انواع دستگاه طیف سنجی چیست؟ – کاربرد و قیمت خرید و فروش

دستگاهی گه برای تعیین خواص و آنالیز ماده، و از طریق برهمکنش بین نور و ماده در آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد، دستگاه طیف سنجی نامیده می شود. این آنالیز و شناسایی از طریق واکنش ماده در جذب و انتشار نوری که در این دستگاه ها با طول موج های مختلف به این مواد تابانده می شود، انجام می شود. از مهمترین دستگاه های طیف سنجی می توان به اسپکتروفتومتری مرئی – فرابنفش، طیف سنج جذب اتمی و دستگاه X- Ray اشاره کرد. این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک ما را با این دستگاه و اجزای آن آشنا می کند.

فهرست مطالب :

۱- دستگاه طیف سنجی یا اسپکتروفتومتری چیست؟

۲- اساس و نحوه کار با دستگاه طیف سنجی

۳- تعیین غلظت مواد با استفاده از دستگاه طیف سنجی یا اسپکتروفتومتری

۴- اجزای دستگاه طیف سنجی یا اسپکتروفتومتری

۱-۴- منبع نور یا لامپ اسپکتروفتومتر

۲-۴- سیستم کنترل ولتاژ

۳-۴- مونوکروماتور

۳-۴-۱- سیستم منشوری

۳-۴-۲- سیستم گریتینگ

۴-۴- دتکتور یا آشکارساز

۵-۴- صفحه نمایشگر

۵- نکات مهم هنگام استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر

۶- قیمت خرید و فروش دستگاه طیف سنجی یا اسپکتروفتومتری

۷- انواع روش ها و دستگاه های طیف سنجی

۸- کاربرد دستگاه طیف سنجی

۱- دستگاه طیف سنجی یا اسپکتروفتومتری چیست؟

به روشی که در آن می توان به آنالیز مواد مختلف و همچنین شناسایی آن ها با استفاده از انتشار نور پی برد، طیف سنجی و به دستگاهی که این کار را انجام می دهد، دستگاه طیف سنجی یا اسپکتروفتومتر می گویند. در بسیاری از تحقیقات علمی وجود دستگاه اسپکتروفتومتر بسیار ضروری و بدون وجود آن، امکان انجام این کاوش ها وجود ندارد، به همین دلیل اختراع این دستگاه، دگرگونی بزرگی در زمینه شناخت مواد به وجود آورد. در دستگاه طیف سنجی، نور با طول موج های مختلف به این مواد تابانده و با استفاده از واکنشی که آنالیت در مقابل نور تابیده شده در میزان جذب و عبور این نور نشان می دهد، خواص آنالیت تعیین می شود. در دستگاه طیف سنجی طیف نور الکترومغناطیس استفاده شده می تواند فرکانس و طول موج خاصی داشته باشد.

طول موجی که در دستگاه طیف سنجی قرار دارد بین بازه ۱۹۰ تا ۱۱۰۰ نانومتر می باشد.

۲- اساس و نحوه کار با دستگاه طیف سنجی :

اسپکتروفتومتر که در آن شدت نور بر اساس تابعی از طول موج بیان می شود، غلظت و مقدار ماده با اندازه گیری شدت جذب آن توسط تاباندن الکترومغناطیسی تعیین می شود. در این دستگاه، غلظت های بسیار پایین مانند آنالیزهای مربوط به DNA و RNA نیز تعیین می شود. به مقدار ماده حل شده در یک ماده در یک حجم خاص، غلظت می گویند که میزان آن را با این دستگاه، به راحتی می توان تعیین کرد. نمونه مورد مطالعه همراه با حلال در یک ظرف شیشه ای یا کوارتز و یا از جنس دیگر (این ظرف ها سل نامیده می شوند)، ریخته و در جایگاه خود در دستگاه طیف سنجی قرار داده می شود. نور الکترومغناطیسی به این نمونه، از دستگاه تابیده شده و شدت جذب در مانیتور آن خوانده می شود.

نمونه می تواند جامد یا مایع باشد. نمونه جامد ابتدا باید در یک حلال حل شود.

