طیف نور سنجی فوق بنفش- مرئی

درحال مشاهده: طیف نور سنجی فوق بنفش- مرئی

ادعونی اهدای خون

طیف نور سنجی فوق بنفش- مرئی

۱۳۹۰/۰۵/۱۴

16:0

امیرحسین ستوده بیدختی

طیف نور سنجی فوق بنفش- مرئی

طیف نور سنجی فوق بنفش- مرئی یک روش تجزیه دستگاهی است که در آن مقدار تابش الکترو مغناطیس که توسط نمونه جذب می شود، اندازه گیری می شود. جذب تابش فوق بنفش- مرئی سبب انتقالهای الکترونی و تغییر در حرکتهای ارتعاشی و چرخشی مولکول می شود.

تابشی که در طیف نورسنجی استفاده می شود، باید تکفام باشد. تابش تکفام، تابشی است که دارای یک طول موج ویژه است. در طیف نورسنجها، تکفام سازی با وسیله ای بنام تکفام کننده انجام می شود.

با اینکه از صافیها هم برای محدود کردن عرض شکاف تابش ورودی استفاده می شود، اما در دستگاههایی که تابش جذب شده اندازه گیری می شود، کمتر کاربرد دارند.

تابش حاصل از منبع تابش الکترومغناطیس، با عبور از تکفام ساز، تکفام شده و به محلول نمونه که در ظرف مخصوص یا سللول قرار دارد، برخورد می کند. دیواره های سلول نسبت به تابش شفاف است، ضخامت آن با b نشان داده می شود، برای هر سلول ثابت است و واحد آن سانتی متر است.

وقتی که نور تکفام با شدت I₀ از سلولی به ضخامت b و از محلولی به غلضت مولی c عبور کند، قسمتی از آن جذب (I_a)، بخشی دیگر منعکس (I_r) و قسمت دیگری در امتداد شعاع تابش عبور (I_t) می کند. بنابراین رابطۀ زیر برقرار است :

I₀ = I_a+ I_r + I_t

لازم به ذکر است که در طیف نورسنجی فوق بنفش- مرئی با گونه هایی که دارای جذب در محدودۀ nm 1000-160 هستند روبرو هستیم.

قانون بیر- لامبرت

جذب تابشهای الکترومغناطیس از قانون بیر- لامبرت تبعیت می کند که بیان می دارد:

« جذب تابش الکترومغناطیس توسط ماده با غلظت و ضخامت سلول متناسب است». مقدار log I₀/I_tرا جذب نامیده و با A نشان می دهند که I₀ شدت نور ورودی و I_t شدت نور عبور کرده است.

A = log I₀ / I_t= εbc

در رابطه بالا، c غلظت بر حسب مول بر لیتر، b طول بر حسب سانتی متر و ε ضریب جذب مولی و مقداری ثابت است. ε نمایندۀ حساسیت اندازه گیری است، یعنی هر چقدر مقدار آن بیشتر باشد، حساسیت اندازه گیری بیشتر است. مقدار ε به دما، نوع حلال، نوع مادۀ حل شده و طول موج اندازه گیری بستگی دارد. در صورتی که c و b بر حسب سایر واحدها بیان شوند، معادله بالا بصورت زیر نوشته می شود:

A = log I₀ / I = εbc

که در آن ε ضریب جذب نامیده می شود و دیمانسیونهای مختلف دارد.

نسبت شدت تابش عبور کرده از سلول (I_t) به تابش وارد شده به سلول I₀)) عبور (T) نامیده می شود؛

T = I_t/ I₀

از آنجا که شدت نور عبور کرده از سلول از شدت تابش وارد شده کمتر است، مقدار عبور بیشتر از واحد نیست. درصد عبور T) %) که بیشتر استفاده می شود، برابر است با عبور ضربدر 100،

%T = 100T

محلولی که دارای عبور 100% است، محلولی است که در آن هیچ ماده جذب کننده تابش وجود ندارد و هیچ کاهشی در شدت تابش ایجاد نمی شود. به همین طریق عبور صفر درصد دلالت بر این دارد که هیچ تابشی به آشکار ساز برخورد نمی کند(محلول کدر)و محلولی که در واقع عبور آن 100 و یا جذب آن صفر باشد، محلول سفید یا بلانک نامیده می شود. این محلول معمولاً همه اجزا تشکیل دهنده نمونه به استثنای مادة مورد نظر را دارد.

