تبلیغات
Lab 87
Lab 87
 
قالب وبلاگ
نظر سنجی
نظر شما؟





اسپكتروفوتومتر یا طیف سنج، دستگاهی است كه شدت نور را به صورت تابعی از طول موج اندازه‌گیری می كند. این كار با انكسار پرتو نور به طیف طول موج ها و آشكارسازی شدت ها با دستگاه بار دار و نمایش نتایج به صورت گراف انجام می‌شود. در حقیقت این روش با استفاده از میزان جذب نور،  تعیین غلظت می‌كند. این روش قابلیت اندازه گیری نمونه های فوق العاده كوچك را داشته لذا از آن برای تجزیه و تحلیل عناصر مولكول‌های‌DNA , RNA‌  استفاده می‌شود.

نور از بسته های بسیار كوچكی به نام فوتون تشكیل شده است كه انرژی هریك از آن‌ها  به محض برخورد به یك الكترون منتقل می شود. تنها هنگامی انتقال رخ می دهد كه  انرژی فوتون ها برابر با  انرژی مورد نیاز برای انتقال الكترون به لایه انرژی بعدی باشد. این پروسه كه در آزمایش‌های محاسبه كیفیت و كمیت‌DNA  موجود در محلول‌ها استفاده می شود، پایه طیف بینی جذبی را تشكیل می دهد. به طور كلی نور با طول موج و انرژی خاص به نمونه تابانده شده و مقدار مشخصی از انرژی آن جذب می شود. سپس با اندازه‌گیری انرژی رد شده از نمونه توسط یك فوتودتكتور، مقدار جذب تعیین می‌شود. ‌اسپكتروفوتومتر دستگاه پیچیده‌ای‌ است كه شدت نور را به صورت تابعی از طول موج است اندازه‌گیری می كند. در این دستگاه نور توسط یك منبع نور تولید شده و پس از گذشتن از میان نمونه مورد نظر نور، به صورت طیفی منتشر می شود سپس به وسیله سنسورها آشكارسازی شده و به صورت نتایج قابل كاربردی ترجمه می‌شود. خروجی اسپكتروفوتومتر همیشه نموداری از شدت نور نسبت به طول موج است. داده‌هایی كه برای تولید نمودار گردآوری شده، در جدولی از شدت نور و طول موج ذخیره می‌شود. مقدار گراف بیان كننده مقدار عبور یا مقدار جذب است. اسپكتروفوتومترهای امروزی دیجیتالی بوده و به وسیله میكروپروسسور كنترل می شوند.‌

اجزا اسپكتروفوتومتر

چهار بخش اصلی در اسپكتروفوتومتر وجود دارد: منبع نور، نمونه، آشكارساز و مفسر. منبع نور می‌تواند نور مرئی، مادون قرمز یا ماوراء بنفش باشد. پس از منبع نور یك تك فام ساز (مونوكروماتور) وجود دارد تا نور تولید شده را فیلتر  و توسط یك منشور یا توری پراش طول موج‌های خاصی را انتخاب كند. پس از گذشتن نور تولید شده از داخل نمونه و جذب بخشی از آن، پس از گذشتن از مجموعه ای از لنزها، شكاف‌ها، آینه‌ها و فیلترها به سنسور‌ها رسیده و پس از تفسیر شدن به صورت نموداری در خروجی قرار می گیرد.‌

عملكرد دستگاه

مسیر نور

در حال حاضر دو منبع نور‌UV‌  و‌VIS  برای اسپكتروفوتومتر وجود دارد. متداول ترین منبع نور برای تولید نور مرئی یك لامپ هالوژن تنگستن با طول موجی بین 200 و 340 نانومتر است. چنانكه در شكل 1 دیده می شود نور از میان نمونه عبور كرده و از طریق شكافی وارد اسپكتروفوتومتر می‌شود. 

 شكاف نازك باعث پراكنده شدن نور و پخش به خارج می‌شود.  از آنجا كه  دستگاه‌ها تنها یك باریكه نور دارند، در بیشتر موارد طول موج پرتو خوانده شده از نمونه دستخوش تغییر واقع می شود و برای اصلاح این امر از آینه‌های مقعر استفاده می شود. بدین ترتیب كه نور توسط آینه ای مقعر به شبكه پراكننده كننده منعكس شده و دوباره به آینه مقعر دیگری منعكس می‌شود. این آینه كانونی نور را به سمت آشكارساز متمركز  می‌كند .‌

