوا به‌وسیله تیتراسیون، راه حل‌های ابزاری ارائه داده است. با معرفی یک تکنیک تحلیلی جدید، قدرت و امکانات کاربردی ابزارهای Mettler Toledo گسترش یافته؛ به‌ طوریکه این ابزارها قادرند چندین پارامتر را به‌طور جامع تعیین نمایند.

اسپکتروسکوپی‌های UV/VIS جدید، روند کار مشتری‌ها را با ارائه ابزارهای آزمایشگاهی معتبر پشتیبانی می‌کنند. این دستگاه‌ها بسیار سریع بوده و نحوه استفاده از آن‌ها نیز آسان می‌باشد. مقاله حاضر، اطلاعات اساسی در زمینه کاربرد و نحوه استفاده بهینه از تکنیک‌ها را در اختیار شما قرار می‌دهد.

مطالب مرتبط:

• مطالعه درباره اسپکتروفتومتر Vis مدل DR3900

• نکات مهم اندازه گیری نمونه در اسپکتروفتومتر UV/Vis

اسپکتروفتومتر UV/VIS چیست

برخورد نور با ماده اساس کار اسپکتروفتومتر نوری است. شکل زیر نشان می‌دهد که هنگام برخورد نور با ماده چه اتفاقاتی رخ می‌دهد …

شکل 1و2: نوری که توسط ماده جذب نشود، منعکس شده و با چشم قابل مشاهده است!

هر دو شی در معرض نور مرئی یا سفیدی که در شکل بصورت رنگین کمان نشان داده شده است قرار می‌گیرند. رنگ های مختلف بیانگر اجزای مختلف نور مرئی می‌باشند. هنگامی که پرتوهای نور به یک جسم می‌تابند، ممکن است یک یا چند جزء سازنده آن (برای مثال رنگ‌های نور مرئی) بطور اختصاصی توسط جسم جذب شود.

رنگ هایی که توسط اشیا جذب نشوند منعکس می‌شوند. در مثال فوق، گوجه فرنگی نور قرمز (شکل 1) و کدو نور سبز (شکل 2) را منعکس می‌کند. تمام رنگ‌های دیگر توسط این دو جسم جذب می شوند. نور منعکس شده با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است؛ به همین دلیل گوجه فرنگی به رنگ قرمز و کدو به رنگ سبز دیده می‌شود.

نور از نظر فیزیکی، انرژی است که با سرعت بسیار بالا در فضا منتشر می‌شود. به طور ویژه، نور (انرژی تابشی) در قالب یک طول موج به فضا ساطع می‌شود. انرژی نوری همانند یک موج در فاصله معینی بین مینیمم و ماکزیمم تابع زمان نوسان دارد. فاصله بین دو ماکسیمم یا دو مینیمم با توجه به موج الکترومغناطیسی آن‌ها، بعنوان طول موجی در مقیاس نانومتر (nm) تعریف شده است.

هر رنگ دارای طول موج مشخصی است. بعنوان مثال، نور قرمز دارای طول موج 660nm و نور سبز دارای طول موج 520nm می‌باشد؛ بنابراین اجزا مختلف نور با طول موج مخصوص به خود مشخص می‌شوند. مجموع تمام طول موج ها، یک طیف نامیده می‌شود. طیف نمایانگر توزیع انرژی تابشی است. برای مثال طیف الکترومغناطیسی نور مرئی بطور تقریبی در محدوده 390nm تا 780nm قرار دارد.

توجه داشته باشید که انرژی امواج الکترومغناطیسی به طول امواج بستگی دارد. هرچه طول موج کوتاهتر باشد انرژی بیشتر است. برای مثال، نور فرابنفش در مقایسه با نور فروسرخ طول موج کوتاهتری دارد؛ در نتیجه سطح انرژی نور فرابنفش نسبت به امواج فروسرخ بیشتر است.

• بخوانید: مطالعه درباره اسپکتروفتومتر UV/Vis مدل DR6000

ابزار تحلیلی جدب نور با اسپکتروفتومتر UV/VIS

جذب نور در شیمی تجزیه برای تعیین خصوصیات کیفی و کمی مواد بکار می‌رود. اسپکتروفتومتر UV/VIS روشی است که براساس جذب نور توسط یک ماده یا نمونه ناشناخته انجام می‌پذیرد. از این رو، نمونه توسط اشعه‌های الکترومغناطیسی با طول موج‌های مختلف در ناحیه مرئی (رنگ‌های مختلف VIS)، فرابنفش (UV) و بخش پایین‌تر ناحیه فروسرخ (نزدیک IR) طیف، روشن می‌گردد. با توجه به نوع ماده، نور بطور کامل جذب نمی‌شود. نور باقیمانده یا پراکنده شده بعنوان تابعی از طول موج، بوسیله یک دیتکتور مناسب ثبت شده و طیف UV/VIS مورد نیاز برای نمونه را فراهم می‌کند.

