اسپکتروفتومتر چیست و چه کاربردی دارد

اسپکتروفتومتر از واژه لاتین spectrum به معنای تصویر و واژه یونانیphos photos یا  به معنای نور گرفته شده است. اسپکتروفتومتر یکی از دستگاه های آزمایشگاهی برای پژوهش و تشخیص است که در آن از ويژگی های نور و تداخل آن با ساير مواد استفاده می شود. در واقع نور يك لامپ مرئی یا UV از ابزاري عبورمي كند بنام مونوکروماتور یا گریتینگ كه طول موج مشخصي را جدا و از نمونه عبور مي دهد. شدت نور خروجي با شدت نور

ورودي مقايسه شده و ميزان عبور یا جذب نور كه به عواملي مانند غلظت نمونه بستگي دارد، محاسبه مي شود.

موارد کاربرد دستگاه

در آزمایشگاه اسپکتروفتومتر برای تعيين و ميزان غلظت يک ماده در محلول استفاده می شود و از این رو با روش هاي اسپکتروفتومتري یا طیف سنجی مي توان نمونه را مورد آنالیز کمي و کيفي قرارداد

انواع دستگاه اسپکتروفتومتر

• اسپکتروفتومتر ماوراء بنفش- مرئی (UV-Visible)
• اسپکتروفتومتر ماوراء بنفش- مرئی- مادون قرمز (UV-Visible-NIR)
• اسپکتروفتومتر نشر شعله (Flame)
• اسپکتروفتومتر جذب اتمی (Atomic Absorption)

اجزاي دستگاه اسپكتروفتومتر

اجزاي اصلی دستگاه اسپکتروفتومتر عبارتند از:

•  منبع نور
•  مونوكروماتور يا تك رنگ ساز(گریتینگ)
•  محفظه نمونه
•  سيستم آشكارساز
•  سيستم خوانشگر

منبع نور

منبع نور بسته به نوع اسپکتروفتومتر می تواند لامپ تنگستن برای نور مرئی يا لامپ دوتریم برای نور ماوراء بنفش یا uv باشد. انرژی تابشي که به وسيلة یک لامپ تنگستن ساطع می شود،بین 2600 تا  3000درجة کلوین است.

 مونوکروماتور

مونوکروماتور یک مجموعه متشکل از چند بخش شامل آینخ ها و اسلیت ها و ... است که نورسفید را به طول موج هایی متفاوت تبدیل می کند.

يك طول موج براي خوانش غلظت نمونه كاربرد دارد. مونوكروماتور معمولاً متشکل از اجزاي زير است:

یک شکاف که نور تولیدشده به وسيله منبع نور را به یک طیف مشخص محدود می کند.

مجموعه ای از آینه ها برای عبور نور از سيستم نوري ،

يک قسمت براي جداسازي طول مو ج هاي پرتو نور   که همانند یک منشور عمل می کند

 و يك خروجی برای انتخاب طول موجی که به نمونه تابیده می شود. شبكه انکسار این مزیت را دارد که انوار غیرخطی را حذف می کند و به تغييرات دما نیز حساس نیست.

محفظه نمونه

این قسمت برای نگهداری نمونه مورد آزمایش استفاده می شود. نمونه یا شاهد را باید  به ظروف کوچکی به نام کووت یا سل منتقل کرد و کووت ها در محفظه نمونه که در دستگاه تعبیه شده اند قرار می گیرد. بسته به نوع استفاده از اسپکتروفتومتر مدل های مختلفي برای این بخش از دستگاه ساخته شده است مثلا اگر در یک زمان مشخص بخواهیم تعداد زیاد نمونه خوانده شود محفظه نمونه برای استقرار میکروپلیت ها طراحی و ساخته می شوند و کووت های مخصوص این دستگاه هم به شکل میکروپلیت ساخته می شود.

کووت ها در شكل و حجم هاي متفاوت براي انواع اسپکتروفتومترها و به نام هاي کووت، میکروسل، میکروپلیت، لوله آزمایش و غیره موجود است. در اسپکتروفتومترهای معمولي، محفظه نگهدارنده نمونه، کووت به شکل مکعب مستطیل است. کووت هاي شیشه اي در محدودة 340 نانومتر تا 1000 نانومتر و انواع دیگر که از سیلیس ساخته شدند که در محدوده نور مرئی  220 نانومتر تا 340 نانومتر قابل استفاده هستند. همچنین، نوع پلاستیکی و یک بار مصرف این کووت ها از جنس استايرن  يا پلي استايرن)مانند میکروپلیت( نيز وجود دار که فقط در ناحیه مرئی کاربرد دارند.