آینه‌هایی كه امروزه  مورد استفاده قرار می‌گیرند  به سه دسته تقسیم می شوند. اولین دسته از شیشه ساخته شده و برای خواندن جذب در طول موج های‌UV‌  بیشتر از 340 نانومتر استفاده می شود. دسته دوم از سیلیس گداخته یا كوارتز ساخته شده و به علت شفافیت بسیار زیاد می‌تواند در اندازه‌گیری جذب طیف‌های ( ‌UV-VIS‌ 200 تا 800 نانومتر) استفاده  شود و آخرین نوع آینه های یك بار مصرف است كه انواع مختلفی دارد. یك نمونه از آن از پلی متا اكریلیت بوده و تنها برای اندازه‌گیری طول موج های 280 تا 800 نانومتر استفاده می شود.‌

طبق آخرین تحقیقات آزمایشگاهی، منبع‌UV‌  می‌تواند لامپ هیدروژنی فشار بالا یا لامپ دوتریوم باشد. هنگامی كه  میزان جذب در طیف‌UV‌  اندازه‌گیری می شود، لامپ دیگر خاموش می شود و زمانی كه اندازه‌گیری جذب در نور مرئی انجام می شود بر عكس این مساله اتفاق می افتد  كه  دلیل این امر جلوگیری از تداخل طول موج های غیر ضروری در نور منتشر شده از نمونه است. ‌

آشكار ساز

در انتهای مسیر نور ، آشكار ساز وجود دارد كه وظیفه آن اندازه‌گیری شدت نور تابیده شده از آینه‌ها و انتقال اطلاعات به كنتوری است كه آن‌ها را ثبت و مقدار را بر روی‌LCD‌  به اپراتور نمایش دهد. امروزه دو نوع آشكارساز در اسپكتروفوتومترهای‌UV/VIS  متداول است: فوتوتیوب و فوتومالتی پلایر تیوب. فوتوتیوب یا فوتوسل با تولید یك جریان الكتریكی عمل می كند. وقتی یك فوتون به كاتد سلول ضربه بزند، الكترون به سمت آند رانده شده و بدین ترتیب جریان الكترونی به ‌وجود می آید كه مقدار آن به میزان انرژی فوتون بستگی دارد. تیوب فوتومالتی پلایر كه بسیار حساس تر است به قانون اثر فوتوالكتریك پلانك استناد دارد. فوتون ها به سطح حساس تیوب ضربه زده و الكترون های اولیه را به حركت در می آورد ، با برخورد این الكترون ها با سطح بعدی الكترون های ثانویه نیز رها می شوند. این روال به همین ترتیب ادامه پیدا كرده تا به آند برسند و جریان الكتریكی راه بیفتد. جریان تولید شده چندین بار تقویت شده تا بتوان انرژی بسیار پایین یك فوتون را آشكارسازی و ثبت كرد.‌

دستگاه بار دار(CCD)

‌آشكارساز در بیشتر اسپكتروفوتومترها یك دستگاه بار دار خطی‌‌(CCD) است.‌CCD‌ نوعی سنسور است كه نور را حس می‌كند و از مدارهای مجتمعی مشتمل بر جفت خازن های كوپل شده حساس به نور تشكیل شده است. این خازن ها شدت نور دریافتی را حس كرده و آن‌را به سیگنال الكتریكی تبدیل می‌كند. آشكارساز خطی‌CCD‌   مشابه دامنه طول موج‌ها در اسپكتروفوتومتر دستی است. هر پیكسل در‌CCD‌  نشان دهنده‌ طول موج خاصی از نور است و  فوتون های جذب شده بیشتر، سیگنال‌های الكتریكی بیشتری تولید می كنند. بنابراین سیگنال‌های الكتریكی خروجی ‌CCD‌  در هر پیكسل، برابر نسبت شدت نور در طول موج متناظر است.‌ 

مفسر

اسپكتروفوتومترها می‌توانند خروجی خود را به صورت های مختلف نمایش دهند، اما متداول تر است كه آن را به كامپیوتر وصل كرده و برای آنالیز داده ها از نرم افزار استفاده كنند و آن  ‌را به صورت قابل كاربردی مانند نموداری از مقدار عبور یا مقدار جذب بر حسب طول موج نمایش می دهند.‌