۳- تعیین غلظت مواد با استفاده از دستگاه طیف سنجی یا اسپکتروفتومتری :

وقتی نور الکترومغناطیسی به ماده مورد نظر تابیده می شود، میزانی از آن توسط ماده جذب می شود که شدت این جذب که روی مانیتور دستگاه نمایش داده می شود، به غلظت این ماده بستگی دارد. در این روش اندازه گیری، نمونه ای به عنوان شاهد در نظر گرفته می شود که حلال بدون ماده خاص بوده و حذب آن صفر در نظر گرفته می شود و یا جذب جزئی آن در رابطه، از جذب ماده کسر می شود. نمونه مایع یا جامد حل شده، به همراه حلال در داخل سل قرار داده و با روشن کردن دستگاه و عبور نور از سل، شدت جذب آن روی صفحه نمایش داده می شود. سپس شدت جذب را در فرمولی که رابطه بین شدت جذب و غلظت را نشان می دهد، قرار داده می توان به غلظت ماده دست یافت. این رابطه به صورت زیر می باشد :

A = εbc

در این رابطه A نشان دهنده شدت جذب، ε بیانگر ضریب جذب، b طول نمونه و c غلظت ماده را نشان می دهد.

۴- اجزای دستگاه طیف سنجی یا اسپکتروفتومتری :

۱-۴- منبع نور یا لامپ اسپکتروفتومتر :

تولید انرژی تابشی در اسپکتروفتومتری از منبع نور انجام می شود که به شکل ممتد با طول موج گسترده از آن خارج می شود. در این دستگاه از لامپ دوتریم برای تولید نور فرابنفش (طول موج ۱۹۰ تا ۳۲۰ نانومتر) و لامپ تنگستن (هالوژنی) برای تولید نور مرئی و مادون قرمز (طول موج ۳۲۰ تا ۱۱۰۰ نانومتر) استفاده می شود. تغییر دما در طیف خارج شده از منبع نور تأثیر می گذارد، به همین دلیل برای جلوگیری از تغییر طیف نوری، تنظیم دقیق ولتاژ امری ضروری می باشد.

۲-۴- سیستم کنترل ولتاژ :

برای جلوگیری از نوسان شدت نور خروجی و ثابت ماندن آن، باید سیستم تنظیم کننده ولتاژ ورودی نصب شود. در اسپکتروفتومترهای دو شعاعی امروزی با شکست نور توسط آینه و عبور آن از دو مونوکروماتور، می توان از خطای حاصل از تغییرات ولتاژ جلوگیری کرد.

۳-۴- مونوکروماتور :

منشور یا سیستم گریتینگ موجود در مونوکروماتور، نورهای لامپ را تبدیل به پرتوهای تک رنگ می کند. مونوکروماتورهای به صورت شیشه های رنگی، با جذب بخش اعظم پرتوها، مجوز عبور فقط برخی از طول موج ها را ممکن می سازند. پهنا و عرض شکاف مونوکروماتور که در اسپکتروفتومترهای ساده، ثابت و در اسپکتروفتومترهای پیچیده متغیر و قابل تنظیم می باشد، عرضی نوری که به نمونه و مرجع می تابد را تعیین می کند.

۳-۴-۱- سیستم منشوری :

با متفاوت بودن ضریب شکست، نور در منشورهای هرمی با لبه های تیز، تجزیه می شود. پراکندگی و انتشار نور در منشورها که به درجات مختلف می باشد، در طول موج های نور قرمز، کم و در طول موج های نور بنفش یا آبی، بیشتر می باشد. شکست نور برای طول موج های کم در منشور زیاد است.

۳-۴-۲- سیستم گریتینگ :

سیستم گریتینگ دارای صفحه ای است که دارای شکاف های موازی بوده و این صفحه صیقل داده شده است. طیف های موازی نتیجه عبور نور از این سیستم می باشد. همان طور که می دانیم تقویت طول موج ها را در صورت هم فاز بودن و حذف آن ها را در صورت ناهم فاز بودن خواهیم داشت. با چرخش سیستم منشوری یا گریتینگ می توان باعث هدایت طول موج دلخواه از شکاف به بیرون شد.

۴-۴- دتکتور یا آشکارساز :

تبدیل انرژی نورانی به الکتریکی توسط آشکارسازهایی که در سطح خارجی خود دارای فتوسل های حساس به نور می باشند، انجام می شود. طرز کار این فتوسل ها بدون نیاز به ولتاژ خارجی و از طریق برخورد نور به آن ها می باشد. اما در صورتی که به جای فتوسل از فتوتیوب ها استفاه شود، نیاز به ولتاژ خارجی می باشد. در فتوتیوب ها، مدار خارجی اندازه گیری الکترون های خارج شده از کاتد و جمع شده در آند را بر عهده دارد.

۵-۴- صفحه نمایشگر :

این صفحه نمایشگر می تواند داده ها را به شکل قابل قرائت برای آزمایشگر نشان دهد. شدت نور بر حسب جذب نور به شکل نموداری در این صفحه مانیتور (گالوانومتر یا صفحه کامپیوتر) نشان داده می شود. البته در برخی از اسپکتروفتومترها صفحه نمایشگر می تواند غلظت را مستقیم نشان دهد.