بنابراین از کووت های پلاستیکی یا شیشه ای فقط در ناحیه مرئی باید استفاده کرد چون در ناحیه یو وی جذب دارند و برای ناحیه یو وی  کووت های کوارتز به کار می رود

سیستم آشکارساز

این سیستم می تواند با استفاده از تقويت كننده هايي مانند فتوسل ها ، فتوتيوب ها  و فتودایودها  يا فتوملت يپيلرها بسته به گسترة طول موج، حساسیت و سرعت لازم طراحي شود. سیستم آشکارساز آن بخشي از نور كه از نمونه ساطع مي شود و جذب نشده است را به سیگنال الکتر یکی متناسب با انرژی دریافت شده تبدیل می کند.این سیگنال الکتر یکی تقویت شده و در صفحه نمايش به صورت عددي آشکارمی شود.

سيستم خوانشگر

سیگنالي که از آشکارساز خارج می شود، تا زماني که شدت آن متناسب با درصدي از نسبت مقدار عبور/جذب است تقويت شده و انتقال مي يابد. دو نوع سيستم خوانشگر وجود دارد:

نوع عقربه اي: در اين نوع نتايج از روي صفحة عقربه اي خوانده مي شود و دقت قرائت در ميان عوامل ديگر، به تعدادتقسيم بندي مقياس بستگي دارد)هر چه تعداد تقسيم بندي بيشتر باشد، دقت بيشتر است(. در اين خوانشگر امکان بروز خطا در قرائت به علت خستگي كاربر و يا عدم شناسايي صحيح مقياس بالا است.

نوع دیجیتالی: نتايج روي صفحة نمايشگر به صورت عدد و حرف نشان داده می شود. درنتيجه خطای قرائت در آنها کمتر است

الزامات نصب و راه اندازي

برای عملکرد صحیح يك اسپکتروفتومتر رعايت نکات زیر ضروری است:

1-منبع تغذيه الکتریکی که مطابق با استانداردهای ملی کشور باشد. در قارة امريكا ولتاژ 110 V و فركانس 60 Hz معمولاً استفاده مي شود. در ديگر كشورهاي جهان ولتاژ 220-230Vو فركانس 50-60 Hz است.

2- محیط تمیز و عاری از گرد و غبار.

3- ميز کار محکم و پایدار و دور از تجهیزاتی که ارتعاش ایجادمی کنند،مانند سانتریفوژ و همزن.

نگهداری اسپکتروفتومتر

اسپکتروفتومترها دستگاه های بسيار تخصصی و گران قیمتی هستند. درستی کارکرد آنها تا حد زياد به روش راه اندازی و استفاده بستگي دارد. همچنين دستگاه به شرايط محيط كار و كيفيت برق مورد استفاده وابسته است. نگهداری معمول برای این دستگاه ها متفاوت است، و اقداماتی نظير نظافت دقیق اجزا تا انجام روش های اجرايی تخصصی توسط مهندسين يا تكنيسين ها با توصية اطلاعات فنی مربوط به مدل های مختلف دستگاه انجام می گيرد.انجام دستورالعمل سازنده و استفادة صحیح، مدت فعاليت دستگاه را افزایش مي دهد. در مدل های جدید، سازندگان، سیستم خودكار براي کالیبراسیون و تصديق را در دستگاه ها طراحی کرده اند.

ارزیابی محیط نصب دستگاه

تواتر: سالانه

محیطي که دستگاه در آن جا نصب شده است، باید بررسی شده و به لحاظ الکتریکی مورد ارزيابي قرارگيرد تا سلامت کاربر تضمین شود. این بررسی شامل ارزیابی وضعيت الکتر یکی و ارزیابی فضای اختصاص داده شده به دستگاه در هنگام نصب اسپکتروفتومتر)زيرساخت فيزيکی( می شود.

ارزيابي نحوة نصب الكتريكي

اين اقدام جهت ايجاد اطمينان از موارد زير بايد انجام گيرد:

1-یک خروجی یا پریز با سیم زمین موجود باشد.

2- پریز باید در شرایط خوب بوده و طول سيم اتصال آن بیشتراز 5/ 1 متر تا دستگاه نباشد.

3- ولتاژ باید مناسب بوده و بنا به توصيه سازنده نبايد بيشتر از%5 نوسان داشته باشد.

4- قطبیت پریز صحیح باشد.

این آزمایش ها باید توسط یک تكنسين و یا مهندس برق انجام شده و نتایج برای مراحل بعدی ارزیابی ثبت شوند.