انواع دیگر اسپكتروفوتومتر ‌

تك پرتو و دو پرتو

اسپكتروفوتومترها به دو دسته تقسیم می شوند: تك پرتو و دو پرتو. اسپكتروفوتومترهای  تك پرتو  اولین نسل اسپكتروفوتومترها بوده و تمام نور از بین نمونه عبور می كنند. در این نوع برای اندازه‌گیری شدت نور تابشی باید به این نكته توجه داشت. این اسپكتروفوتومترها ارزان تر هستند چرا كه بخش های كمتری داشته و سیستم آن‌ها پیچیدگی كمتری دارند. نسل جدیدتر اسپكتروفوتومترها نوع دو پرتو است. در این نوع نور قبل از اینكه به نمونه برسد به دو پرتو مجزا تفكیك می شود كه این مسئله یك امتیاز تلقی می‌شود زیرا خواندن منبع و نمونه به صورت همزمان انجام می‌شود. در برخی از اسپكتروفوتومترهای دو پرتوی، دو آشكارساز وجود دارد بدین ترتیب امكان اندازه‌گیری همزمان پرتوهای نمونه و مرجع فراهم می شود. سایر اسپكتروفوتومترهای دو پرتوی كه تنها یك آشكارساز دارند از برشگر پرتو استفاده می كنندكه این وسیله در هر لحظه یك پرتو را سد كرده و آشكارساز اندازه‌گیری پرتو نمونه و مرجع را به صورت یك در میان انجام می دهد.‌

نور مرئی

محدوده نور مرئی حدود 700-400 نانومتر است. اسپكتروفوتومترهای ناحیه مرئی دقت و صحت متغیری دارند. برخی از آن‌ها آشكارساز‌CCD‌  با پیكسل‌های كافی برای قرائت هر‌‌nm10  را دارند، درحالیكه برخی دیگر می‌توانند در هر نانومتر چندین قرائت انجام دهند. این اسپكتروفوتومترها می‌توانند از منابع نور سیمابی، هالوژن،LED‌ یا تركیبی از این منابع مثل ‌LED‌ تقویت شده با رشته‌های تنگستن استفاده كنند. ‌

نور ماوراء بنفش

اسپكتروفوتومترUV ‌علاوه بر اینكه در طیف سنجی مایعات بسیار متداول است، برای گازها و همچنین جامدات نیز استفاده می شود. نمونه را در محفظه مستطیلی مخصوص كه معمولا یك سانتی متر پهنا دارد قرار می دهند. این محفظه كه كاوت‌‌(cuvvette) نامیده می شود می‌تواند شكل  پلاستیك، شیشه یا كوارتز داشته باشد. پلاستیك و شیشه‌، UV‌  را جذب می كنند از اینرو تنها می‌توان آن‌ها را برای اسپكتروفوتومتری نور مرئی استفاده كرد.‌

نور مادون قرمز

اسپكتروفوتومتر مادون قرمز در شناسایی مولكولی و ارتعاشات وابسته به ساختار آن استفاده می شود.‌‌ ‌ساختارهای شیمیایی متفاوت، به دلیل تفاوت در انرژی های مربوط به هر طول موج، راه‌های مختلفی در پاسخ به طول موج های مختلف دارند. به عنوان مثال مادون قرمز‌های برد متوسط، تمایل به لرزش دورانی دارد، درحالیكه مادون قرمز نزدیك (با انرژی بالاتر) تمایل به لرزش هارمونیك مولكولی مانند جنبش دارد.‌

در اسپكتروفوتومترهای‌IR‌  متداول یك پرتو مادون قرمز مستقیما به نمونه می تابد و تمام طول موج‌های طیف نسبت به پرتو مرجع اندازه‌گیری می‌شود. به منظور تولید طیفی با كیفیت بالا، باید پهنای طیف ورودی به آرامی اسكن شود. اسپكتروسكوپی‌IR‌  با روش بسط تبدیل فوریه اصلاح می شود. قلب اسپكتروفوتومترهای ‌IR‌  تداخل سنج میشلسون است كه در شكل 3 نشان داده شده است. 

 نور تابش شده از منبع‌IR‌  به سمت سلول‌های نمونه هدایت می شود. نیمی از پرتو تابشی از آینه ثابت باز تابیده شده و نیم دیگر آن از آینه ای كه مرتبا در فاصله ای حدود دو و نیم میكرومتر حركت می كند منعكس می‌شود. هنگامی كه  دوباره  دو پرتو در آشكارساز با هم تركیب می شوند و تداخل به وجود می آید، حدود دو ثانیه یك اسكن از فاصله ورودی گرفته شده و در كامپیوتر ذخیره می شود. به همین ترتیب چندین اسكن دیگر نیز به طور همزمان به آن اضافه می شود. با توجه به نوسانات و ارتعاشات حرارتی در آزمایشگاه بدیهی است كه این امر نا ممكن است. پس به منظور حل این مشكل از لیزر هلیم - نئون برای تاباندن به تداخل سنج میشلسون استفاده می شود و تداخل لیزر به عنوان فركانس مرجع به كار گرفته می شود. كارائی‌FTIR‌  از دستگاه‌های معمولی بیشتر است كه می‌توان تنها با مقدار كمی از نمونه و در زمانی كوتاه به طیفی عالی دست یافت.‌

