گزارش کار اسپکتروفتومتر ناحیه مریی Spectrophotometer

هدف: آشنایی با دستگاه اسپکتروفتوم‌تر

تئوری: اسپکتروفتوم‌تر ناحیه مریی Spectrophotometer

روشهای طیف سنجی براساس بر هم کنش تابش الکترومغناطیسی با ماده بنیان گذاری شده است و چون امواج الکترومغناطیس، حاصل کاهش سرعت ذرات با بار الکتریکی است بنابراین توسط ماده جذب شده و سبب افزایش سرعت ذرات می‌گردد. علاوه بر این انرژی نورانی در بر هم کنش با ماده و جذب آن توسط ماده، باعث برانگیختن ماده به ترازهای انرژی بالا‌تر می‌گردد. بنابراین بسته به شدت و قدرت انرژی وارده به ذره با ماده بر هم کنش کرده و پدیده خاصی را سبب می‌گردد که اساس اندازه گیریهایی نظیر اسپکتروفتومتری را تشکیل می‌دهد. و می‌تواند شامل کلیه نواحی طیف الکترومغناطیس از اشعه گاما و ناحیه مریی تا امواج رادیویی باشد. در این رابطه، روشهای جذب، نشر، شکست، پراش (Diffraction) و پلاریزه شدن نور را می‌توان مورد توجه قرار داد که مهم‌ترین آن‌ها روشهای اسپکتروفتومتری جذبی و نشری و فلورسانس است.

هدف: آشنایی با دستگاه اسپکتروفتوم‌تر

تئوری: اسپکتروفتوم‌تر ناحیه مریی Spectrophotometer

روشهای طیف سنجی براساس بر هم کنش تابش الکترومغناطیسی با ماده بنیان گذاری شده است و چون امواج الکترومغناطیس، حاصل کاهش سرعت ذرات با بار الکتریکی است بنابراین توسط ماده جذب شده و سبب افزایش سرعت ذرات می‌گردد. علاوه بر این انرژی نورانی در بر هم کنش با ماده و جذب آن توسط ماده، باعث برانگیختن ماده به ترازهای انرژی بالا‌تر می‌گردد. بنابراین بسته به شدت و قدرت انرژی وارده به ذره با ماده بر هم کنش کرده و پدیده خاصی را سبب می‌گردد که اساس اندازه گیریهایی نظیر اسپکتروفتومتری را تشکیل می‌دهد. و می‌تواند شامل کلیه نواحی طیف الکترومغناطیس از اشعه گاما و ناحیه مریی تا امواج رادیویی باشد. در این رابطه، روشهای جذب، نشر، شکست، پراش (Diffraction) و پلاریزه شدن نور را می‌توان مورد توجه قرار داد که مهم‌ترین آن‌ها روشهای اسپکتروفتومتری جذبی و نشری و فلورسانس است.

طول موج نور مریی بیشتر و در نتیجه انرژی آن کمتر از UV است. در اثر تابش نور به ماده در آن نقل و انتقالات الکترونی صورت می‌گیرد، e‌ها تحریک شده و به سطوح انرژی بالا‌تر می‌روند. بسته به ساختمان شیمیایی جسم، نقل و انتقالات الکترونی مختلفی می‌تواند صورت گیرد، و محل جذب بستگی به ساختمان شیمیایی ماده دارد. بنابراین از gmax برای شناسایی مواد استفاده می‌شود که طول موجی است که در آن حداکثر جذب صورت می‌گیرد و برای تعیین غلظت جسم مجهول gmax را به نمونه می‌تابانیم. مقدار جذب از قوانین جذب Bear & Lambert پیروی می‌کند و از رابطه A=e lc محاسبه می‌شود.

معمولا در محدوده‌ای که جذب با غلظت رابطه خطی دارد، تعیین مقدار انجام می‌شود. اگر غلظت نمونه و استاندارد به هم نزدیک باشد و غلظت‌ها هم در محدوده خطی باشند، می‌توان با استفاده از تناسب محاسبات را انجام داد.

 

اجزاء و قسمتهای مختلف دستگاه اسپکتروسکوپ

اسپکتروفتوم‌تر از دو بخش اسپکتروم‌تر و فتوم‌تر تشکیل شده است. اسپکتروم‌تر بخشی است که نور منوکروم را ایجاد کرده و دارای منبع نور، عدسی، شکاف‌ها، منوکروماتور (صافی، منشور یا ((Grating system) می‌باشد. بخش فتوم‌تر دارای اسباب سنجش نور می‌باشد.

۱- منبع نورانی: منبع نور مورد استفاده در اسپکتروفتوم‌تر بسته به ناحیه مورد استفاده، متفاوت می‌باشد. برای نورهای مرئی از لامپ تنگستن استفاده می‌شود که نورهایی با طول موج بین ۳۵۰ تا ۸۰۰ نانوم‌تر ایجاد می‌کند. و برای نورهای ماوراء بنفش (UV) از لامپ جیوه، هیدروژن استفاده می‌شود. این لامپ‌ها در ناحیه بین ۲۰۰ تا ۶۰۰ نانوم‌تر بکار می‌روند. در دستگاههای پیشرفته‌تر هر دو نوع لامپ وجود دارد.

