ویژه های مهامکس

آشنایی با دستگاه طیف سنج فرابنفش-مرئی و کاربرد آن در مشخصه‌یابی مواد

تاریح انتشار:۲۵ دی ۱۳۹۹
تعداد بازدید:

آشنایی با دستگاه طیف سنج فرابنفش-مرئی و کاربرد آن در مشخصه‌یابی مواد

در این مقاله ابتدا به ساختار پایه یک دستگاه طیف سنج پرداخته شده است و در ادامه در مورد کاربردهای طیف‌های فرابنفش-مرئی در مشخصه‌یابی مواد توضیحاتی ارائه شده است. از طیف سنجی فرابنفش-مرئی می‌توان برای مشخصه‌یابی کمّی و کیفی مواد استفاده کرد. در مشخصه‌یابی کیفی بیشتر هدف بررسی وجود یا عدم وجود برخی پیک‌های جذبی و یا یافتن طول موج جذب است و در مشخصه‌یابی کمی هدف این هست که بتوان اطلاعات کمّی شیمیایی را از طیف فرابنفش-مرئی یک ماده استخراج کرد.

انجام آنالیز UV-VIS

اجزای اصلی دستگاه طیف سنج

یک دستگاه طیف سنج فرابنفش-مرئی (به انگلیسی UV – Visible) شامل یک منبع نوری، یک تکفام ساز و یک آشکارساز است (شکل ۱). منبع نوری که برای تامین نور در طیف سنجی فرابنفش-مرئی استفاده می‌شود، معمولا یک لامپ دوتریُم (D2) و لامپ تنگستن است. لامپ دوتریُم در ناحیه طول موج‌های فرابنفش طیف الکترومغناطیسی تابش می‌کند. برای تامین طیف مرئی از تابش لامپ تنگستن استفاده می‌شود. برای متمرکز کردن نور ساطع شده از منبع نوری، از یک لنز نوری (یا عدسی نوری) استفاده می‌شود تا نور از تکفام ساز عبور کند.

تکفام ساز به نوعی مانند یک منشور عمل می‌کند و نقش آن، تفکیک پرتوی نوری به طول موج‌های تشکیل‌دهنده‌اش است. در مسیر بعد از تفکیک نور به طول موج‌های تشکیل‌دهنده‌اش، مجموعه‌ای از روزنه‌ها وجود دارد که طول موج مورد نظر را بر روی کُوت حاوی نمونه متمرکز می‌کند. بعد از عبور طول موج مورد نظر از درون نمونه، بخشی از امواج تابشی که جذب (یا بازتاب) نشده است، به آشکارساز می‌رسد و آشکارساز شدت نور عبوری را ثبت می‌کند. در دستگاه‌های قدیمی، آشکارسازها بیشتر شبیه یک لوله‌ی تکثیرکننده فوتون هستند، ولی در دستگاه‌های جدید از فتودیودهایی استفاده می‌شود که شدت نور عبوری از نمونه را تقویت می‌کنند. در نهایت چیزی که به عنوان خروجی دستگاه به دست می‌آید، همان طیف جذبی است.

اجزای اصلی دستگاه طیف سنج

شکل ۱- شماتیک اجزای یک دستگاه طیف سنج.

در یک دستگاه دو پرتویی، نور ساطع شده از منبع نوری، به دو پرتوی نوری تقسیم می‌شود: پرتوی نمونه و پرتوی شاهد. زمانی که نمونه در مقابل پرتوی شاهد نباشد، نور آشکارشده معادل شدت نور ورودی به نمونه است. در این نوع دستگاه‌ها طیف عبوری از نمونه با طیف عبوری از مرجع مقایسه می‌شود. این دستگاه قادر به طیف سنجی نمونه‌ها در دو حالت مایع و جامد است.

نمونه‌هایی که جامد باشند، نیاز به آماده سازی دارند و باید به شکل یک لایه نازک با ضخامت مشخص درآیند و در داخل نگهدارنده مخصوص نمونه قرار بگیرند. برای نمونه‌های مایع هم باید از آن ماده محلول با غلظت مشخص ساخته شود و در درون سِل مخصوص قرار بگیرد. سِل‌هایی که برای نگهداری نمونه‌های مایع استفاده می‌شوند، باید از ماده‌ای ساخته شده باشند، که نسبت به طول موج تابشی مورد نظر جذب نداشته باشد. برای سِل‌هایی که برای طیف سنجی در ناحیه مرئی استفاده می‌شوند، معمولا سِل‌ها از جنس شیشه یا پلاستیک شفاف هستند که جذب مرئی ندارند و درمورد سِل‌هایی که برای طیف سنجی در ناحیه فرابنفش استفاده می‌شوند، نمی‌توان از سِل‌های شیشه‌ای یا پلاستیکی استفاده کرد، زیرا طول موج‌های فرابنفش را جذب می‌کنند؛ بنابراین از سِل‌های کوارتز استفاده می‌شود که جذب فرابنفش ندارند.

