ضروریات منبع نور
یک منبع نور در اسپکتروفتومتر باید خواص زیر را داشته باشد:
- در گسترهی وسیعی از طول موجها تولید نور (تابش) کند.
- پایداری خوبی داشته باشد.
- طول عمر بالایی داشته باشد.
- ارزان باشد.
نکتهی مهم در زمینهی مورد شمارهی یک این است که برای تابش در محدودهی وسیعی از طول موجها، به درجهی بالای تابش و همچنین تابش یکنواخت در سراسر محدودهی طول موجی (توزیع تابش یکنواخت) نیاز داریم.
برای به دست آوردن مقادیر فتومتری با نسبت بالای سیگنال به نویز، درجهی بالای تابش نور یک ضرورت اجتنابناپذیر است. البته در نظر داشته باشید که معمولا افزایش بیش از اندازهی تابش میتواند منجر به کاهش طول عمر آن شود. بنابراین باید به برقراری تعادل بین این دو مورد توجه داشت.
از طرفی چون ویژگیهای مربوط به حساسیت دستگاه در طول اندازهگیریها به هم ربط دارند، در نتیجه توزیع یکنواخت تابش از جمله شرایط مهم برای به دست آوردن مقادیر فتومتری با نسبت سیگنال به نویز یکنواخت در محدودهی طول موج مورد اندازهگیری است.
- تعمیر اسپکتروفتومتر
در صورت نیاز به تعمیر دستگاه اسپکتروفوتومتر کلیک کنید.
انواع منبع نور
اغلب هر کدام از منبعهای نوری، تعداد محدودی از الزامات یک منبع نور را دارند و هیچکدام از آنها تمام این ویژگیها را با هم ندارد. خیلی از اسپکتروفتومترها بین لامپ هالوژن برای ناحیهی مرئی و لامپ دوتریوم برای ناحیهی فرابنفش مطابق با تنظیمات طول موجی تغییر وضع میدهند (سوئیچ کردن).
به همین دلیل است که دستیابی همزمان به درجهی بالای تابش و توزیع یکنواخت تابش در یک گسترهی طول موجی وسیع به وسیلهی یک منبع نور، کار بسیار دشواری است. سوئیچ بین منابع نور با گسترهی طول موج نشری مختلف نیز نیاز به کاهش نور اضافی واردشده به مونوکروماتور و کاهش مقدار نور سرگردان دارد.
سایر دستگاهها از یک لامپ زنون یا فلش لامپ زنون استفاده میکنند که برای تجزیه و تحلیل هدف و مقصد آزمایش مناسب هستند. لامپ جیوه کم فشار چند طیف نشری تولید میکند و برای کالیبراسیون طول موج اسپکتروفتومتر کارامد است.
نور سرگردان چیست؟
زمانی که ما از یک منبع نور استفاده میکنیم، این منبع یک گستره از طول موجها را تولید میکند. این در حالی است که ما فطقط به بخشی از این گستره نیاز داریم و ابقی آنها را لازم نداریم.
نور سرگردان طبق تعریف نسبت نور تولید شدهی غیر ضروری به کل نور تولید شده است.
به عنوان مثال، فرض کنید که ضریب عبور 1٪ (2 Abs) در طول موج خاصی اندازه گیری شده است که نور تک رنگ حاوی 0.1٪ نور سرگردان به نمونه تابیده می شود. با توجه به تأثیر نور سرگردان، ضریب عبور در واقع 1.1٪ (1.959 Abs) است، به طوری که یک خطای تقریباً 2٪ رخ داده است.
1- لامپهای هالوژنی
هنگامی که جریان از رشتهی لامپ هالوژنی میگذرد، مانند یک لامپ معمولی گرم میشود و نور منتشر میکند. از تنگستن به عنوان مواد سازندهی رشتهی درون لامپ استفاده میشود که در دماهای بالا تبخیر میگردد. در نتیجه، حباب لامپ حاوی رشتهای مانند لامپ رشتهای معمولی است که با یک گاز بی اثر برای جلوگیری از تبخیر تنگستن پر میشود.
لامپ هالوژنی حاوی یک هالید و گاز بی اثر است تا چرخهی هالوژن کامل شود. یعنی تنگستن تبخیرشده به رشته برگردد، در نتیجه طول عمر لامپ بالا میرود. همچنین این ویژگی موجب محدودکردن سیاه شدن دیواره لامپ توسط تنگستن تبخیرشده میگردد تا شرایطی را فراهم نماید که منبع نور در مدت طولانی درخشان بماند.
