اسپکتروفتومتری چیست و چه کاربردهایی دارد؟

اسپکتروفتومتری (Spectrophotometry) نوعی طیف سنجی یا اسپکتروسکوپی (Spectroscopy) است که در آن از پدیده فتوالکتریک برای آشکارسازی تابش استفاده می شود. اسپکتروفتومتری که به روش جذب سنجی نیز معروف است، یکی از دقیق ترین و معمول ترین روش های اندازه گیری نمونه های مختلف است. به طوری که با یک دستگاه اسپکتروفتومتر می توان علاوه بر ترکیبات آلی، همه عناصر موجود در جدول تناوبی را  به هر شکلی که در نمونه موجود باشند اندازه گیری کرد. دستگاه هایی که برای جذب سنجی به کار می روند نورسنج ها یا فتومترها (Photometers) و اسپکتروفتومترها هستند. در فتومترها وسیله ای برای تفکیک طول موج ها وجود ندارد و با استفاده از صافی های نوری، تنها در طول موج مشخصی کار می کنند و از روی شدت نور جذب شده، نمونه تعیین می شود. ولی، در دستگاه اسپکتروفتومتر، وسیله ای برای تفکیک طول موج ها وجود دارد و لذا، امکان تهیه طیف و اندازه گیری جذب در طول موج های مختلف وجود دارد. این وسیله تفکیک کننده طول موج که درون منوکروماتور (Monochromator) قرار دارد، منشور (Prism یا Grating) است.

انواع اسپکتروفتومتر:

• اسپکتروفتومتر مرئی (Visible Spectrophotometer)

در ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیس، یعنی ۴۰۰ الی ۷۰۰ نانومتر، جذب یا عبور تابش از محلول نمونه به رنگ آن مربوط است. دستگاه هایی که در ناحیه مریی استفاده می شوند فتومتر یا رنگ سنج (Colorimeter) یا اسپکتروفتومتر مریی نامیده می شوند. در رنگ سنج ها از صافی و در اسپکتروفتومترها از تکفامساز برای تفکیک طول موج ها استفاده می شود.

•  اسپکتروفتومتر فرابنفش- مریی (UV-Visible Spectrophotometer)

اسپکتروفتومترهای فرابنفش- مریی در کل محدوه فوق بنفش و مریی طیف الکترومغناطیس، یعنی از ۱۹۰ الی ۱۰۰۰ نانومتر کاربرد دارند. اگر دستگاه اسپکتروفتومتر فوق بنفش- مریی برای آنالیز ماده در ناحیه مریی استفاده شود، محلول نمونه باید رنگی باشد، ولی برای استفاده در ناحیه فرابنفش، محلول نمونه می تواند شفاف باشد. در این دستگاه ها معمولاً از دو نوع منبع تابش استفاده می شود. لامپ تنگستن برای ناحیه مریی و لامپ بخار دوتریم برای ناحیه فرابنفش رایج هستند. ولی، در برخی از دستگاه های جدید از لامپ فلشی زنون استفاده شده که هر دو ناحیه را پوشش می دهد.

نحوه کار اسپکتروفتومتر

ساختار اسپکتروفتومترها:

اسپکتروفتومترها با دو ساختار تک پرتویی یا سینگل بیم (Single Beam) و دوپرتویی یا دبل بیم (Double Beam) ساخته می شوند.

دستگاه‌های تک پرتویی طوری طراحی شده‌اند که تمام نور از محلول نمونه عبور می کند و جذب محلول نمونه با جذب نمونه بلانک یا شاهد مقایسه می شود. با این اسپکتروفتومترها نمونه را در طول موج بیشینه آن (λ_max) می توان اندازه گیری کرد. ابتدا با استفاده از سلول یا کووت حاوی حلال یا محلول بلنک، مقدار عبور (Transmittance) روی ۱۰۰% و یا میزان جذب (Absorbance) روی صفر تنظیم شده، سپس آن با سلول حاوی نمونه جایگزین می شود. در نهایت میزان عبور یا جذب نمونه ثبت می شود.در دستگاه های دوپرتویی، نور مونوکروماتور به دو باریکه با استفاده از آینه ها، مانند یک آینه چرخان و یک آینه نیمه شفاف تقسیم می شود. یکی از این پرتوها از درون محلول شاهد یا بلانک و دیگری از درون محلول نمونه عبور می کند.  در سیستم دو پرتویی عمل حذف جذب شاهد به صورت اتوماتیک بوده و عمل مقایسه بین شاهد و نمونه در هر ثانیه چندین بار انجام می شود. اسپکتروفتومترهای دوپرتویی نسبت به سیستم های تک پرتویی دو مزیت مهم دارند، که عبارتند از: (۱) کنترل و سنجش سریع نمونه و شاهد سبب حذف خطاهای ناشی از نوسان های شدت منبع، ناپایداری الکترونی و هرگونه تغییر دیگر در سیستم نوری می شود. (۲) امکان عمل طیف گیری و ثبت کل طیف به طور اتوماتیک انجام می شود.

کاربردهای اسپکتروفتومتر

اسپکتروفتومتری در اندازه گیری کیفی و کمّی انواع ترکیبات آلی، معدنی و یونهای فلزی به کار می رود. تعیین غلظت مواد، اندازه گیری فعالیت آنزیم های مختلف، کلسترول، تری گلیسیرید، قند، لیپوپروتئین ها، اوره، کراتین و ترکیبات مشابه، انواع نمونه های با بالینی و تحقیقاتی، انواع داروها و همه یونهای فلزی، با اسپکتروفتومتری امکان پذیر است. همچنین این دستگاه قابلیت اندازه گیری نمونه های فوق العاده کوچک را داشته و لذا از آن برای تجزیه عناصر مولکول های RNA استفاده می شود. لذا،  دستگاه اسپکتروفتومتر در زمینه های مختلف چون تجزیه مواد در رشته های شیمی، مواد، کشاورزی، پزشکی و… کاربرد دارد.