اسپکتروفتومتر (Spectrophotometer) یک دستگاه آزمایشگاهی دقیق است که برای اندازهگیری نحوه جذب یا انتقال نور توسط یک نمونه در طول موجهای مشخص استفاده میشود. به بیان سادهتر، اسپکتروفتومتر نور را در یک یا چند طول موج به نمونه میتاباند و میزان نوری که نمونه جذب میکند (یا عبور میدهد) را به صورت سیگنال الکتریکی ثبت میکند. این دادهها در تجهیزات آزمایشگاهی سپس به غلظت، خلوص یا ویژگیهای مولکولی نمونه نسبت داده میشوند.
اجزای اصلی یک اسپکتروفتومتر عبارتاند از:
1. منبع نور: بسته به نوع دستگاه ممکن است از لامپ دوتریوم (برای UV)، لامپ تنگستن (برای ناحیه مرئی) یا منابع دیگر استفاده شود.
2. مونوکروماتور: منشور یا گریتینگ که نور سفید را تفکیک به طول موجهای مختلف میکند و فقط یک طول موج مشخص از آن عبور میدهد.
3. کووت (Cuvette) یا محفظه نمونه: جایی که نمونه قرار میگیرد. ممکن است از کوارتز، شیشه یا پلاستیک باشد بسته به طول موج کاری.
4. آشکارساز (Detector): فوتودتکتور مثل فوتودیود یا لوله فوتومضرب، که نور عبوری را به سیگنال الکتریکی تبدیل میکند.
5. صفحه نمایش / رابط داده: برای خواندن و ثبت نتایج، اغلب شامل نرمافزارهایی برای تحلیل داده است.
مبنای کار اسپکتروفتومتر بیشتر بر قوانین جذب نور (مانند قانون بیر-لمبرت) است: شدت نور جذب شده با غلظت نمونه رابطه دارد که به ما امکان میدهد غلظت آن ماده را محاسبه کنیم.
اسپکتروفتومتر یکی از پرکاربردترین ابزارهای تحلیلی در آزمایشگاهها و صنایع مختلف است. در ادامه مهمترین کاربردهای آن را بررسی میکنیم:
در این حوزه، اسپکتروفتومتر برای تعیین غلظت ترکیبات، آنالیز واکنشهای شیمیایی، بررسی خلوص نمونهها (مثل پروتئینها، DNA/RNA) و مطالعه داینامیک واکنشها به کار میرود. بهطور ویژه در بیوشیمی، با استفاده از جذب UV در طول موج مشخص، میتوان غلظت اسید نوکلئیک را تعیین کرد.
شرکتهای دارویی برای کنترل کیفیت مواد دارویی، سنجش خلوص ترکیبات فعال، بررسی ناخالصیها و پایش فرآیند تولید از اسپکتروفتومتر استفاده میکنند. این ابزار اجازه میدهد تا تغییرات کوچک در غلظت ترکیبات در طی فرایند تولید شناسایی شود.
اسپکتروفتومتر به عنوان یک ابزار بینشگر در پایش کیفیت آب استفاده میشود تا مقدار آلایندهها، ترکیبات فلزی، نیتروژن-فسفر، رنگ، COD و سایر شاخصهای زیستمحیطی سنجیده شود. این امکان مهم در آزمایشگاههای کنترل محیط زیست و تصفیهخانهها کاربرد زیادی دارد.
در صنایع غذایی، اسپکتروفتومتر به منظور تجزیه ترکیبات مختلف (مثل افزودنیها، ویتامینها، رنگها)، آنالیز سینتیک آنزیمی، و کنترل کیفیت محصولات استفاده میشود. در کشاورزی نیز برای بررسی کیفیت کود، ترکیب خاک، میزان کوددهی و کنترل سلامت آب کاربرد دارد.
در آزمایشگاههای زیستی، اسپکتروفتومتر برای مطالعات فلورسانس (در مدلهای فلورسنت)، تعیین میزان پروتئین و آنزیم، آنالیز سلولی و حتی تعیین چگالی سلول (مثل OD600 در باکتریها) به کار میرود.
به دلیل دقت و قابلیت آموزش بالا، اسپکتروفتومتر یکی از دستگاههای پایهای در آزمایشگاههای درسی دانشگاهی است. دانشجویان میتوانند اصول طیفسنجی، قانون بیر-لمبرت و مفاهیم کیفی و کمی را با آن تمرین کنند.
انتخاب اسپکتروفتومتر مناسب، به نیازهای آزمایشگاه، نوع نمونهها، بودجه و اهداف کاری بستگی دارد. در این بخش نکات مهمی را که هنگام خرید باید در نظر بگیرید، بررسی میکنیم:
تکپرتویی (Single Beam): نور تنها از یک مسیر عبور میکند، سادهتر و ارزانتر است اما ممکن است نوسانات منبع نور یا آشکارساز باعث خطا شود.
