اسپکتروفتومتر

اسپکتروفتومتر یک دستگاه آزمایشگاهی است که برای تجزیه و تحلیل طیف نوری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه از یک منبع نوری (مثلاً لامپ هالوژن) برای تولید نور استفاده می کند و پس از گذر از نمونه‌ای که قرار است تحلیل شود، نور را به قطعاتی از طیف نوری تجزیه می‌کند.

به طور کلی، اسپکتروفتومترها به دو دسته تقسیم می‌شوند: UV-Vis و IR. دستگاه UV-Vis برای تحلیل طیف نور قابل رویت با طول موج بین ۱۰ تا ۷۶۰ نانومتر استفاده می‌شود. این دستگاه معمولاً در زمینه شیمی تجزیه‌ای، شیمی فیزیکی، زیست‌شناسی و صنایع مختلفی مانند داروسازی، پلیمر، کشاورزی و مواد غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اسپکتروفتومتر IR برای تحلیل طیف نوری قابل رویت با طول موج بین ۷۵۰ تا ۴۰۰۰ نانومتر استفاده می‌شود. این دستگاه معمولاً در زمینه شیمی تجزیه‌ای و شیمی فیزیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اسپکتروفتومتر برای تعیین طول موج نور و شدت نور مورد استفاده قرار می‌گیرد و از آن برای تحلیل ساختار مولکولی مواد نیز استفاده می‌شود. با استفاده از این دستگاه، می‌توان تغییرات انرژی نور را در طول موج‌های مختلف ثبت کرده و در نتیجه، مشخص کرد که مولکول‌های مواد به چه صورتی با نور تعامل دارند.

کاربرد اسپکتروفتومتر

با کمک اسپکتروفتومتر، می‌توان مواد را به صورت کمی و کیفی تحلیل کرده و اطلاعاتی دربارهٔ ساختار و خواص فیزیکی آن‌ها به دست آورد. این دستگاه در زمینه‌های مختلفی از جمله شیمی، فیزیک، بیوشیمی، داروسازی و مهندسی شیمی استفاده می‌شود.

اسپکتروفتومتر در اصل بر اساس اصل انحراف نوری تشکیل شده است. وقتی نوری از یک ماده عبور می‌کند، ممکن است با عناصر ماده تعامل کند و انحراف شود. در این حالت، طول موج نور تغییر می‌کند و قدرت نور کاهش می‌یابد. با استفاده از اسپکتروفتومتر، تغییرات انحراف نوری را در طول موج‌های مختلف می‌توان اندازه‌گیری کرد.

در اسپکتروفتومتر، نور از منبعی مثل لامپ هالوژنی عبور کرده و به وسیلهٔ شیئی مثل یک شیشه نور تابیده می‌شود. بعد از آن، نور از یک مبدل نوری عبور کرده و به دتکتور فتودیود می‌رسد. دتکتور فتودیود، قدرت نور را اندازه‌گیری می‌کند و این اطلاعات به کامپیوتر ارسال می‌شود تا بتوان تغییرات انحراف نوری را در طول موج‌های مختلف ثبت کرد.

با استفاده از اطلاعاتی که توسط اسپکتروفتومتر به دست می‌آید، می‌توان مشخص کرد که یک ماده چه جذبیت نوری دارد، یعنی به چه طول موج‌هایی حساس است، و این اطلاعات می‌تواند به عنوان ابزاری برای شناسایی و تحلیل ساختار مولکولی مواد مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، با استفاده از اسپکتروفتومتر، می‌توان با اندازه‌گیری طول موج نور، غلظت مواد موجود در یک محلول را نیز تعیین کرد.

کار با اسپکترفتومتر

برای تحلیل ساختار مولکولی با استفاده از اسپکتروفتومتر، ابتدا باید ماده مورد نظر را در آب حل کرده و سپس نمونه را در دستگاه قرار داد. در این حالت، نور از منبعی مثل لامپ هالوژنی عبور می‌کند و به وسیلهٔ شیئی مثل یک شیشه نور تابیده می‌شود. بعد از آن، نور از یک مبدل نوری عبور کرده و به دتکتور فتودیود می‌رسد. دتکتور فتودیود، قدرت نور را اندازه‌گیری می‌کند و این اطلاعات به کامپیوتر ارسال می‌شود تا بتوان تغییرات انحراف نوری را در طول موج‌های مختلف ثبت کرد.

با استفاده از نمودارهای اسپکتروفتومتر، می‌توان به تحلیل ساختار مولکولی مواد بپردازیم. برای مثال، نمودار UV-Vis اسپکتروفتومتر برای تحلیل ساختار مولکولی مواد موثر است. در این نمودار، ما می‌توانیم بر اساس طول موج نور، جذب‌پذیری نمونه را اندازه‌گیری کنیم. در تحلیل ساختار مولکولی، این نمودار می‌تواند به ما کمک کند تا بفهمیم که چه نوع مولکولی در نمونه موجود است و چگونه این مولکول با نور تعامل دارد.