عبو ر و درصد عبور یک محلول، با غلظت گونه های جذب کننده به طور خطی تغییر نمی کند، به همین دلیل میتوان آنها را به جذب (A) که بطور مستقیم با غلظت متناسب است، تبدیل کرد.

A = -log T = 2 – log %T

در خاتمه قابل ذکر است که قانون بیر- لامبرت یک رابطه حدی است و برای غلظتهای بالاتر از M^2-10صادق است. در محلولهای با غلظت بیشتر، یونها به یکدیگر نزدیک شده و بر توزیع بار یکدیگر تاثیر می گذارند و میزان قابلیت جذب یک طول موج معین توسط گونه را تغییر می دهند و باعث انحراف از قانون بیر- لامبرت می شوند.

روش و رسم نمودار در تجزیه کمی

اندازه گیری کمّی توسط طیف نور سنجی فوق بنفش- مرئی، به این ترتیب است که یک دسته پرتو الکترومغناطیس تکفام به نمونه تابیده و پس از جذب، مقدار تابش جذب شده توسط محلول اندازه گیری می شود. در طیف نور سنجی فوق بنفش مرئی، چون در محدوده مرئی nm) 1000-340 ( کار می شود، نمونۀ مورد تجزیه باید الزاما رنگی باشد، و برای اندازه گیری یک نمونه رنگین، باید محلولهایی از همان جسم رنگی با غلظتهای مشخص و متفاوت به عنوان محلولهای استاندارد یا شاهد تهیه شود و جذب کلیه این محلولهای استاندارد و مجهول در یک طول موج مشخص اندازه گیری شود.( این طول موج معمولا طول موجی است که در آن ماده حداکثر جذب را دارد و با l_maxنشان داده می شود که مشخصة جسم است)

مطابق قانون بیر –لامبرت، نمودار تغییرات جذب محلولهای استاندارد با غلظت آنها، به صورت خط راست است، که شیب ان εb است. با کمک این نمودار و مقدار جذب محلول مجهول، غلظت محلول مجهول اندازه گیری می شود.این نمودار به نمودار کار معروف است.

در عمل، ابتدا سلول دستگاه با محلول سفید یا بلانک پر شده، در حالی که درب شکاف ورودی تابش به اشکار ساز بسته است، و تابش الکترومغناطیس به آشکارساز نمی رسد، عبور صفر درصد تنظیم می شود. سپس محلول بلانک در مسیر نور قرار داده می شود و در حالیکه شکاف باز است، عبور 100% تنضیم می شود. بعد از تنظیم صفر و 100، جذب محلولهای استاندارد و محلول اندازه گیری می شود.

هر وقت که طول موج تابش الکترومغناطیس تغییر داده می شود، درصد عبور صفر و 100 نیز باید تنظیم شود. این تنظیم صفر و 100 به ویژه در طیف نور سنجهایی که فقط یک مسیر تابش دارند و طیف نور سنجهای تک پرتوی نامیده می شوند، اهمیت دارد. در طیف نور سنجهای دوپرتوی تابش به دو قسمت مجزا تقسیم می شود، و هر قسمت از یک سلول ویژه عبور می کند. اگر یک سلول از محلول بلانک و سلول دیگر از محلول نمونه پر شود، آشکارساز می تواند بطور همزمان شدت I_t و شدت I₀را تعیین کند. چون شدت تابش عبور کرده از محلول بلانک بطور پیوسته اندازه گیری می شود، بعد از تنظیم اولیه صفر و 100، هر چقدر طول موج تغییر کند، نیاز به تنظیم مجدد نمی باشد. بنابراین، طیف نور سنجهای دوپرتوی، زمانی استفاده می شوند که در طی اندازه گیری، طول موج بطور خودکار تغییر داده شود.

