اجزای دستگاه اسپکتروفتومتر

دستگاه اسپکتروفتومتر یکی از ابزارهای اساسی در علوم طبیعی، شیمی، فیزیک، و صنایع مختلف است که برای تحلیل و بررسی خواص نوری مواد استفاده می‌شود. این دستگاه پیچیده از تعدادی اجزای مختلف تشکیل شده است که هر کدام وظایف ویژه‌ای در انجام عملکرد دستگاه دارند.
یکی از اجزای اساسی دستگاه، منشور یا گریت است که نور را از نمونه عبور داده و طیف نوری را باز می‌کند. منشور با تقسیم نور به امواج مختلف، امکان تحلیل طیف نوری را فراهم می‌کند.
به طور کلی اسپکتروفتومتر از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر یک نقش مهمی در عملکرد دستگاه ایفا می‌کنند. در این مقاله، به بررسی اجزای اصلی دستگاه خواهیم پرداخت. در ادامه، هر یک از این اجزا را به طور مفصل‌ بررسی خواهد شد.

تعریف دستگاه اسپکتروفتومتر

این دستگاه یکی از تجهیزات مهم و پرکاربرد در آزمایشگاه‌ها است که برای تجزیه و تحلیل امواج الکترومغناطیسی استفاده می‌شود. این دستگاه توانایی تجزیه و تحلیل طیف نوری را که توسط یک نمونه از ماده با استفاده از یک منبع نوری ارسال شده است، دارد. با استفاده از این ابزار، می‌توان به طور دقیق طیف جذب یک ماده را تعیین کرد و اطلاعات مفیدی درباره خواص فیزیکی و شیمیایی آن به دست آورد. این دستگاه به عنوان یک ابزار تحلیلی برای شیمی، فیزیک، بیوشیمی و حوزه‌های دیگر استفاده می‌شود.
دستگاه قادر است غلظت فوق العاده کمی از مواد را نیز اندازه‌گیری کند. این امکان باعث می‌شود که در تحلیل عناصر مولکولی مانند DNA و RNA نیز کاربرد داشته باشد. به همین دلیل، کاربردهای اصلی این دستگاه در آزمایشگاه‌های بیوشیمی و زمینه‌های مرتبط است. شرکت آرکاراد این دستگاه را با قیمتی رقابتی برای مشتریان خود ارائه می¬دهد.

اساس کار دستگاه اسپکتروفتومتر

در دستگاه، اصل کار بر اساس جذب و انتشار نور در ماده است. هنگامی که نمونه ماده با یک منبع نوری مثل لامپ مورد تابش قرار می¬گیرد، برخی از امواج نوری توسط مولکول‌ها و اتم‌های ماده جذب می‌شوند و انرژی این امواج به حالت‌های الکترونی مولکول‌ها منتقل می‌شود. میزان انرژی جذب شده به خصوصیات شیمیایی و فیزیکی ماده مرتبط است.
نمونه با استفاده از یک منبع نوری به طور مستقیم تابیده می¬شود و سپس نور تابیده شده از طریق شیشه‌هایی با ویژگی‌های خاصی که طیف رنگی را تنظیم می‌کنند، به دتکتور هدایت می‌شود. دتکتور سعی در ثبت نوری که از نمونه جذب شده است دارد و این اطلاعات به صورت یک طیف جذبی ثبت می‌شود. از تحلیل طیف جذبی برای به دست آوردن خواص فیزیکی و شیمیایی ماده استفاده می‌شود.
به طور کلی، مقدار نور جذب شده در یک ماده به میزان غلظت آن در محیط بستگی دارد. در صورتی که ماده جامد باشد، ابتدا باید در یک حلال شفاف حل شود تا به راحتی بتوان اندازه‌گیری انجام داد. نمونه به همراه حلال در یک ظرف شیشه‌ای یا ظرفی از جنس کوارتز ریخته می‌شود و در مقابل نور عبوری دستگاه اسپکتروفتومتر قرار می‌گیرد. توجه داشته باشید که با استفاده از افزونه‌های دستگاه می‌توان نمونه‌های جامد و یا حتی گاز را نیز تحلیل کرد.
برای تهیه این دستگاه با گروه پشتیبانی آرکا راد تجارت ARTECO ، تماس حاصل فرمائید.

اجزای اسپکتروفتومتر

•    منبع تابش 

نقش اصلی منبع نور، تولید انرژی تابشی است. منبع نور در این دستگاه، بسته به منطقه مورد استفاده، متفاوت است. برای اندازه‌گیری در منطقه مرئی و اشعه ماورا بنفش، از لامپ‌های تنگستن استفاده می‌شود که به طور مداوم امواج با طول موج زیادی را ساطع می‌کنند.(در بازه 350 تا 1100 نانومتر)
از آنجایی که پوشش شیشه‌ای رشته‌ای در طول موج‌های کمتر از 350 نانومتر جذب می‌کند، استفاده از لامپ‌های تنگستن برای اندازه‌گیری طول موج‌های فرابنفش توصیه نمی‌شود. برای اندازه‌گیری طول موج‌های منطقه ماور بنفش، لامپ‌های دوتریوم به کار می‌روند، زیرا یک طیف مداوم در منطقه UV (190 تا 350 نانومتر) ایجاد می‌کنند.
عملکرد لامپ‌ها در دستگاه به این صورت است که هنگامی که میزان جذب در طیف UV اندازه‌گیری می‌شود، لامپ دوتریوم فعال می‌شود و لامپ تنگستن خاموش می‌شود، و برعکس. این اقدام باعث جلوگیری از تداخل در طول موج‌های غیرضروری در نور ساطع شده از نمونه می‌شود.