محل نصب و راه اندازی

1-براي رعايت موارد زير مطمئن شويد که اطراف اسپکتروفتومتر فضای خالی وجو ددارد:

الف( عبور آسان و بدون مانع سیم های رابط و ساير اجزا ودستگاه های پشتيبان مانند تثبيت كنندة ولتاژ.

ب( برقراري جريان تهویة مناسب دستگاه در زمان کار.

2- از سلامت، تميزي و شرايط فيزيكي مناسب کنتور برق مطمئن شوید.

3- مطمئن شويد دستگاهی مانند سانتریفوژ که ارتعاش ايجاد مي کند،در نزدیک دستگاه اسپکتروفتومتر قرار نگرفته است.

4- دمای مناسب اتاق برای عملکرد این دستگاه ها بین 10-40°C است. رطوبت زیاد، گرد و خاک و یا حرارت بالا برای کارکرد صحیح دستگاه مناسب نيست.

5- از راه اندازی و نصب دستگاه در محلی که نور مستقیم خورشید وجوددارد، بپرهیزید.

6- دستگاه را در محلی که میدان های مغناطیسی، و یا تشعشع قوی الکترومغناطیسي وجوددارد، نصب نکنید.

7- در محل نصب نباید بخار و مواد خورنده  وجود داشته باشد.

ارزیابی فيزيكي دستگاه

تواتر: هر 6 ماه

نماي ظاهري اسپکتروفتومترها باید برای اطمينان از سالم بودن اجزابا توجه به توصیه هایسازنده ارزیابی شود. مهمترین این ارزیابی هاشامل موارد زير است:

1-از مناسب بودن میزی که دستگاه روی آن قرار گرفت هاست،مطمئن شويد.

2- ساختار كلي دستگاه را كنترل نماييد. از محكم بودن دکمه ها،سوئيچ هاي كنترل، دريچه هاي مکانیکی و برچسب شناسايي صحيح آنها اطمينان حاصل نماييد.

3- از تمیزبودن لوازم جانبی، تر ک نداشتن و عملکرد مناسب و خوب آنها مطمئن شوید.

4- از تنظیمات مکانیکی اجزا مانند)پیچ، مهره و غيره( و شرايط مناسب آنها اطمینان حاصل نما یید.

5- از سلامت سيم های اتصال الکتریکی و عدم وجود شکاف و سوراخ در آنها مطمئن شوید. از اتصال خوب، عدم گسيختگي و شكاف در رابط هاي الكتريكي اطمينان حاصل نماييد.

6- مطمئن شوید که سطوح عايق كاري كابل هاي برق نشانه هاي فرسودگي و مستهلك بودن را ندارند.

7- اطمينان حاصل کنيد که گرد و خاك، خوردگي، آلودگي واستهلاك در مسیر اتصال کابلهاي دستگاه وجودندارد.

8- از استانداردبودن سیم زمین)داخلی و خارجی(، نوع و عملكرد مناسب و اتصال صحيح آن به دستگاه مطمئن شويد.

9- مطمئن شويد كه سوئیچ مدارها، كليدهاي قطع برق، جعبة فیوز و نشانگرها عاری از گردوخاک هستند.

10- اجزای الکتریکی خارجی دستگاه را از نظر وجود گرمای بیش از حد كنترل کنید.

کار با دستگاه اسپکتروفتومتر

نظافت مواد پاشيده شده

درصورت نشت مواد به محفظة نگهداری نمونه، مراحل زیر را برای تمیزکردن، انجام دهيد:

1- دستگاه را خاموش کنید و کابل برق را از پریز بکشید.

2- از سرنگ برای تمیزکردن محفظه استفاده نماييد و تا حد امكان محلول را از محفظه خار ج نماييد.

3- محفظة نگهداری نمونه را با پارچة نرم کتان خشك کنید.

4- پنجره فتوسل را با پارچة نرم یا کاغذ لنز تمیزکنید.

5- قسمت خارجی دستگاه را با پارچة نرم و آغشته به آب تمیزنماييد.

این نظافت شامل صفحه نمايش، صفحه کلید و کنتر ل هااست.

نظافت کووت های کوارتز

مراحل زیر برای نگهداري کووت های کوارتز در شرایط مناسب توصیه شده است:

 -1کووت ها را با محلول قلیایی رقیق شده مانند محلول NaOH0/1مولار و يک اسید رقيق مانند محلول 0/1 HCl مولار شستشو دهيد.

