اسپکتروفتومترها، تجهیزاتی هستند که جذب یا عبور طول موج های مشخصی از انرژی تابشی (نور) از یک آنالیت را در یک محلول تعیین می کنند.
• به طور کلی نور با طول موج و انرژی خاص به نمونه تابانده شده و مقدار مشخصی از انرژی آن جذب می شود.
• سپس با اندازه گیری انرژی رد شده از نمونه توسط یک دتکتور، مقدار جذب تعیین می شود.
• در حقیقت این روش با استفاده از میزان جذب نور، تعیین غلظت می کند.
• خروجی اسپکتروفتومتر همیشه نموداری از شدت نور نسبت به طول موج است.( جذب )
طبق قانون بیر، هرگاه یک اشعه نور تک رنگ از درون محلولی با رنگ مکمل عبور کند، مقدار نور جذب شده توسط محلول، با غلظت آن نسبت مستقیم دارد.
بر اساس قوانین بیر و لامبرت رابطه بین غلظت محلول و نور جذب شده به صورت خطی است و معمولا در محدوده‌ای که جذب با غلظت رابطه خطی دارد، تغیین غلظت انجام می‌شود.
اگر غلظت نمونه و استاندارد به هم نزدیک باشد و غلظت‌ها هم در محدوده خطی باشند، میتوان با استفاده از تناسب محاسبات را انجام داد.
اسپکتروفتومتر ( spectrophotometer ) متشکل از دو قسمت است:
- spectro (طیف سنجی)
- photometer (نور سنج )
اسپکترومتر: بخشی است که نور منوکروم را ایجاد کرده و دارای منبع نور، عدسی، شکاف‌ها، منوکروماتور ( صافی یا منشور) می‌باشد.
بخش فتومتر: دارای وسایل سنجش نور است.
منبع نور:
منبع نور می‌تواند نور مرئی، مادون قرمز یا ماورا بنفش تولید کند.
UV spectrophotometer
1. Hydrogen Gas Lamp
2. Mercury Lamp
Visible spectrophotometer
1. Tungsten Lamp
تکفام ساز ( Monochromator )
این قسمت دستگاه، نور مخلوط را به پرتوهای تک رنگ تجزیه می‌کند. این عمل ممکن است توسط منشور یا سیستم گریتینگ انجام شود. فیلترها شیشه‌های رنگی است که بخش وسیعی از پرتوها را جذب کرده و فقط طول موج‌های محدودی را عبور می‌دهد.
محل نمونه Cuvette
کووت‌ها قسمتی از دستگاه است که نمونه مورد نظر یا بلانک در آن قرار می‌گیرد. این بخش معمولا به صورت استوانه یا مستطیل بوده و از شیشه، کوارتز یا پلاستیک ساخته می‌شود. کووت‌های پلاستیکی و شیشه‌ای برای محدوده مرئی به کار می‌روند.
متمرکز کننده پرتو Focusing Device
با ترکیبی از عدسی‌ها، شکاف بین دو تیغه باریک فلزی و آئینه‌ها در مسیر پرتوها موازی می‌شود و با تنظیم عرض شکاف میتوان عرض پرتو را تنظیم کرد. هر چقدر عرض شکاف نور به کار رفته کمتر باشد، کیفیت پرتوها بهتر خواهد بود.
آشکار ساز
در انتهای مسیر نور، آشکار ساز وجود دارد که وظیفه آن اندازه‌گیری شدت نور تابیده شده و انتقال اطلاعات به کنتوری است که آنها را ثبت و مقدار را بر روی LCD به اپراتور نمایش دهد. امروز دو نوع آشکارساز در اسپکتروفتومتر UV/VIS متداول است:
- فتوتیوب
- فتومالتی پلایر تیوب
مفسر
اسپکتروفتومترها می‌توانند خروجی خود را به طورت‌های مختلف نمایش دهند، اما متداول‌تر است که آن را به کامپیوتر وصل کرده و برای آنالیز داده‌ها از نرم افزار استفاده کنند و آن را به صورت کاربردی مانند نموداری از مقدار عبور یا مقدار جذب بر حسب طول موج نمایش می‌دهند.
انواع مختلف دستگاه اسپکتروفتومتر
- اسپکتروفوتومتر مرئی و ماورا بنفش ( UV/Vis )
- اسپکتروفتومتری فرابنقش – مرئی – مادون قرمز نزدیک ( UV/Vis/NIR )
- اسپکتروفتومتر نشر اشعه ( Flame )
- اسپکتروفتومتر جذب اتمی ( Atomic Absorption )
- اسپکتروفوتومتری مرئی و ماورا بنفش ( UV/Vis )
محدوده نور مرئی حدود 400-700 نانومتر است. اسپکتروفتومترهای ناحیه مرئی دقت و صحت متغیری دارند. برخی از آنها آشکارساز CCD با پیکسل‌های کافی برای قرائت هر 10nm را دارند، درحالیکه برخی دیگر می‌توانند در هر نانومتر چندین قرائت انجام دهند. این اسپکتروفتومترها می‌توانند از منابع نور سیمابی، هالوژن، LED یا ترکیبی از این منابع مثل LED تقویت شده با رشته‌های تنگستن استفاده کنند.
کووت (cuvette) می‌تواند از جنس پلاستیک، شیشه، یا کوارتز باشد. پلاستیک و شیشه، UV را جذب می‌کنند از اینرو تنها میتوان آنها را برای اسپکتروفتومترهای نور مرئی استفاده کرد.
استفاده از اسپکتروفتومتر در فیزیولوژی
قند خون، انواع چربی‌ها، اسید اوریک، اوره و … از جمله موادی هستند که باعث بروز بیماری‌های محتلف در افراد می‌شوند. اندازه گیری غلظت این مواد توسط اسپکتروفوتومتر امکان پذیر است.
توضیحات بیشتر:
بسته به اینکه نور چه تعاملی با ماده دارد، نور فرودی اولیه با نور پس از برهمکنش دیگر یکسان نیست و دچار تغییراتی می شود. با بررسی و آنالیز این نور تغییر یافته، می توان فهمید که ماده ای که با آن برهمکنش داشته است، چه ویژگی هایی دارد.
به دلیل ابعاد ریز و کوانتومی اتم ها و مولکول ها، نمی توان آنها را با ابزارهای معمولی مشاهده کرد. بنابراین، اسپکتروفتومتر دستگاهی است که این امکان را به شما می دهد که بتوانید بدون مشاهده مستقیم داخل اتم یا مولکول، ویژگی آنها را تعیین کنید.
به دلیل همین مشخصه های منحصر به فرد اسپکتروفتومتر، به طور گسترده برای آنالیزهای کمی (عددی)، مانند تعیین غلظت یک ماده خاص در یک محلول استفاده می شود.