همچنین، اسپکتروفتومتر می‌تواند به عنوان ابزاری برای تحلیل ساختار مولکولی در تکنیک‌هایی مانند رزونانس مغناطیسی هسته (NMR) و اسپکتروسکوپی فرابنفش (FT-IR) نیز مورد استفاده قرار گیرد. در این حالت، اسپکتروفتومتر به عنوان یکی از تجهیزات تکمیلی برای تحلیل دقیق تر ساختار مولکولی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

طیف سنجی جذبی با دستگاه اسپکتروفتومتر 

طیف نورسنجی جذبی، یا همان اسپکتروفتومتری جذبی، یکی از روش‌های قدیمی و مورد استفاده در فیزیکوشیمی است که به ما کمک می‌کند تا مواد معدنی و آلی را تجزیه و تحلیل کرده و ساختار مولکولی آنها را تعیین کنیم. این روش در ناحیه فرابنفش-مرئی (UV-VIS) استفاده می‌شود و یکی از قدیمی‌ترین روش‌های فیزیکوشیمی است.

اسپکتروفتومتری فرابنفش-مرئی به طور گسترده ای در تجزیه و اندازه‌گیری یون‌های فلزی و ترکیبات آلی استفاده می‌شود. علاوه بر این، این روش به عنوان یک ابزار کمکی برای تعیین ساختار مولکولی نیز استفاده می‌شود. ناحیه فرابنفش (UV) در بازه طول موج ۴۰۰ تا ۱۸۰ نانومتر و ناحیه مرئی در بازه طول موج ۴۰۰ تا ۸۰۰ نانومتر قرار دارد.

دستگاه‌هایی که برای تشخیص و جذب انرژی تابشی در این دو ناحیه استفاده می‌شوند، با نام نورسنج (فتومتر، Photometer)، رنگ سنج (کالریمتر، Colorimeter) و طیف نورسنج (اسپکتروفتومتر، Spectrophotometer) شناخته می‌شوند. این دستگاه‌ها به ما امکان می‌دهند تا با استفاده از تابش نور در ناحیه فرابنفش-مرئی، میزان جذب نمونه‌ها را اندازه‌گیری کنیم و اطلاعات مفیدی درباره آنها بدست آوریم.

به طور کلی، طیف نورسنجی جذبی یکی از روش‌های مهم در تجزیه و تحلیل مواد است که ما را قادر می‌سازد تا خصوصیات و ساختار مولکولی مواد را بررسی کنیم. استفاده از این روش در بسیاری از صنایع مختلف از جمله صنایع شیمیایی، داروسازی و غذایی بسیار رایج است.

نمودار اسپکتروفتومتر

نمودار اسپکتروفتومتر UV-Vis یکی از مهم‌ترین نمودارهایی است که با استفاده از اسپکتروفتومتر به دست می‌آید و می‌تواند در تحلیل ساختار مولکولی مواد مفید باشد. برای تحلیل ساختار مولکولی با استفاده از نمودار UV-Vis، ابتدا باید با تحلیل نمودار، اطلاعات دربارهٔ جذب‌پذیری نمونه در طول موج‌های مختلف به دست آورد.

در نمودار UV-Vis، محور افقی نمایانگر طول موج نور است و محور عمودی نمایانگر جذب‌پذیری نمونه در هر طول موج است. برای تحلیل ساختار مولکولی، ما باید به دنبال رفتار نمودار در محدودهٔ UV و Vis باشیم. در این محدوده، برخی از مولکول‌ها نور را جذب می‌کنند و در نمودار UV-Vis این جذب در شکل یک یا چند پیک نمایش داده می‌شود.

با توجه به شکل و موقعیت پیک‌ها، می‌توان به تحلیل ساختار مولکولی بپردازیم. به عنوان مثال، پیک در محدودهٔ UV ممکن است نشان دهندهٔ وجود یک الکترون آزاد در مولکول باشد که باعث جذب نور در محدودهٔ UV شده است. پیک در محدودهٔ Vis هم می‌تواند مربوط به جذب نور توسط گروه‌های عامل در مولکول باشد.

همچنین، شکل پیک در نمودار UV-Vis می‌تواند به ما کمک کند تا بفهمیم که مولکول در چه وضعیتی قرار دارد، مثلاً آیا یک مولکول پیوند دوگانه دارد یا نه، یا آیا مولکول دارای گروه‌های عاملی مانند کربونیل یا نیتروژن دارد یا نه.