در نتیجه از آنجا که هر ماده ای نور را به روش متفاوتی جذب می‌نماید، رابطه منحصر به فردی بین هر ماده و طیف UV/VIS آن برقرار است. این طیف برای شناسایی و ارزیابیِ کمی مواد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اسپکتروفتومتر UV/VIS معمولا برای آنالیز مولکول‌های آلی، یون های غیرآلی یا کمپلکس‌های محلول بکار می‌رود. با این وجود، مواد جامد مانند پوسته و شیشه نیز با این روش قابل آنالیز می‌باشند. طیف‌های UV/VIS برای اندازه‌گیری کمی ترکیبات ویژه، مورد استفاده قرار می‌گیرند. غلظت آنالیت (Analyte) موجود در محلول را می‌توان با اندازه‌گیری میزان جذب نور در طول موج های معین محاسبه کرد.

اسپکتروسکوپی UV/VIS روشی است که طیف‌های فرابنفش (UV) و نور مرئی (VIS) جذب شده توسط نمونه های مختلف، با استفاده از یک دستگاه اسپکتروسکوپی (Spectroscopy) ثبت می‌شوند. این دستگاه طیف‌های یک نمونه را در دامنه UV/VIS اندازه‌گیری می‌نماید.

• بخوانید: شرایط و نکات طلایی استفاده از اسپکتروفتومتر

اصول اندازه گیری در اسپکتروفتومتر UV/VIS

اسپکتروفتومتر UV/VIS شدت نور عبوری از محلول نمونه را در یک کووت اندازه‌گیری کرده و نتایج بدست آمده را با شدت نور اولیه (نوری که هنوز از نمونه عبور نکرده است) مقایسه می‌کند. اجزای اصلی یک اسپکتروسکوپی UV/VIS شامل منبع نور، نگهدارنده سمپل، دستگاه پاشنده برای جداسازی طول موج های مختلف نور (برای مثال؛ تکفامساز) و یک دیتکتور مناسب می‌باشد.

برخی از محصولات اسپکتروفتومتر:

اسپکتروفتومتر Vis مدل DR3900 کمپانی HACH

سپکتروفتومتر UNICO مدل Vis 2100

اسپکتروفتومتر UV-Vis مدل AE-S60-4UPC

اساس کار دستگاه اسپکتروفتومتر

اساس کار دستگاه اسپکتروفتومتر UV/VIS به شرح ذیل است:

• شاهد (اندازه گیری شدت نور عبوری از حلال)

1.  حلال (آب یا الکل) به درون یک کووت شفاف و غیر جاذب ریخته می‌شود.
2.  پرتو نور ساطع شده از منبع، از کووت حاوی حلال عبور می‌کند.
3.  سپس شدت نور عبوری در طول موج‌های مختلف توسط دیتکتور تعبیه شده در امتداد کووت حاوی حلال، اندازه‌گیری و ثبت می‌گردد.

این مرحله به عنوان مرحله شاهد شناخته شده و در اندازه‌گیری نمونه، بسیار حائز اهمیت است.

• تعیین نمونه

1.  نمونه در حلال مورد نظر حل شده و به داخل کووت انتقال داده می‌شود.
2.  پرتو نور ساطع شده از منبع نور، از کووت حاوی نمونه عبور می‌کند.
3.  پرتو نور به هنگام عبور از داخل کووت تا حدی توسط مولکول‌های محلول نمونه جذب می‌شوند.
4.  نور عبوری توسط دیتکتور اندازه‌گیری می‌شود.
5.  اختلاف شدت نور در طول موج های مختلف با تقسیم شدت نور عبوری محلول نمونه بر مقادیر شاهد مربوطه، محاسبه می‌گردد. این نسبت در نهایت توسط یک دستگاه ضبط کننده ذخیره می‌شود.

• جذب و انتقال

دیتکتور موجود در اسپکتروسکوپی UV/VIS، شدت نور را پس از عبور از محلول نمونه اندازه‌گیری می‌نماید. پرتو نور جمع آوری شده توسط دیتکتور، “شدت عبور I” نامیده می‌شود. شدت نور عبوری از محلول نمونه به علت جذب نور در طول موج های مختلف کاهش می‌یابد؛ بنابراین شدت نور عبوری کمتر از شدت نور اولیه می‌باشد.

نسبت دو مولفه شدت با عنوان ضریب انتقال T، تعریف شده و واحد آن % می‌باشد.