تصویر 1 توزیع شدت نور را در دمای رنگ 3000 کلوین نشان میدهد. محدودهی طول موج قابل استفاده از 350 تا 3500 نانومتر است، اما این گستره توسط دمای رنگ تحت تأثیر قرار میگیرد.
لامپهای هالوژن در طول زمان پایدار هستند و عمر طولانی دارند (تقریبا 2000 ساعت) و نسبتا ارزان هم هستند. به این ترتیب، این لامپها بسیاری از شرایط مورد نیاز برای یک منبع نور اسپکتروفتومتر را دارند.
چرخهی هالوژن چیست؟
تنگستن که در دماهای بالا تبخیر میشود با هالوژن در نزدیکی دیواره لوله خنک ترکیب میشودتا تنگستنهالید تشکیل شود. ذرات تنگستنهالید معلق به کمک همرفتی به درون لوله میرود و در نزدیکی رشته داغ تفکیک شده به تنگستن و هالوژن جدا تبدیل میشود. تنگستن جدا به رشته میچسبد و هالوژن دوباره به تنگستن بخارشده پیوند میخورد. به تکرار این واکنشها، چرخهی تنگستن میگوییم.
لامپهای دوتریوم
لامپ دوتریوم یک منبع نور تخلیه حاوی چندصد Pa دوتریوم در یک حباب بسته است. از آنجایی که این لامپ از یک کاتد داغ برای دستیابی به تخلیهی قوس پایدار و قابل اطمینان استفاده میکند، تقریبا 10 ثانیه زمان نیاز است تا پیشگرمایش قبل از شروع تخلیه انجام شود.
لامپ دوتریوم به منبع تغذیهی بزرگ و پیچیدهای نیاز دارد که هزینهی آن را نسبت به لامپ هالوژن بالا میبرد. از طرفی یکی از معدود منابع نور طیف پیوسته است که در محدودهی فرابنفش پایدار است.
لامپ دوتریوم، طول موج نشری کوتاه حدود 400 نانومتر یا کمتر دارد. مواد سازندهی پنجره، کاربرد آن را در انتهای گسترهی طول موجهای کوتاه محدود میکند. تصویر بالا نمونههایی از کاربرد کوارتز مصنوعی و شیشه UV را نشان میدهد.
استفاده از آن در پایان طول موجهای بلند محدود به حدود 400 نانومتر است. با این وجود، مقدار کم تضعیف در قسمت انتهای طول موجهای بلند امکان استفاده از آن در تولید نور 400 نانومتر را فراهم میکند. همچنین طیفهای نشری چندگانه در محدودهی 400 نانومتر یا بالاتر از آن وجود دارد. از این بین، طیفهای در 486.0 نانومتر و 656.1 نانومتر به طور خاصی شدید هستند و برای کالیبراسیون طول موج در اسپکتروفتومترها مناسب هستند.
لامپ زنون (لامپ قوس زنون)
لامپ زنون یک منبع نور تخلیه به همراه گاز زنون در یک حباب بسته است. این لامپها مطابق با روش نوردهی به دو نوع جریان مستقیم یا جریان متناوب دستهبندی میشوند. اگر الکترودهای آن بیش از حد داغ شوند، الکترود تنگستنی تبخیر شده و به دیواره لوله میچسبد، در نتیجه روشنایی لامپ کم میشود. به همین دلیل چون الکترود آند نیز بسیار داغ میشود، الکترود آند در لامپ زنون جریان مستقیم بزرگتر از کاتد ساخته مششود تا ظرفیت گرمایی بیشتری داشته باشد. اما از آنجایی که الکترودهای یک لامپ جریان متناوب به صورت متناوب به کاتد و آند تبدیل میشوند، هر دو الکترود یک اندازه هستند. بنابراین در این لامپها نسبت به لامپهای جریان مستقیم، تنگستن راحتتر تبخیر میشود. با این وجود، در لامپ جریان متناوب امکان استفاده از ابزار نوردهی فشرده و کمهزینه وجود دارد، زیرا به یکسوسازی جریان نیازی نیست.