۲- عدسی‌ها: (آینه‌ها): برای کنترل کردن مسیر نور، وجود عدسی لازم است. به جای عدسی‌ها از آینه‌هایی که به شکل نیمدایره یا محدب ساخته شده‌اند می‌توان استفاده نمود.

۳- شکاف‌ها (slits): در هر اسپکتروفتومتری دو شکاف وجود دارد: یکی را شکاف ورودی و دیگری را خروجی می‌گویند. شکاف‌ها رل مهمی در جداکردن نور دلخواه با طول موج مشخص دارند. به همین جهت اندازه این شکاف‌ها بسیار مهم هستند. بیشتر دستگاه‌ها پیچی دارند که اندازه این شکاف‌ها را می‌توان برحسب احتیاج تغییر داد. هر چه طول این شکاف‌ها بیشتر باشد پهنای نور عبوری (band-pass) بیشتر بوده و دامنه طول موج آن نیز زیاد می‌باشد و به عبارت دیگر نورهای دیگری که مورد نیاز نیستند عبور می‌کنند. این نور اضافی را Stray light می‌نامند

۴- منوکروماتور (monochromators): اشعه نورانی پس از عبور از عدسی‌ها و شکاف مقدار و مسیر آن‌ها کنترل شده سپس به دستگاهی که می‌تواند نور پلی کروم را به منوکروم تبدیل کند وارد می‌شود. پس نوری با طول موج مشخص و انتخابی به وجود می‌آورند. دو نوع منوکروماتور وجود دارد منشور و Grating.

۵- محل نمونه: ظرف محتوی نمونه را سل یا کووت (cuvett) می‌نامند که از جنس شیشه، کوارتز یا پلاستیک است. برای اندازه گیری شدت رنگ محلول‌ها و بلانک بکار می‌رود. سلهای شیشه‌ای و پلاستیکی برای ناحیه مرئی به کار می‌رود و در ناحیه ماوراء بنفش از سل کوارتز استفاده می‌شود. طول سل‌ها معمولا ۱ سانتی متر است و سلهایی با طول cm ۱/۰ تا cm ۱۰ نیز موجود می‌باشد. محل قرار گرفتن نمونه بسته به اینکه دستگاه جایگاه جدا برای رفرنس (بلانک) دارد یا نه، Single beam و Double beam نام دارد. و کووت‌ها برحسب نوع شیشه و شکل چند نوع می‌باشند.

۱- کووتهای مکعبی: سطح مقطع این کووت‌ها مربع بوده و از جنس شیشه خالص (برای نورهای مرئی) و کوارتز (برای نور ماوراء بنفش) می‌باشند. شیشه نور مرئی را از خود عبور می‌دهد ولی نور ماوراء بنفش را به مقدار زیادی جذب می‌کند. کووتهای مکعب، گران و کارکردن و تمیز نگهداشتن آن‌ها دقت بسیار لازم دارد.

۲- کووتهای گرد: سطح مقطع این دسته از کووت‌ها گرد بوده و برای کارهای روزمره آزمایشگاهی بکار می‌روند. با همه دقتی که در ساختن کووت‌ها می‌شود، مکرر دیده می‌شود که آیا A دو کووت مشابه، یکسان نیست. برای جلوگیری از استفاده کووتهای ناجور باید آن‌ها را کالیبره نمود.

برای کالیبره کردن کووت‌ها محلولی را که نسبتا پایدار است مثل هموگلوبین با غلظت ۵۰ میلی گرم درصد میلی لیتر تهیه می‌نمایند. باید T این محلول در طول موج nm ۵۴۰ برابر ۳/۰ ± ۵۰% باشد. راه دیگراینست که به جای کالیبره کردن کووت‌ها از یک کووت برای شاهد و استانداردو نمونه استفاده کنند.

۶- دتکتور (نور سنج): نور پس از عبور از عدسی‌ها و شکاف‌ها و منوکروماتور به محلول لوله آزمایش رسیده و از آنجا به نورسنج می‌رود. اسباب منوکروماتور، نور دلخواه و با طول موج مشخص را به لوله آزمایش می‌تاباند. رنگ این نور مکمل رنگ محلول است. اگر رنگ محلول سبز- آبی (مثل تعیین مقدار گلوکز بوسیله ارتو تولوییدین) به طول موج nm ۴۹۵-۴۷۵ باشد رنگ فیلتر- منشور یا گریتینگ باید نارنجی یا نزدیک آن با طول موج بین nm ۶۲۰-۶۰۰ باشد. چون رنگهای نارنجی مکملش سبز-آبی است. بنابراین وقتی منوکروماتور رنگ مکمل رنگ محلول را به لوله آزمایش می‌تاباند مقداری از آن به وسیله محلولی که در لوله وجود داشته و بستگی به غلظت مواد مورد آزمایش دارد، جذب شده و بقیه آن به نورسنج می‌رسد. نورسنج با تبدیل انرژی نورانی به انرژی الکتریکی قادر است که مقدار جذب این نور را به وسیله محلول و یا درصد ترانس – می‌تانس آن اندازه گیری نماید. دتکتور‌ها شامل انواع فتوشیمیائی، فتوالکتریکی و حرارتی می‌باشد که در ناحیه مرئی و ماوراء بنفش از دتکتورهای فتوالکتریکی مانند فتوولتتیک و فتوتیوب و فتومولتی پلایر تیوب استفاده می‌شود.

