طیف‌سنج، دستگاهی است که برای اندازه‌گیری طول موج‌های تابش الکترومغناطیسی که با ماده برهمکنش می‌کنند به کار می‌رود. به عبارت دیگر، طیف‌سنجی نوری (اسپکتروفتومتری) نوعی طیف‌سنجی است که روی اندازه‌گیری توزیع طول موج نور متمرکز است. بنابراین برای رسیدن به اهداف مختلفی همچون اندازه‌گیری نور فرابنفش – مرئی، مادون قرمز، رامان، طیف‌سنجی جذب اتمی و غیره استفاده می‌شود.
کاربرد اولیه‌ی اسپکتروفتومتری، تشخیص رنگی است که یک مرجع دریافت می‌کند و درصد عبور یا بازیافت از جسم هدف را نشان می‌دهد. معمولا برای این منظور، پخش‌کننده‌ی بازتاب‌ها به عنوان مرجع نگهداری می‌شود.
در اینجا ما به بحث در این مورد می‌پردازیم و دو نوع اصلی این دستگاه، یعنی اسپکتروفتومتر تک‌پرتویی و اسپکتروفتومتر دوپرتویی را بررسی می‌کنیم.
انواع دستگاه اسپکتروفتومتر
طراحی سامانه طیف‌سنجی بر پایه اصول اساسی جذب نور توسط گونه‌های جاذب و قانون بیر – لامبرت است. پس از گذشت سال‌ها، طراحی اصلی این سامانه به صورت ابزار نوری تک‌پرتویی و دوپرتویی درآمده است که نوع دوپرتویی به دلیل مزایای متمایز خود برتری دارد.
پیشرفت در سامانه‌های الکترونیکی و تشخیصی موجب محبوبیت بیشتر سامانه‌های دوپرتویی گشته است. در این مقاله، بحث ما به بررسی سامانه‌های طیف‌سنجی جذب اتمی محدود می‌شود.
قبل از این که به تمایز مزیت‌های دو دستگاه بپردازیم، باید بدانیم درک آرایش نوری سامانه‌های دوپرتویی و تک‌پرتویی دارای اهمیت به سزایی است. پس به جزئیات آن‌ها توجه می‌کنیم تا این سامانه‌ها را بهتر بشناسیم.
- تعمیر اسپکتروفتومتر
در صورت تمایل به تعمیر دستگاه اسپکتروفوتومتر UV-Vis کلیک کنید
اسپکتروفتومتر تک‌پرتویی چیست؟
این اسپکتروفتومتر برای اندازه‌گیری شدت نسبی نور قبل و بعد از برخورد به نمونه مورد آزمایش به کار می‌رود. این سامانه با خالی‌کردن دستگاه یا استاندارد کردن آن نسبت به مرجع کار می‌کند. اسپکتروفتومتر تک‌پرتویی دارای چهار جزء اصلی است:
- منوکروماتور
- آشکارساز
- منبع نور(باید با گذشت زمان پایدار بماند، ارزان باشد، در گستره طول موجی وسیعی تابش کند و طول عمر زیادی داشته‌باشد)
- نمونه(هدف)
از نحوه کارکردن دستگاه می‌توان اطلاعات بیشتری کسب نمود.
نحوه کار: منبع نور از یک لامپ کاتدی توخالی که خط اتمی باریکی از عنصر مورد اندازه‌گیری منتشر می‌کند. نور سریعا به وسیله یک برشگر (chopper) چرخان واقع در بین منبع نور و شعله مدوله می‌شود(روشن و خاموش می‌شود).
همچنین مدولاسیون نور به کمک فشردن دکمه پاور(خاموش و روشن کردن سریع) منبع نور نیز انجام می‌شود. مدولاسیون به این منظور بکارمی‌رود که نور ناشی از منبع نور از نور نشرشده توسط شعله متمایز شود.
نور مدوله‌شده وارد شعله می‌شود، جایی که در آن اتم‌های در حالت پایه مربوط به عنصر مورد اندازه‌گیری قرار دارند و پس از جذب نور توسط نمونه نور خارج‌شده وارد منوکروماتور می‌گردد تا طول موج مدنظر جدا شود و سپس به سمت آشکارساز هدایت می‌شود.
اکنون شما می‌دانید که یک اسپکتروفتومتر چیست و چگونه کار می‌کند. بیایید مزیت‌ها و عیوب این دستگاه را نیز ببینیم.
مزیت‌های یک اسپکتروفتومتر تک‌پرتویی
- مقرون‌به‌صرفه بودن: دستگاه‌های تک‌پرتویی نسبت به دستگاه‌های جایگزین ارزان‌ترند.
- داشتن عملکرد بهتر: انرژی منبع نور در آن بیشتر است زیرا نور آن شکافته نمی‌شود، در نتیجه حساسیت دستگاه بیشتر است.