همانطور که در تصویر بالا مشخص است، توزیع طیفی لامپ زنون مشابه با نور خورشید است و یک طیف پیوسته از فرابنفش تا نزدیک مادون قرمز تولید میکند. در مجموع، لامپ زنون در مقایسه با لامپ هالوژن و لامپ دوتریوم از نظر هزینه و نوسانات خروجی مرغوبیت کمتری دارد. اغلب از لامپهای هالوژن در اسپکتروفتومترهای معمولی استفاده میشود اما لامپهای زنون به دلیل روشنایی زیادی که دارند در مواردی به کار میروند که شدت نور زیادی مورد نیاز باشد. (مانند اسپکتروفلوئورومتر)
فلش لامپ زنون
فلش لامپ زنون، نوعی لامپ زنون فشرده است که به وسیلهی جرقهی پالسی، گرمای کمتری تولید میکند. این لامپها بر حسب کاربردشان به صورت دو نوع لوله مستقیم یا لولهی U–شکل در دسترس هستند. الکترودهای آن در یک لوله بستهی شیشهای کوارتز (لولهی شیشهای با سیلیس بالا) قرار دارند که با گاز زنون پر شدهاست.
فلش لامپ زنون نسبت به لامپ قوس، نوسانات خروجی بیشتری دارد به همین دلیل، تکرارپذیری آن کم است و باید برای بهدستآوردن دادههای پایدار به یکپارچهسازی دادههای خروجی پرداخت. بنابراین برای بهدستآوردن سریع طیف پیوسته از این لامپ در ترکیب با آرایهای از آشکارسازها در دستگاههای خودکار (مانند رنگسنجها) استفاده میشود.
لامپ جیوه کمفشار
لامپ جیوهی کمفشار، یک لامپ تخلیه است و به گونهای طراحی شده است که زمانی که روشن شود دارای فشار بخار جیوه کم (حداکثر 100پاسکال) باشد تا خطوط رزونانس جیوه (254 یا 185 نانومتر) به صورت مؤثری نشر شود.
تصویر بالا توزیع طیفی لامپ جیوهی کمفشار را نشان میدهد. لامپهای جیوهی کمفشار در چند نسخه در دسترس هستند که برای انتشار مستقیم نورهای فرابنفش به کار میروند. در اصطلاح به آنها، لامپهای فلوئوروسنت نیز میگویند که دارای مواد فلوئوروسنت برای تبدیل یک طول موج به طول موجهای دیگر هستند.
اسپکتروفتومتر از خطوط نشری جیوه برای کالیبرهکردن مقادیر طول موجهای نمایش دادهشده استفاده میکند. خطوط نشری 254 نانومتر، 365 نانومتر، 436 نانومتر و 546 نانومتر در کالیبراسیون به کار میروند، اما باید به پهنای شکاف (پهنای باند طیفی) استفادهشده در طول اندازهگیری دقت شود. به عنوان مثال، از آن جا که خط نشری 365 نانومتری یک خط سهتایی (سه خط نشری بسیار نزدیک به هم) است، پهنای باند طیفی برای اندازهگیری صحیح خطوط نشری نسبی حداکثر میتواند 0.5 نانومتر باشد.
تعویض منابع نوری
همانطور که گفته شد، لامپهای هالوژن و لامپهای دوتریوم در بسیاری از اسپکتروفتومترها به کار میروند. تصویر زیر توزیع انرژی نسبی آنها را که توسط یک اسپکتروفتومتر UV-1800 UV-VIS اندازهگیری شده است را نشان میدهد. منابع نور در حدود 300 نانومتر تا 350 نانومتر با هم تعویض میشوند، در این ناحیه شدت نشر لامپ هالوژن و لامپ دوتریوم تقریبا با هم برابر است.
منابع نور را میتوان با حرکتدادن خود لامپها یا با چرخاندن یک بازتابنده تغییر داد.
تصویر زیر روش تعویض منبع را با چرخاندن یک بازتابنده نشان میدهد. با تغییر شیب بازتابنده که بین لامپ هالوژن و لامپ دوتریوم قرار دارد، پرتو نوری که وارد مونوکروماتور میشود تغییر میکند.
در UV-1900، شیب بهینه نسبت به هر منبع نور به صورت خودکار در حین راهاندازی اولیه دستگاه پس از روشنشدن آن تنظیم میشود که نیاز به تنظیم موقعیت با تعویض لامپها را برطرف میسازد.
منبع: وبسایت رسمی شرکت شیمادزو