۷- رکوردر (الکتریک سنج) در اسپکتروفتوم‌تر احتیاج به دستگاهی است که جریان الکتریکی دتکتور را اندازه بگیرد. دو سیستم گالوانوم‌تر و نول پوینت وجود دارد که در اسپکتروفتومترهایی که دارای نواحی مرئی باشند معمولا از یک گالوانوم‌تر یا صفحه دیجیتالی استفاده می‌شود. دیاگرام زیر، طرح یک اسپکتروفتوم‌تر ساده را نشان می‌دهد.

 

طرز کار:

۱- پس از اتصال به برق مدتی باید صبر کرد تا دستگاه گرم شود

۲- طول موج ماکزیمم را روی دستگاه تنظیم می‌نمایند.

۳- در شرایطی که جا سلی دستگاه، خالی است با در باز یا بسته (بستگی به نوع دستگاه دارد) صفر ترانس می‌تانس را تنظیم می‌کنیم.

۴- بلانک آبی و بلانکهای دیگر را در جا لوله‌ای دستگاه گذاشته آن را روی صددرصد T و یا صفر A تنظیم می‌کنند.

۵- نمونه‌ها را در سل ریخته و مقدار جذب آن‌ها را می‌خوانیم.

۶- سل‌ها حتما باید تمیز بوده و قطرات محلول اطراف آن باید با دستمال کاغذی پاک شود.

مواد لازم: FeSCN محلول / آب مقطر

وسایل لازم: بالن ژوژه / دستگاه اسپکتروفتومتر/ دستمال کاغذی

روش آزمایش:

ابتدا محلولهای ۳ و ۶ و ۵/۷ و ۹ و ۱۰ ppm تیوسیانات را آماده می‌کنیم و سپس دستگاه را روشن کرده و طول موج را بر روی ۴۸۰ تنظیم می‌کنیم و توسط محلول شاهد

درصد جذب را بر روی صفر تنظیم می‌کنیم. سپس سل را بیرون آورده و درصد جذب را بر روی ۱۰۰% تنظیم می‌کنیم. حال دستگاه کالیبره شده است. یکی یکی محلول‌ها را درون سل می‌ریزیم و درون دستگاه قرار می‌دهیم و در دستگاه را می‌بندیم و در صد جذب را می‌خوانیم و در آخر محلول مجهول را هم درون دستگاه قرار می‌دهیم و با رسم نمودار غلظت مجهول مورد نظرمان را بدست می‌آوریم.

تصویر:



 

موارد خطا:

نکات زیر را باید درباره کووت‌ها رعایت کرد:

۱- هرگز قسمت پایین کووت را با دست نمی‌گیرند چون نور از این قسمت کووت عبور می‌کند.

۲- کووت را دو بار با محلول مورد آزمایش آبکشی می‌نمایند.

۳- موقع استفاده از کووت‌ها آن‌ها را با پارچه نرمی که پرز ندهد پاک می‌کنند در صورت امکان از کاغذهای مخصوص پاک کردن عدسی استفاده می‌نمایند.

۴- محلول داخل کووت باید عاری از حباب هوا باشد.

۵- کووت را طوری در اسپکتروفتوم‌تر قرار می‌دهند که علامت مخصوص روی کووت به طرف خواننده باشد.

۶- معمولا از‌‌ همان مسیری که کووت را در اسپکتروفتوم‌تر قرار داده‌اند از‌‌ همان مسیر هم آن را خارج می‌کنند.

۷- وقتی از دستگاه استفاده نمی‌شود دریچه روی محفظه کووت را می‌بندند.

۸- کووت‌ها را با محلول تمیز کننده قوی نمی‌شویند. حتی در محلولهای ضعیف نیز به مدت طولانی قرار نمی‌دهند.

۹- در صورت اجبار داخل کووت را با سوآپ پنبه‌ای تمیز می‌کنند.

۱۰- از کووتهای کالیبره نشده استفاده نمی‌کنند.

۱۱- باید اندازه کووت و حجم محلول اندازه گیری مناسب باشد..

نتیجه گیری:

غلظت بدست آمده مجهول شماره ۶ از روی نمودار رسم شده ……. ppm بدست آمد.