۵- نکات مهم هنگام استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر :

٭اولین نکته ای که در هنگام استفاده از دستگاه طیف سنجی رعایت کرد محل قرارگیری آن است که باید بالاتر از زمین و روی سطح صاف و بدون شیب باشد.

٭ این دستگاه در کنار دستگاههایی که تولید کننده امواج الکتریکی و الکترومغناطیسی هستند، نباید باشد.

٭ همچنین برای اتصال برق باید از محافظ برق استفاده کرد و بعد از روشن کردن، برای این که دستگاه به پایداری الکتریکی و حرارتی برسد، باید ۱۵ دقیقه بماند بعد نمونه داخل آن قرار داده شود.

٭ نباید نمونه به روی دستگاه و درون هولدر سل ریخته شود و بعد از اتمام کار سل و دستگاه تمیز شود و روی آن را باید با کاور پوشانید. در هر سال دو بار گرد و خاک دستگاه با باز کردن بدنه و تمیز کردن آن، پاک شود.

٭ برای جلوگیری از طول موج اشتباهی، نباید به لامپ دستگاه دست زد. همچنین لامپ باید هر ماه یکبار تمیز شود.

۶- قیمت خرید و فروش دستگاه طیف سنجی یا اسپکتروفتومتری :

این دستگاه توسط شرکت ها با برندهای مختلف و در کشورهای مختلف ساخته می شود. کشورهای ایالات متحده و چین از جمله کشورهایی هستند که این دستگاه را می سازند. با توجه به نوع کشورهای سازنده و برندها، قیمت های متفاوتی برای آن وجود دارد. نمایندگی هایی در ایران مسئول فروش محصولات این شرکت ها هستند. مدل های مختلف تک پرتوی، دو پرتوی، فروش سل های کوارتزی یا شیشه ای، لامپ های تنگستن یا دوتریمی در این شرکت ها عرضه می شود.

۷- انواع روش ها و دستگاه های طیف سنجی :

این دستگاه دارای انواع مختلفی است که به برخی از آن ها در این جا اشاره می کنیم.

طیف سنجی مرئی :

رنگ در طیف سنجی مرئی نشان دهنده جذب یا انتقال ماده می باشد. ماده با عبور دادن طول موجی بالاتر از مرئی، به رنگ سیاه و با عبور دادن طول موج نور مرئی به رنگ سفید شفاف مشاهده می شود.

طیف سنج مرئی – فرابنفش :

غلظت مواد در این دستگاه ها از طریق میزان عبور و جذب نور، به طور دقیق تعیین می شود. نور از محلول نمونه عبور و نور باقیمانده با وارد شدن به دتکتور، درصد عبور نور (شدت جذب نور) در مانیتور نمایش داده می شود. جذب و عبور نور در این دستگاه ها با قانون بیر – لامبرت بیان می شود. برای تجزیه رنگ ها، تحقیقات آنزیمی در آزمایشگاه های دارویی و بیوشیمی و … از این دستگاه استفاده می شود.

طیف سنجی مادون قرمز :

شناسایی مولکول ها و ارتعاشات مربوط به نوع ساختار آن ها، در دستگاه طیف سنجی مادون قرمز که با تاباندن پرتو مادون قرمز است، انجام می شود. اساس کار در این دستگاه با اندازه گیری طول موج ها نسبت به پرتو مرجع انجام می شود. بسط تبدیل فوریه روشی است که برای اصلاح طیف سنجی IR مورد استفاده قرار می گیرد که با این دستگاه ها، طیف خوب در زمان کوتاه از مقدار کمی از نمونه به دست می آید.

طیف سنجی نشر شعله :

در این دستگاه، نوری که با سوختن نمونه مورد آزمایش حاصل می شود، منبع نور بوده و به طور مستقیم مورد سنجش قرار می گیرد.

طیف سنجی جذب اتمی :

در دستگاه جذب اتمی که برای هر عنصر خاص، منبع نور مخصوص آن عنصر استفاده می شود، بیشتر غلظت عناصر فلزی مانند مس، روی، آهن و کلسیم اندازه گیری می شود.

۸- کاربرد دستگاه طیف سنجی :

در آزمایشگاه های شیمیایی، بیولوژیکی و پزشکی و تحقیقات متالوژی و الکترونیک از این دستگاه استفاده می شود. اندازه گیری قند خون، چربی خون، اوره و اسید اوریک، اندازه گیری فعالیت آنزیم ها، کلسترول، پروتئین ها و تری گلیسیریدها از انواع دستگاه های طیف سنجی استفاده می شود. شناسایی ترکیبات ناشناخته، بررسی ساختار مولکولی، مقایسه ساختارهای مختلف و … نیز از موارد استفاده این دستگاه می باشد.