اصلی‌ترین مؤلفه اندازه گیری شده توسط اسپکتروفتومتر UV/VIS، “مؤلفه ضریب انتقال” است. در واقع میزان جذب A، نشان دهنده نتایج گسترده ثبت طیف‌های UV/VIS می‌باشد که به‌صورت لگاریتم منفی انتقال تعریف شده و از مزایای بسیاری برخوردارند.

توجه داشته باشید که A، واحد اندازه‌گیری ندارد؛ به عبارت دیگر، این مقدار بدون بُعد است! با این وجود، میزان جذب اغلب با استفاده از حروف “A” یا “AU” برای واحد مواد نمایش داده می‌شود. (برای مثال: 0.3A)

نتایج اندازه‌گیری دستگاه اسپکتروفتومتر UV/VIS در شکل زیر نمایش داده شده است:

طیف عبوری نمونه، به‌عنوان تابعی از طول موج ثبت می‌گردد. در مثال فوق، نمونه مورد نظر، نور را عمدتاً در طول موج‌های 370nm ،450nm ،480nm و 540nm جذب می‌کند. جذب نور در طول موج‌های مذکور با افت شدید ضریب عبور مشخص شده است.

در شکل زیر، طیف جذبی نمونه به‌عنوان تابعی از طول موج ارائه شده است. توجه داشته باشید که ماکزیمم جذب در همان طول موج‌های معین شده در شکل 10 می‌باشد. درجه جذب نور در شکل با مقادیر بالاتری نشان داده می‌شود.

به‌طور کلی، مدل هندسی طیف UV/VIS به‌صورت تابعی از طول موج جذبی ارائه شده است. مزیت این نظریه نیز مشخص می‌باشد: ارتفاع نقطه ماکزیمم جذب با غلظت نمونه‌ها رابطه مستقیم دارد.

• بخوانید: اسپکتروفتومتر UV/VIS در شیمی تجزیه چیست

قانون بیرلمبرت

شدت نور هنگام عبور از یک کووت شفاف حاوی محلول نمونه، با توجه به میزان غلظت نمونه کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر، هرچه غلظت محلول بیشتر باشد نور بیشتری را جذب می‌کند. علاوه بر این، کاهش شدت نور به طول کووت نیز بستگی دارد. هرچه کووت طویل‌تر باشد نور بیشتری جذب می‌کند.

هر دو فاکتور با در نظر گرفتن میزان جذب، بعنوان تابعی از غلظت و طول کووت بیان می‌شود. مقدار جذب A برابر است با ضریب جذب، میزان غلظت c و طول کووت d:

این نسبت، قانون بیر لمبرت نامیده می‌شود:

1.  غلظت نمونه c به ترتیب برحسب یا می‌باشد.
2.  طول کووت d بر حسب است.
3.  ضریب جذب (اپسیلون) همواره مقدار ثابتی است و مقدار نور جذب شده در طول موج‌های معین را نشان می‌دهد.

اگر طول کووت 1cm و میزان غلظت 1% w/v باشد، ضریب جذب ویژه نامیده می‌شود.

قانون بییر لمبرت با اندازه‌گیری مقدار جذب، میزان غلظت نمونه را معین می‌کند. اگر ضریب جذب و طول کووت d مشخص باشد، میزان غلظت c با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌گردد:

به منظور اندازه‌گیری بهینه و مطابقت آن با قانون بیر لمبرت، مقدار جذب باید در دامنه خطی دستگاه قرار بگیرد. در این محدوده، مقدار جذب با میزان غلظت رابطه مستقیم دارد. بنابراین توصیه می‌کنیم از اعمال مقادیر جذب بسیار بالا و همچنین مقادیر جذب بسیار پایین خودداری کنید؛ زیرا ممکن است منجر به حرکت غیرخطی کالیبراسیون شود. حرکت غیرخطی در شکل زیر نمایش داده شده است. مقادیر جذب بالاتر از A=2.5 و پایین تر از A=0.3 (نقطه چین قرمز رنگ) از خط کالیبراسیون فرضی (خط سبز) منحرف می‌شوند:

***

به پایان این مقاله رسیدیم. در این مطلب آموزشی تلاش کردیم بصورت علمی به اینکه اسپکتروفتومتر UV/VIS چیست و چه کاربردی دارد بپردازیم، امیدواریم با مطالعه این مقاله توانسته باشید پاسخ سوالات خود را دریافت کنید. جهت خرید اسپکتروفتومتر Visible و UV-Visible با یکسال ضمانت و 10 سال خدمات پس از فروش با شماره‌های 02166578892 و 02166572995 تماس حاصل نمایید.