2- با آب مقطر چند بار کووت ها را شستشودهید. همیشه از کووت های تمیز برای اندازه گيری ميزان جذب استفاده کنید.

3- اگر نمونه هایی که استفاده می کنید، در کووت رسوب ايجادمی کند،مراحل تمیزکردن آنها را با دقت بیشتری انجام دهید. بعضی سازندگان استفاده از شوینده های خاص را برای این منظور پیشنهادمی کنند.

تعویض باتری

در مد ل های مختلفی از اسپکتروفتومتر برای ذخيره اطلاعاتي مانند تاریخ و زمان آزمايش از باتری استفاده می شود. مراحل تعویض باتری نیز مانند تجهیزات دیگر بوده و عبارت است از:

1-علامت )شارژ کم باتری (روي صفحة نمايش را كنترل كنيد.

2- اسپکتروفتومتر را خاموش کنید.

3- كابل اتصال به منبع تغذية الكتريكي را قطع كنيد.

4- باتری های کهنه را از محفظة باتری درآورید.

5- محل اتصال برق را تمیزکنید.

6- باتری های جدید كه داراي مشخصات يكسان با باتری اصلی هستند را جايگزين كنيد.

7- در محفظه را ببندید.

8-دستگاه را دوباره به منبع تغذيه الكتريكي)پريز( وصل كنيد.

9- تاریخ و زمان را دوباره تنظیم نما یید.

تعویض لامپ دستگاه

لامپ یک جزء مصرفي با طول عمر محدود است و بايد زمان تعويض آن را از قبل پيش بيني كرد. دلایلي مانند سوختن، رسوب فلزروی سطح داخلی لامپ و تبخير سبب می شود نور ساطع شده از لامپ با ويژگي هاي ذکرشدة دستگاه مطابقت نداشته باشد.

مراحل  تعویض لامپ بسته به مدل های مختلف دستگاه متفاو ت است و باید به توصیه های سازنده توجه شود. مراحلی که در تمام مد ل هابرای این كار مشترک است عبارت است از:

1-از وجود نقص و يا سوختن لامپ اطمینان حاصل نما یید.در دستگاه های مدل جدید، در صفحة نمايش یک علامت ياكد خطا ظاهرمی شود که نشان دهندة سوختن لامپ است. در مدل های قدیم نوری از لامپ ساطع نمي شود.

2- اسپکتروفتومتر را خاموش کنید.

3-کابل اتصال به منبع تغذيه الكتريكي را قطع كنيد.

4- پیچ بالای محفظة لامپ را بازکنید.

5- پیچی که لامپ را ثابت و محكم نگه می دارد، بازکنید.

6- پیچ هايی که سیم برق را به لامپ متصل می کند، بازکنید) دربعضی مدلها، این کار ممکن است، لازم نباشد؛ چون كابل برق مستقيم به انتهاي لامپ متصل مي شود(.

7- لامپ جدید با ويژگي هاي لامپ اصلی را جایگزین كنيد . از دستکش برای تعویض لامپ استفاده کنید تا اثر انگشت روی سطح لامپ باقی نماند.

8- کابل برق را دوباره به لامپ متصل نما یید.

9- پیچ هايی که لامپ را جای خود نگه می دارد،ببندید.

10- پیچ هايی که در محفظة لامپ را محكم می کند،ببندید.

11- دستگاه را دوباره به منبع تغذية الكتريكي وصل نماييد.

12- كليد را روشن كنيد و مراحل کالیبراسیون توصیه شده توسط سازنده را دوباره انجام دهید.

 اقدامات پیشگیرانه

این اقدامات باید با توصیه های سازنده درمورد نحوة نگهداری معمول و تواتر آن مطابقت داشته باشد. مجموعه اي از مراحل رايج که در آزمایشگاه قابل اجرا است عبارتند از:

1-سطوح خارجي اسپکتروفتومتر شامل کنترل ها،و صفحة نمايش را تميزکنيد. این کار بااستفاده از یک پارچة تمیز و نرم که به آب مقطر آغشته است، انجام می شود.

2- کابل برق را بازبینی و تمیز كنيد

3- از سالم و تمیزبودن لامپ اطمینان حاصل كنيد. درغير اين صورت، لامپ را)باتوجه به مشخصات لامپ اولیه( تعويض کنید. دراسپکتروفتومترهای مدل جديد، وضعیت و کارکرد لامپ به صورت خودكار به وسيلة نرم افزاری كه عملكرد و شرايط دستگاه را کنترل می کند، مشخص مي شود. استفاده از اين نر مافزار، تعیین زمان تعويض لامپ را آسان مي كند. پس از تعویض لامپ، تنظیمات بعدی توصیه شده توسط سازنده را انجام دهید.