عیوب یک اسپکتروفتومتر تک‌پرتویی
ناپایداری: به علت عدم اصلاح و جبران مشکلاتی مانند نوسانات مدار الکترونیکی، نوسانات ولتاژ، ناپایداری اجزای مکانیکی یا رانش (DRIFT) انرژی منبع نور، نوسانات غیرعادی در نتایج دیده می‌شود.
اسپکتروفتومتر دوپرتویی چیست؟
بر خلاف دستگاه تک‌پرتویی، قبل از استفاده از دستگاه دوپرتویی نمی‌توان آن را خالی یا استاندارد کرد. در عوض، پرتو نور را برای هر هدف به دو قسمت تقسیم می‌نماید. یکی از این پرتوها از میان نمونه مورد اندازه‌گیری و پرتو دیگر از درون یک استاندارد مرجع می‌گذرد. تعداد اجزای این دستگاه‌ها نیز بیشتر است:
- نگهدارنده نمونه
- تفسیرکننده
- منبع نور
- آشکارساز
- منوکروماتور
به چگونه کارکردن این اسپکتروفتومتر دقت کنید.
نحوه کار: پرتو نور منبع به کمک یک برشگر به دو پرتو نمونه و مرجع شکافته می‌شود. پرتو مرجع نشان‌دهنده انرژی لامپ است، اما پرتو نمونه بازتابی از جذب نمونه است.
اندازه‌گیری جذب مشاهده‌شده به صورت نسبت بین پرتو نمونه و مرجع می‌باشد که دوباره قبل از رسیدن به منوکروماتور با هم ترکیب می‌شوند. این نوع آرایش، اثرات ناشی از رانش در شدت نور، نوسانات مکانیکی و الکترونیکی را جبران می‌نماید، این اثرات بر هر دو پرتو مرجع و نمونه به طور یکسان اثر می‌گذارند.
اکنون بیایید ببینیم مزایای استفاده از دستگاه UV-Vis دوپرتویی چیست.
مزیت‌های اسپکتروفتومتر دوپرتویی
تشخیص دقیق‌تر: پیشرفت‌های جدید در اپتیک موجب شده‌است تا حد زیادی دستگاه‌ها خودکار شوند و تشخیص یکسان یا حتی بهتری توسط دستگاه‌های دوپرتویی نسبت به نوع یک‌پرتویی آن حاصل شود. عوامل ناپایداری ناشی از رانش لامپ و نوسان ولتاژ بر اندازه‌گیری‌های بی‌درنگ (Real-time) تأثیری ندارد.
بی‌نیازی از گرم‌کردن: زمان کمی یا بدون وقفه برای گرم‌کردن لامپ مورد نیاز است. این موضوع نه تنها موجب بهبود عملکرد نتایج می‌شود، بلکه عمر لامپ را نیز کم نمی‌کند.
مقایسه اسپکتروفتومتر تک‌پرتویی با نوع دوپرتویی آن
با توجه به مزیت‌های دو دستگاه، می‌توانیم بگوییم که دستگاه UV-Vis دوپرتویی سودمندتر هستند. اما باید به نکات زیر قبل از انتخاب دستگاه دقت کنیم.
- هزینه: بدیهی است که دستگاهی که ساختار پیچیده‌تری دارد، قیمت بسیار بیشتری نیز دارد. بنابراین اگر قصد خرید وسیله پیشرفته‌تری دارید باید هزینه بیشتری نیز بپردازید. با این حال، به دلیل تمام مزایایی که یک دستگاه دوپرتویی دارد، صرف هزینه بیشتر عاقلانه خواهدبود. به علاوه، هزینه کلی خرید این نوع دستگاه تا حدودی به دلیل طول عمر بیشتر لامپ آن جبران می‌شود.
- دردسر: اگر می‌خواهید کارتان را سریع‌تر انجام دهید، باید به سمت اسپکتروفتومتر دوپرتویی بروید. در این دستگاه، نور از مرجع و نمونه همزمان می‌گذرد. بنابراین به دردسر نمی‌افتید. به عبارت دیگر، شما در دستگاه تک‌پرتویی مجبورید ابتدا مرجع را داخل دستگاه قراردهید و با آن اندازه‌گیری‌های دستگاه را استاندارد کنید و سپس در نهایت نمونه را در دستگاه جای دهید. این دستگاه فقط برای حالتی بهتر خواهدبود که شما وقت و انرژی کار اضافی را داشته‌باشید.
هر چند که هر دو نوع دستگاه می‌توانند به خوبی کار کنند، اما اسپکتروفتومتر دوپرتویی کمی مزیت بیشتری دارند.
انتخاب شما اساسا بستگی به اولویت‌هایتان دارد. اگر خواهان پایین‌آوردن قیمت باشید و بتوانید با کمی ناپایداری و دردسر کار کنید، دستگاه تک‌پرتویی گزینه مناسبی خواهدبود. اما در موردی که قصد داشته‌باشید عملکرد کلی بهتری داشته‌باشید، داشتن دستگاه دوپرتویی ضروری است.