در کل، نمودار UV-Vis می‌تواند به ما کمک کند تا با تحلیل و بررسی جذب‌پذیری نمونه در طول موج‌های مختلف، دربارهٔ ساختار و خواص فیزیکی آن‌ها اطلاعاتی به دست آوریم. با پرداختن به جزئیات نمودار، می‌توان به تحلیل ساختار مولکولی مواد پرداخت و اطلاعاتی در این زمینه به دست آورد.

انواع دستگاه‌های اسپکتروفتومتر

۱. اسپکتروفتومتر ویزیبل: این دستگاه برای اندازه‌گیری جذب‌پذیری نمونه در طول موج‌های مختلف در محدودهٔ UV و Vis استفاده می‌شود. با تحلیل نمودار Vis، می‌توان به تحلیل ساختار مولکولی مواد بپردازیم.

۲. اسپکتروفتومتر یووی ویزیبل (UV-VIS): این دستگاه برای اندازه‌گیری جذب‌پذیری نمونه در محدودهٔ UV استفاده می‌شود. این دستگاه در تحلیل ساختار مولکولی و همچنین برای انجام آزمایش‌های بیوشیمی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

۳. اسپکتروفتومتر مادون قرمز (IR): این دستگاه برای تحلیل ساختار مولکولی با استفاده از انعکاس و جذب نور در محدودهٔ IR استفاده می‌شود. با استفاده از نمودار FT-IR، می‌توان به تحلیل ساختار مولکولی مواد بپردازیم.

۴. اسپکتروفتومتر رامان (Raman): این دستگاه برای تشخیص ساختار مولکولی با استفاده از انتشار رامان نور استفاده می‌شود. با استفاده از نمودار Raman، می‌توان به تحلیل ساختار مولکولی مواد بپردازیم.

۵. اسپکتروفتومتر جذب الکترونی (EAS): این دستگاه برای اندازه‌گیری جذب‌پذیری برای الکترون‌های پایهٔ ماده استفاده می‌شود. با استفاده از نمودار EAS، می‌توان به تحلیل ساختار مولکولی مواد بپردازیم.

هر یک از این دستگاه‌ها ویژگی‌های خاص خود را دارند و با توجه به نوع ماده و مطالعات مورد نیاز، از یکی از آن‌ها استفاده می‌شود.

دستگاه نانودراپ

دستگاه نانودراپ یک دستگاه تحلیلی پیشرفته است که برای اندازه‌گیری غلظت کمیت‌های کوچک مانند DNA، RNA و پروتئین‌ها استفاده می‌شود. این دستگاه با استفاده از تکنولوژی اسپکتروفتومتری، با دقت بالایی، مقدار غلظت نمونه را در کمترین زمان ممکن اندازه‌گیری می‌کند.

دستگاه نانودراپ با استفاده از نور مرئی و فرابنفش، در محدوده طول موج‌های ۲۶۰ تا ۲۸۰ نانومتر، غلظت DNA و RNA را اندازه‌گیری می‌کند. همچنین، با استفاده از نور فرابنفش، غلظت پروتئین‌ها را نیز اندازه‌گیری می‌کند.

از مزایای دستگاه نانودراپ می‌توان به دقت بالا، سرعت بالا، قابلیت استفاده آسان، نیاز به حجم نمونه کمتر، و قابلیت اتصال به کامپیوتر و نرم‌افزار مربوطه برای ذخیرهٔ و تحلیل داده‌ها اشاره کرد.

دستگاه نانودراپ در زمینهٔ تحقیقات بسیاری مانند ژنتیک، بیوشیمی، پزشکی، و … مورد استفاده قرار می‌گیرد.

محدوده طول موج اسپکتروفتومتر مورد نیاز چقدر است

با توجه به نیازهای خاص شما، محدوده طول موج مورد نیاز برای اسپکتروفتومتر بستگی به نوع آن و نوری که می‌خواهید استفاده کنید دارد. اگر نیازمند استفاده از نور مادون قرمز در محدوده ۷۰۰ تا ۱۵۰۰۰ نانومتر هستید، بهتر است از یک اسپکتروفوتومتر FTIR استفاده کنید. این دستگاه برای آنالیز طیف الکترومغناطیسی در این محدوده طول موج بسیار مناسب است.

اما اگر نیازمند استفاده از نور فرابنفش در محدوده ۱۸۵ تا ۴۰۰ نانومتر و نور مرئی در محدوده ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر هستید، بهتر است از یک اسپکتروفوتومتر UV-Vis استفاده کنید. این دستگاه قابلیت آنالیز طیف الکترومغناطیسی در این محدوده‌ها را دارد و برای بسیاری از کاربردها، از جمله آنالیز بیوشیمیایی، بسیار مناسب است.

