اسپکتروفوتومتر

اجزا اسپکتروفوتومتر                                                چهار بخش اصلی در اسپکتروفوتومتر وجود دارد: منبع نور، نمونه، آشکارساز و مفسر. منبع نور می‌تواند نور مرئی، مادون قرمز یا ماوراء بنفش باشد. پس از منبع نور یک تک فام ساز (مونوکروماتور) وجود دارد تا نور تولید شده را فیلتر  و توسط یک منشور یا توری پراش طول موج‌های خاصی را انتخاب کند. پس از گذشتن نور تولید شده از داخل نمونه و جذب بخشی از آن، پس از گذشتن از مجموعه ای از لنزها، شکاف‌ها، آینه‌ها و فیلترها به سنسور‌ها رسیده و پس از تفسیر شدن به صورت نموداری در خروجی قرار می گیرد.‌ عملکرد دستگاه مسیر نور در حال حاضر دو منبع نور‌UV‌  و‌VIS‌  برای اسپکتروفوتومتر وجود دارد. متداول ترین منبع نور برای تولید نور مرئی یک لامپ هالوژن تنگستن با طول موجی بین 200 و 340 نانومتر است. چنانکه در شکل 1 دیده می شود نور از میان نمونه عبور کرده و از طریق شکافی وارد اسپکتروفوتومتر می‌شود.  شکاف نازک باعث پراکنده شدن نور و پخش به خارج می‌شود.  از آنجا که  دستگاه‌ها تنها یک باریکه 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 که نور توسط آینه ای مقعر به شبکه پراکننده کننده منعکس شده و دوباره به آینه مقعر دیگری منعکس می‌شود. این آینه کانونی نور را به سمت آشکارساز متمرکز  می‌کند .‌ آینه‌هایی که 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 کوارتز 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 یک بار مصرف است که انواع مختلفی دارد. یک نمونه از آن از پلی متا اکریلیت 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 که  میزان جذب در طیف‌UV‌  اندازه‌گیری می شود، لامپ دیگر خاموش می شود و زمانی که اندازه‌گیری جذب در نور مرئی انجام می شود بر عکس این مساله اتفاق می افتد  که  دلیل این امر جلوگیری از تداخل طول موج های غیر ضروری در نور منتشر شده از نمونه است. ‌ آشکار ساز در انتهای مسیر نور ، آشکار ساز وجود دارد که وظیفه آن اندازه‌گیری شدت نور تابیده شده از آینه‌ها و انتقال اطلاعات به کنتوری است که آن‌ها را ثبت و مقدار را بر روی‌LCD‌  به اپراتور نمایش دهد. امروزه دو نوع آشکارساز در اسپکتروفوتومترهای‌UV/VIS‌  متداول است: فوتوتیوب و فوتومالتی پلایر تیوب. فوتوتیوب یا فوتوسل با تولید یک جریان الکتریکی عمل می کند. وقتی یک فوتون به کاتد سلول ضربه بزند، الکترون به سمت آند رانده شده و بدین ترتیب جریان الکترونی به ‌وجود می آید که مقدار آن به میزان انرژی فوتون بستگی دارد. تیوب فوتومالتی پلایر که بسیار حساس تر است به قانون اثر فوتوالکتریک پلانک استناد دارد. فوتون ها به سطح حساس تیوب ضربه زده و الکترون های اولیه را به حرکت در می آورد ، با برخورد این الکترون ها با سطح بعدی الکترون های ثانویه نیز رها می شوند. این روال به همین ترتیب ادامه پیدا کرده تا به آند برسند و جریان الکتریکی راه بیفتد. جریان تولید شده چندین بار تقویت شده تا بتوان انرژی بسیار پایین یک فوتون را آشکارسازی و ثبت کرد.‌ دستگاه بار دار(CCD) ‌آشکارساز در بیشتر اسپکتروفوتومترها یک دستگاه بار دار خطی‌‌(CCD) است.