•    محفظه نمونه (Cell)

در این بخش، برای ذخیره‌ی نمونه‌های آزمایشی، مدل‌ها و اندازه‌های مختلف از محفظه‌ها موجود است. این محفظه‌ها شامل پوشش، میکرو سلول، میکروپلیت، لوله‌های آزمایش و غیره هستند. در اسپکتروفتومترهای قابل مشاهده UV، محفظه نگهدارنده نمونه به شکل مکعب مستطیل است و مهم است که کووت نور رادیواکتیو را جذب نکند.
استفاده از پوشش‌های شیشه‌ای در طول موج‌های قابل مشاهده در محدوده 340 نانومتر تا 1000 نانومتر رایج است و پوشش‌های دیگر از جمله سیلیس یا کوارتز با بافت سیلیکون نیز برای محدوده نور مرئی و منطقه ماورا بنفش استفاده می‌شوند. قطر کووت معمولاً 1 سانتیمتر است ولی بسته به دستگاه ممکن است متغیر باشد.

•    مونوکروماتور یا تک رنگ ساز

نقش تک‌رنگ ساز، ایجاد نور تک‌رنگ و جداسازی طول موج مورد نیاز است. این اجزا شامل شکافی برای محدود کردن نور تولیدی، مجموعه‌ای از آینه‌ها برای عبور نور، و یک قطعه برای جدا کردن طول موج های نور است. روش کار منشور بر اساس تفاوت در ضریب شکست مواد مختلف است، و توری شکست نیز برش بخش‌هایی از طول موج را مشخص می‌کند. گریتینگ ساده‌ترین نوع چراغ انباشته است و فیلترها برای جذب طول موج‌های مشخص و انتقال یک طول موج خاص عمل می‌کنند.

•    آشکارساز

آشکارسازها برای اندازه‌گیری شدت امواج استفاده می‌شوند و خواص فتوالکتریکی دارند که انرژی نورانی را به الکتریکی تبدیل می‌کنند.
یک اسپکتروفتومتر از دو دستگاه تشکیل شده است: طیف‌سنج و نورسنج. طیف‌سنج عموماً نور را پراکنده و اندازه‌گیری می‌کند، در حالی که نورسنج، شدت نور را اندازه‌گیری می‌کند.
در آشکارسازهای فتوولتایی، تابش فوتون به سطح نیمه‌هادی الکترون‌ها را جدا می‌کند و الکترون‌های جدا شده توسط یک الکترود نقره جمع‌آوری می‌شوند و پتانسیل تولید می‌کنند.

•    فتولوله

در لوله‌های نوری یا فتولوله‌ها، جریان الکترون از برخورد فوتون‌ها ایجاد می‌شود، که یک لوله خلا و فوتوکاتد پوشش داده شده با Cs را شامل می‌شود.

•    فتومالتی‌پلایر

در فتومالتی‌پلایر یا چند لایه‌ساز نوری، الکترودها و آندهای زیادی وجود دارند که هر الکترود به الکترود قبلی متصل است و الکترودها از نظر کاتد نسبت به الکترود بعدی متفاوت هستند. این سیستم جریان الکتریکی را تقویت می‌کند تا بتواند انرژی بسیار کم فوتون را تشخیص دهد و ثبت کند، و حساسیت آن به لوله‌های نوری چندین برابر می‌شود.

•    صفحه نمایشگر

اسپکتروفتومترها به صورت گوناگونی می‌توانند داده‌های خود را نمایش دهند. اما عموماً این دستگاه‌ها به رایانه متصل می‌شوند و از نرم‌افزارهای مخصوص برای تحلیل داده‌ها و نمایش آن‌ها به عنوان نمودارهای مختلف مانند ترافیک یا جذب بر حسب طول موج استفاده می‌کنند.

سخن آخر

اجزای دستگاه اسپکتروفتومتر اساسی ترین عوامل در دقت و صحت اندازهگیریهای شیمیایی و فیزیکی هستند. از طراحی مناسب منابع نوری گرفته تا بهینه سازی سیستم های تشخیص، هر جزئی از دستگاه میتواند به بهبود کیفیت و دقت نتایج کمک کند.
توسعه ی تکنولوژی به ویژه در زمینه دتکتورها و سیستم های نوری، به ایجاد دستگاههایی با دقت بالا و قابلیت اطمینان فراوان انجامیده است. این تحولات موجب افزایش کارایی و کاربرد اسپکتروفتومترها در زمینه های گوناگون علمی و صنعتی شده است.
این دستگاهها ابزاری بینظیر برای مطالعه و درک ویژگیهای مواد و تغییرات آنها محسوب میشوند، که همچنین در مباحث حفظ محیط زیست و کاهش آلودگی نیز نقش مهمی دارند.

سوالات متداول

1. منظور از منبع نور در یک اسپکتروفتومتر چیست؟
منظور نوری است که بر روی نمونه تابیده میشود تا جذب یا انعکاس آن اندازهگیری شود.

2. وظیفه دتکتور در اسپکتروفتومتر چیست؟
دتکتور وظیفه تبدیل انرژی نوری به سیگنال الکتریکی است که سپس توسط سیستم الکترونیکی تحلیل میشود.

3. چرا نمونه ها قبل از وارد شدن به دستگاه باید آمادهسازی شوند؟
آمادهسازی نمونهها قبل از وارد شدن به دستگاه برای حذف نویزها و تضمین دقت بیشتر در اندازهگیریها انجام میشود.

4. چرا دستگاه اسپکتروفتومتر باید در مکانی با دمای ثابت و کمترین امکانات نوری خارجی قرار گیرد؟
دمای ثابت و کمترین نور محیط برای جلوگیری از تغییرات ناخواسته در دقت دستگاه و حفظ شرایط محیطی مناسب برای اندازهگیری لازم است.