به همین ترتیب، در هنگام استفاده از کووت‌ها برای اسپکتروفوتومتر، باید به مواد سازنده آن‌ها توجه کنید. هر ماده شیشه، پلاستیک و کوارتز ذوب شده، طول موج‌های قابل استفاده متفاوتی در طیف مرئی و فرابنفش دارد. این اطلاعات می‌تواند در انتخاب دقیق و مناسب اسپکتروفتومتر برای شما مفید باشد.

با بررسی ویژگی‌ها و نیازهای خاص خود، می‌توانید یک اسپکتروفتومتر مناسب را برای استفاده خود انتخاب کنید.

راهنما خرید اسپکتروفتومتر تک پرتو یا دو پرتو

با توجه به نیازها و هدف شما از استفاده از یک طیف سنج، می‌توانید بین یک طیف سنج تک پرتو و یک طیف سنج دو پرتو انتخاب کنید.

اگر برای آزمایش‌ها و کاربردهایی که نیاز به محدوده دینامیکی بالا ندارید و می‌خواهید از یک دستگاه ساده‌تر و ارزان‌تر استفاده کنید، طیف سنج تک پرتو مناسب است. این نوع طیف سنج معمولاً محدوده وسیعی از طول موج را پوشش می‌دهد و قابلیت استفاده آسان و جابجایی آسان بیشتری دارد. همچنین، با توجه به سادگی ساختار آن، کمتر در معرض خرابی و گرد و غبار داخلی قرار می‌گیرد.

اگر از طیف سنج برای آزمایش‌های پیچیده‌تر و آنالیز بیوشیمیایی مانند جداسازی DNA، RNA و پروتئین استفاده می‌کنید و نیاز به سرعت، پایداری و انعطاف پذیری بیشتری دارید، طیف سنج دو پرتو مناسب است. این نوع طیف سنج با استفاده از دو مسیر نوری مختلف، دقت و قدرت تفکیک بیشتری را به شما می‌دهد. همچنین، برخی از طیف سنج‌های دو پرتو قابلیت تنظیمات گسترده‌تری را دارند و می‌توانند به راحتی با نیازهای خاص شما سازگار شوند.

به طور کلی، تصمیم نهایی بر اساس نیازها و هدف شماست. با بررسی دقیق مزایا و معایب هر نوع طیف سنج و تطابق آن با نیازهای خاص خود، می‌توانید یک طیف سنج مناسب را برای استفاده خود انتخاب کنید.

تعیین نوع فرمت نمونه اسپکتروفتومتری

قبل از تهیه یک اسپکتروفوتومتر، حتماً نوع نمونه، حجم و فرمت آن را در نظر بگیرم. فرمت‌های نمونه‌ای که در این دستگاه استفاده می‌شود را می‌توان به دو نوع کووت و میکروپلیت تقسیم کرد. در ادامه به توضیح این دو نوع فرمت می‌پردازم.

۱. کووت‌ها: کووت‌ها از شیشه، پلاستیک یا کوارتز ذوب شده ساخته می‌شوند و بسته به جنس و ماده سازنده، دارای طول موج نوری متفاوتی هستند. برای مثال، کووت شیشه، طول موج نوری ۳۴۰ تا ۲۵۰۰ نانومتر را پوشش می‌دهد. کووت پلاستیک نیز در محدوده طیف مرئی با طول موج ۳۸۰ تا ۷۸۰ نانومتر قابل استفاده است. همچنین، کووت‌های میکروحجم نیز وجود دارند که بین ۲ تا ۱۰ میلی لیتر را اندازه‌گیری می‌کنند. 

بسته به اندازه، کووت‌ها به دو نوع ماکرو و استاندارد تقسیم می‌شوند. کووت ماکرو می‌تواند حجمی در بازه ۱.۵ میلی لیتر تا ۲ میلی لیتر را اندازه‌گیری کند و کووت استاندارد قادر به اندازه‌گیری حجم ۵۰ میلی لیتر تا ۲ میلی لیتر است. همچنین، کووت‌های شیشه ذوب شده نیز وجود دارند که طول موج زیر ۳۸۰ نانومتر را در طیف فرابنفش پوشش می‌دهند.

۲. میکروپلیت‌ها: میکروپلیت‌ها یا صفحات میکروتیتر امکان نمونه‌برداری از چندین ماده در حجم‌های کوچک و به طور همزمان را فراهم می‌کنند. آن‌ها دارای طول مسیر کوتاه‌تری نسبت به کووت‌ها هستند و به سادگی و سرعت بیشتری اندازه‌گیری را انجام می‌دهند. هر میکروپلیت می‌تواند حدود ده‌ها نانولیتر تا چندین میلی‌متر مایع را در خود جای دهد.