‌CCD‌ نوعی سنسور است که نور را حس می‌کند و از مدارهای مجتمعی مشتمل بر جفت خازن های کوپل شده حساس به نور تشکیل شده است. این خازن ها شدت نور دریافتی را حس کرده و آن‌را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. آشکارساز خطی‌CCD‌   مشابه دامنه طول موج‌ها در اسپکتروفوتومتر دستی است. هر پیکسل در‌CCD‌  نشان دهنده‌ طول موج خاصی از نور است و  فوتون های جذب شده بیشتر، سیگنال‌های الکتریکی بیشتری تولید می کنند. بنابراین سیگنال‌های الکتریکی خروجی ‌CCD‌  در هر پیکسل، برابر نسبت شدت نور در طول موج متناظر است.‌ مفسر اسپکتروفوتومترها می‌توانند خروجی خود را به صورت های مختلف نمایش دهند، اما متداول تر است که آن را به کامپیوتر وصل کرده و برای آنالیز داده ها از نرم افزار استفاده کنند و آن  ‌را به صورت قابل کاربردی مانند نموداری از مقدار عبور یا مقدار جذب بر حسب طول موج نمایش می دهند.‌ انواع دیگر اسپکتروفوتومتر ‌ تک پرتو و دو پرتو اسپکتروفوتومترها به دو دسته تقسیم می شوند: تک پرتو و دو پرتو. اسپکتروفوتومترهای  تک پرتو  اولین نسل اسپکتروفوتومترها بوده و تمام نور از بین نمونه عبور می کنند. در این نوع برای اندازه‌گیری شدت نور تابشی باید به این نکته توجه داشت. این اسپکتروفوتومترها ارزان تر هستند چرا که بخش های کمتری داشته و سیستم آن‌ها پیچیدگی کمتری دارند. نسل جدیدتر اسپکتروفوتومترها نوع دو پرتو است. در این نوع نور قبل از اینکه به نمونه برسد به دو پرتو مجزا تفکیک می شود که این مسئله یک امتیاز تلقی می‌شود زیرا خواندن منبع و نمونه به صورت همزمان انجام می‌شود. در برخی از اسپکتروفوتومترهای دو پرتوی، دو آشکارساز وجود دارد بدین ترتیب امکان اندازه‌گیری همزمان پرتوهای نمونه و مرجع فراهم می شود. سایر اسپکتروفوتومترهای دو پرتوی که تنها یک آشکارساز دارند از برشگر پرتو استفاده می کنندکه این وسیله در هر لحظه یک پرتو را سد کرده و آشکارساز اندازه‌گیری پرتو نمونه و مرجع را به صورت یک در میان انجام می دهد.‌ نور مرئی محدوده نور مرئی حدود 700-400 نانومتر است. اسپکتروفوتومترهای ناحیه مرئی دقت و صحت متغیری دارند. برخی از آن‌ها آشکارساز‌CCD‌  با پیکسل‌های کافی برای قرائت هر‌‌nm10  را دارند، درحالیکه برخی دیگر می‌توانند در هر نانومتر چندین قرائت انجام دهند. این اسپکتروفوتومترها می‌توانند از منابع نور سیمابی، هالوژن،LED‌ یا ترکیبی از این منابع مثل ‌LED‌ تقویت شده با رشته‌های تنگستن استفاده کنند. ‌ نور ماوراء بنفش اسپکتروفوتومترUV ‌علاوه بر اینکه در طیف سنجی مایعات بسیار متداول است، برای گازها و همچنین جامدات نیز استفاده می شود. نمونه را در محفظه مستطیلی مخصوص که معمولا یک سانتی متر پهنا دارد قرار می دهند. این محفظه که کاوت‌‌(cuvvette) نامیده می شود می‌تواند شکل  پلاستیک، شیشه یا کوارتز داشته باشد. پلاستیک و شیشه‌، UV‌  را جذب می کنند از اینرو تنها می‌توان آن‌ها را برای اسپکتروفوتومتری نور مرئی استفاده کرد.‌اسپکتروفوتومتر مادون قرمز در شناسایی مولکولی 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، درحالیکه مادون قرمز نزدیک (با انرژی بالاتر) تمایل به لرزش هارمونیک مولکولی مانند جنبش دارد.‌در اسپکتروفوتومترهای‌IR‌  متداول یک پرتو مادون قرمز مستقیما به نمونه می تابد و تمام طول موج‌های طیف نسبت به پرتو مرجع اندازه‌گیری می‌شود. به منظور تولید طیفی با کیفیت بالا، باید پهنای طیف ورودی به آرامی اسکن شود. اسپکتروسکوپی‌IR‌  با روش بسط تبدیل فوریه اصلاح می شود. قلب اسپکتروفوتومترهای ‌IR‌  تداخل سنج میشلسون است که در شکل 3 نشان داده شده است.  نور تابش شده از منبع‌

/ 0 نظر / 96 بازدید