استفاده از اسپكتروفوتومتر

اسپكتروفوتومترها مستقیما برای اندازه‌گیری  شدت نور در طول موج های مختلف استفاده می شود و می‌تواند نماینده درصد نور تابشی مخابره شده یا جذب شده باشد. با استفاده از این اطلاعات و مقایسه آن با دانسیته‌ها و داده‌های به دست آمده می‌توان اسپكتروسكوپی را به عنوان یك ابزار استفاده كرد. مقایسه طیف‌ها برای تعیین غلظت جسم حل شده موجود در حلال مثال خوبی است. بدین ترتیب كه با ثبت نور ارسال و دریافت شده در طول موجی خاص و بررسی طول موج جذب شده توسط حلال می‌توان به غلظت آن پی برد. سپس آنالیز محلول با غلظت ناشناخته، با داده های معلوم مقایسه شده و به كمك تناسب غلظت محاسبه می‌شود. این عمل برای محلول‌هایی كه در آن‌ها چندین نوع حلال وجود دارد نیز قابل استفاده است والبته به دقت بیشتری در آنالیز طول موج ها احتیاج دارد. با توجه به حساسیت اسپكتروفوتومتر‌FTIR‌  مناسب ترین و رضایت بخش ترین روش  آماده سازی نمونه، تبخیر ساده محلول نمونه در صفحه ای از نمك ‌‌ KBr و دست یافتن به طیفهای فیلم نازك باقی مانده است. این روش طیفی بسیار خوب با خط مبداء مسطح به ‌وجود میآورد.‌

 شکل زیرساختار اپتیک دستگاه اسپکتروفوتومتر را نشان می‌دهد

اسپكتروفوتومترهایی كه منبع نور ندارند اما طیف‌های مبنی بر نور وارده را تولید می كنند می‌توانند با روشی مشابه برای تعیین منبع نور استفاده شوند. می‌توان منحنی طیف‌های به دست آمده از منبع نوری نامعلوم (یا تركیبی از منابع) را با اطلاعات منحنی های منبع نور مشخصی مقایسه كرد و منبع نور ناشناخته را شناسایی كرد.‌

از دیگر كاربردهای اسپكتروفوتومتر می‌توان به تعیین ثابت موازنه واكنش های یونی كه در محلول‌های آبی انجام     می شود اشاره كرد. در ابتدا طیف‌های محلولی كه تنها شامل یك واكنش دهنده است اندازه‌گیری      می شود. سپس دیگر واكنش دهنده‌ها به آن اضافه می شود و پس از هر بار افزایش، طیف سنجی صورت می گیرد. این روش در صورتی  به صورت مطلوب كار می كند كه طول موج جذب شده توسط محصول مقداری مشخص باشد. از آنجا‌كه بیشتر محصولات از اضافه كردن چندین واكنشگر به دست میآیند، زمانی كه محلول اشباع شده و واكنش موازنه می شود  نورهای بیشتری جذب شده و افزایش نور جذب شده برابر ثابت موازنه است. ‌

در هنگام نصب دستگاه اسپكتروفوتومتر باید به نكات زیر توجه داشت:

1- اسپكتروفوتومتر باید روی سطحی سفت و‌ در محیطی خشك و تمیز نصب شود.‌

2- به جهت امكان جریان هوا در اطراف اسپكتروفوتومتر ، باید بین دستگاه و دیوارهای اطراف 50 میلیمتر فاصله باشد.‌

3- كابل برق دستگاه به پریز گراند شده با ولتاژ  مناسب وصل شود.‌

4- پس از اتصال آداپتور‌AC‌  به برق، خروجی آن باید به گونه ای به دستگاه وصل شود كه منبع ذخیره‌DC‌  در مسیر آن قرار گیرد.‌

5- در صورتی كه خود دستگاه فاقد پرینتر است، باید از طریق پورت مخصوص آن‌را به پرینتر وصل كرد.‌

6- پس از روشن كردن دستگاه مدتی صبر كرده تا دستگاه گرم شده و به پایداری حرارتی و الكترونیكی برسد.


[ شنبه 30 آبان 1388 ] [ 08:42 ق.ظ ] [ روح الله مهدیان ]
.: Weblog Themes By Iran Skin :.

درباره وبلاگ

آمار سایت
بازدیدهای امروز : نفر
بازدیدهای دیروز : نفر
كل بازدیدها : نفر
بازدید این ماه : نفر
بازدید ماه قبل : نفر
تعداد نویسندگان : عدد
كل مطالب : عدد
آخرین بروز رسانی :
فروش بک لینک طراحی سایت