4- شرايط فيوز محافظ را كنترل کنید. قبل از بازکردن محفظه فیوز مطمئن شوید که اسپکتروفتومتر خاموش و اتصالات فیوز تمیزاست. اگر لازم است، فیوز را با یک فيوز جديد که مطابق توصیه های سازنده است، جايگزين سازيد.

5- دستگاه را در وضعيت فعال  قراردهید.

6- كليدروشن  را فعال و 5 دقیقه زمان براي گرم شدن دستگاه درنظر بگیرید و از موارد زير مطمئن شويد:

الف( چرا غ و عقربه نشانگر کارمی کنند.

ب( صفحةنمایش عدد صفر را نشان می دهد.

ج( منبع نوری کارمی ک‌ند.

7- جريان برق را در موقعيت هاي روشن و خاموش كليد بررسي نماييد.

الف( از سیم زمين و قطبیت صحيح آن اطمينان حاصل نماييد.

ب( از قطبيت صحيح بدون سيم زمين اطمينان حاصل نماييد.

ج( از قطبيت معکوس بدون سيم زمين اطمينان حاصل نماييد.

8- پانل جلو در دستگاه را باتوجه به توصیه هاي سازنده کالیبرکنید.

9- دقت و حساسیت دستگاه را تعيين نما یید.

10- آزمایش خطی بودن را)براساس قانون بير( انجام دهيد.

11- اسپکتروفتومتر رابه وضعيت اوليه  برگردانید)چنانچه کالیبراسیون با موفقيت کامل انجام شده است(.

روش استفادة مناسب از اسپکتروفتومتر

1- اسپکتروفتومتر را در هر نوبت استفاده کاليبرنماييد.

2- در طول زمان اندازه گیری محفظة نمونه را بسته نگه دارید.

3-از استفادة مجدد کووت های یکبار مصرف خودداری کنید.

4- در طول موج پايين تر از 310 نانومتر فقط از کووتهای کوارتز استفاده کنید.

5- اگر ازحلا لهاي آلی استفاد همیکنید، از کووتهای پلاستیکی استفاده نکنید.

6- برای تهیة محلول هاي استاندارد از لوازم شیشه ای از جنس سيليکات بور و با کيفيت بالا استفاده كنيد. درصورت امكان، از ظر فهاي شیشه ای دارای تركيبات اکسیدسدیم خودداري کنید، چون این ترکیب درنتیجه تماس طولانی با محلول استاندارد جذب محلول شده و نتايج نادرست ایجادمی کند.

7- با احتیاط کووت های شیشه ای را پس از استفاده تمیزنما یید و از کووت هایي كه روي سطوح خارجي آن ها خراشيدگي دارد، استفاده نکنید.

8- از معرفهاي با کیفیت مطلوب استفاده کنید. محلو ل هاي با کیفیت پا یین، حتی در غلظت های بسيار کم آلودگی ایجاد می ‌کنند.آب يا محلول هايي که برای رقیق سازی استفاده می شود، باید عاری از ناخالصی باشند.

9- اطمينان حاصل كنيد كه نمونه ها يا استانداردها كووت گاز  توليدنمي كنند.

10- درنظر داشته باشید که تمام مواد از قانون بیر  تبعيت نمي كند. آزمایش خطی بودن را در محدودة غلظت های موردنظر انجام دهید. یک سري محلول استاندارد در غلظت های بالا تهیه و نتایج را به دست آورید. مواردی که قانون بیر را تحت تأثیر قرار می دهند عبارت است از:

الف( غلظت بالای محلول درنتيجة مشاركت مولکولي يون هاي موجود.

ب( تفاوت ميزان آبگيري در غلظت های کم که طبیعت کمپلکس های یونی را تغییرمی دهد.

ج( در مواردی که ميزان جذب با  قانون بیر  مطابقت ندارد با استفاده از استانداردهای مشخص نموداري رسم كنيد

)نمودار جذب در برابر غلظت(، و غلظت نمونة مجهول را از نمودار به دست بياوريد

برای اطلاع از قیمت اسپکتروفتومتر مشخصات فنی انواع اسپکتروفتومترهای موجود در بازار ایران و مقایسه جزئیات فنی اسپکتروفتومتر یو وی و اسپکتروفتومتر ویزیبل وارد بخش فروشگاه اینترنتی آزماکالا -انواع اسپکتروفتومتر- بشوید.