دوتایی (Double Beam): نور به دو پرتو تقسیم میشود، یکی از آنها از نمونه و یکی از مرجع عبور میکند. این طراحی باعث افزایش پایداری و دقت میشود و نوسانات منبع نور را جبران میکند.
باید دستگاهی انتخاب شود که محدوده طول موج آن با نوع آزمایشهای شما مطابقت داشته باشد. برای مثال، اگر آزمایشهای شما در محدوده UV است، باید منبع نوری دوتریوم و کووت کوارتزی داشته باشید.
کیفیت منبع نور اهمیت زیادی دارد. برای UV معمولاً لامپ دوتریوم به کار میرود، برای مرئی از لامپ تنگستن و برای برخی دستگاهها کلکسیون چراغهای گستردهتر.
نوع، جنس و طول مسیر کووت تأثیر زیادی بر نتایج دارد. کوارتز برای UV مناسب است، شیشه یا پلاستیک ممکن است برای نور مرئی کافی باشد. همچنین طول مسیر کووت (مثلاً ۱۰ میلیمتر یا کمتر) به حساسیت اندازهگیری کمک میکند.
دقت طول موج، پایداری منبع نور، کنترل نویز و توانایی کالیبراسیون مهماند. دستگاههای حرفهایتر ممکن است کنترل دمای داخلی (مثل Peltier) داشته باشند تا دقت بهتری ارائه دهند.
وجود نرمافزار قدرتمند برای آنالیز داده (منحنی جذب، محاسبه غلظت، گزارشگیری) بسیار مفید است. همچنین قابلیت ذخیرهسازی دادهها، خروجی گرفتن و ارتباط با کامپیوتر کمک زیادی به کارایی دستگاه میکند.
برند معتبر دستگاه به معنای کیفیت قطعات، دقت، پایداری و امکان پشتیبانی فنی است. به عنوان مثال، برند آزوناکس به عنوان یکی از تامینکنندگان معتبر در زمینه تجهیزات آزمایشگاهی شناخته میشود و میتواند گزینهای مطمئن باشد.
لازم است تعادلی میان ویژگیهای فنی مورد نیاز و بودجه برقرار شود. دستگاههای پایه برای تحلیلهای ساده کافیاند، اما برای کاربردهای تحقیقاتی دقیقتر باید گزینههای پیشرفتهتر را در نظر گرفت.
دستگاه باید امکان کالیبراسیون دورهای را داشته باشد تا دقت آن حفظ شود. همچنین کووتها، منابع نوری و آشکارسازها نیاز به مراقبت و تعویض منظم دارند.
اسپکتروفتومترها براساس نوع نوری که استفاده میکنند، طراحی اپتیکی و کاربرد، به چندین دسته تقسیم میشوند:
این نوع رایجترین اسپکتروفتومتر است که در طول موجهای فرابنفش (حدود 190–400 نانومتر) و مرئی (تقریباً 400–700 نانومتر) کار میکند. این دستگاهها عمدتاً برای تعیین غلظت، خلوص ترکیبات آلی، پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک به کار میروند
در این نوع، دستگاه نور مادون قرمز را آنالیز میکند و بیشتر برای شناسایی گروههای عملکردی مولکولها، مطالعه پلیمرها و ترکیبات آلی استفاده میشود. (
در این دستگاه، نمونه پس از تحریک با نور، فلورسانس از خود ساطع میکند که توسط آشکارساز اندازهگیری میشود. این نوع بسیار حساس است و در مطالعات زیستی مثل آنالیز پروتئین، DNA یا مولکولهایی که فلوروفور دارند، کاربرد زیادی دارد.
همانطور که گفته شد، نور به دو پرتوی مرجع و نمونه تقسیم میشود. این طراحی برای بالا بردن دقت و کاهش اثرات نوسانات منبع نور استفاده میشود.
نور تنها از یک مسیر عبور میکند و خواندن مرجع و نمونه به صورت جداگانه انجام میگیرد. هزینه پایینتر دارد ولی ممکن است پایداری کمتری داشته باشد.
برخی مدلها سبک، جمعوجور و قابل حمل طراحی شدهاند تا بتوانند در محیط میدانی، کنترل کیفیت صنعتی یا آزمایشگاههای کوچک استفاده شوند.
این دستگاهها دارای سیستم کنترل دمای داخلی هستند (مثلاً با عنصر Peltier) تا شرایط پایدار برای نمونه فراهم شود، به خصوص در آنالیزهای حساس که تغییر دما میتواند نتایج را مختل کند.
نکات تکمیلی و توصیههای عملی