در مجموع، استفاده از نمونه‌های مایع رایج‌تر از نمونه‌های جامد است.
سازوکارهایی که برای دستگاه‌های طیف سنجی شرح داده شد، فقط برای کار در یک طول موج صادق است، اما اگر طیف سنجی در طیف الکترومغناطیسی گسترده‌ای مورد نظر باشد، به یک سیستم مکانیکی جهت چرخش تکفام ساز و پویش تمامی طول موج‌ها نیاز خواهد بود. این نوع سیستم آهسته کار می‌کند؛ بنابراین زمان قابل توجهی برای ثبت یک طیف مورد نیاز است.

کاربرد طیف سنجی فرابنفش-مرئی در مشخصه‌یابی کیفی مواد

زمانی که برای مشخصه‌یابی کیفی مواد از طیف‌های حاصل از اسپکتروفتومتر فرابنفش-مرئی استفاده می‌شود، در طیف به دنبال یافتن پیک‌های جذب و محل قرارگیری آن‌ها هستیم. به عبارت دیگر می‌خواهیم بدانیم که در چه طول موجی، ماده جذب دارد. معیاری که برای جذب نور فرابنفش در نظر گرفته می‌شود، معمولا مساحت زیر منحنی جذب در بازه طول موج‌های کمتر از طول موج بنفش در طیف نور مرئی (یا ۳۵۰ نانومتر) است. در بازه طول موج کمتر از ۳۵۰ نانومتر هر چقدر مساحت زیر منحنی بیشتر باشد، به این معنی است که ماده‌ای که طیف متعلق به آن است، در این بازه جذب بهتری دارد.

کاربرد طیف سنجی فرابنفش-مرئی در مشخصه‌یابی کمی مواد

به طور متداول از طیف سنجی جذبی برای انجام آنالیزهای کمی استفاده می‌شود. کاربرد روش‌های کمی در طیف سنجی جذب فرابنفش-مرئی بسیار زیاد است و در هر رشته‌ای که در آن اطلاعات کمی شیمیایی لازم است، می‌تواند کاربرد داشته باشد. به طور مثال برآورد شده است که در ایالات متحده در رشته‌های مرتبط با پزشکی و پزشکی، ۹۵% اندازه‌گیری‌های کمی در فاز محلول با استفاده از طیف سنجی فرابنفش-مرئی انجام می‌شود.

به طور کلی به کمک این آنالیز می‌توان به غلظت ماده جاذب در نمونه‌ها پی برد. به طور کلی برای هر ترکیب آلی که دارای یک یا چند گروه عاملی باشد، می‌توان از روش طیف سنجی فرابنفش-مرئی استفاده کرد. همچنین برای ترکیبات معدنی، فلزات واسطه و نمک‌های فلزات هم از این روش می‌توان استفاده کرد.
به طور کلی با استفاده از اندازه‌گیری‌های جذب در ناحیه فرابنفش ممکن است نتوان اطلاعات واضحی در مورد شناسایی ترکیبات آلی به دست آورد، اما برای آشکارسازی حضور بعضی از گروه‌های عاملی بررسی طیف‌های جذب مواد می‌تواند گزینه خوبی باشد. متغیرهای مختلفی بر طیف جذبی یک ماده موثر است که عبارتند از ماهیت حلال، pH محلول، دما، غلظت‌های مختلف ماده، غلظت زیاد الکترولیت و حضور اجسام تداخل کننده درون محیط. اثرات این متغیرها باید درمورد هر ماده‌ای که مدنظر است، مشخص شود و مجموعه‌ای از شرایط آنالیز باید به گونه‌ای انتخاب شود که طیف جذبی ماده مورد نظر تحت تاثیر تغییرات کوچک و غیرقابل کنترلِ آن متغیرها قرار نگیرد.