تجزیه کیفی

از طیف نور سنجی فوق بنفش- مرئی می توان برای شناسایی ترکیبات آلی و معدنی استفاده کرد. به دلیل همپوشانی وسیع، جذبهای الکترونی، ارتعاشی و چرخشی، طیفهای الکترونی فوق بنفش- مرئی نسبت به طیفهای ارتعاشی زیر قرمز پیوسته هستند و تفسیر آنها مشکلتر است، اما به هر صورت با تعیین l_maxهر ترکیب می توان ان را شنا سایی کرد.

رنگ ترکیبات رنگی و یا جذب آنها در فوق بنفش- مرئی، ناشی از جذب تابش توسط یک یا چند اتصال اشباع نشده در آنهاست. این اتصالها یا گروهها رنگساز نامیده می شوند. در جدول زیر تعدادی از گروههای رنگساز که در طیف نورسنجی فوق بنفش- مرئی اهمیت دارند همراه با l_maxو _max ε آنها خلاصه شده است.

گروههای رنگساز مهم و مقادیر l_maxو_max ε آنها
گروههای رنگساز	nm) l_max	(nm) _max ε
C=C	185	8000
-C=C-	175	6000
C=O	188	900
NH2-	195	2500
CHO-	210	20
COOR-	205	50
COOH-	205	60
-N=N-	252	8000
N=O-	300	100
NO2-	270	14
Br-	205	400

اجزای دستگاه طیف نور سنج فوق بنفش- مرئی

مانند سایر دستگاههایی که بر اساس تاثیر متقابل تابشهای الکترومغناطیس با ماده کار می کنند، دستگاه طیف نور سنج فوق بنفش- مرئی نیز دارای بخشهای زیر است.

ثبات <==دتکتور<== سل<== مونوکروماتور< ==منبع تابش

منبع تابش، تابشهایی با طول موج معین منتشر می کند، این تابشها پس از عبور از مونوکروماتور (تکفام ساز) به یک پرتو تکفام تبدیل شده و بخشی از آن عبور می کند، که پس از برخورد به دتکتور یا همان آشکار ساز به جریان الکتریکی قابل تقویت تبدیل می شود. این شدت جریان بصورت یک علامت که جذب نامیده می شود در سیستم شناساگر ثبت می شود.

یک منبع تابش ایده ال در طیف نورسنجهای فوق بنفش- مرئی باید تابشی با شدت زیاد ایجاد کند، تمام محدوده فوق بنفش- مرئی را داشته باشد، پرتوهایی پایدار و یکنواخت و در مناسبترین اندازه ایجاد نماید، طول عمر زیاد و کمترین اتلاف و هدر رفتن را داشته باشد.

منبع تابش در ناحیه فوق بنفش- مرئی(nm 800-340 ) لامپ تنگستن است که برای طولانی شدن عمر ان به آن مقداری ید می افزایند و به آن لامپ تنگستن –هالوژن گویند. مکانیسم عمل بدین صورت است که ابتدا WI2 تولید شده و هنگامی که بخار این ترکیب با سیم ملتهب داخل لامپ برخورد می کند تجزیه شده و مجدداً تنگستن روی فیلامان لامپ رسوب می کند. منبع تابش در محدودۀ فوق بنفش ( nm 370-190) لامپ هیدروژن یا دوتریم،لامپ جیوه و لامپ گزنون می باشد.

مونوکروماتورهای مورد استفاده در طیف نورسنجهای فوق بنفش- مرئی بر سه نوع است:1- صافی یا فیلترکه ویژه ناحیه مرئی است2- منشورکه در ناحیه مرئی و فرابنفش قابل استفاده است.3- شبکه( گریتینگ) که نظیر منشور در هر دو ناحیه مرئی و فرابنفش قابل استفاده است. البته درون تکفام ساز علاوه بر منشور یا شبکه پراش که به عنوان جزء پاشنده معروف هستند، اجزاء دیگری مانند شکافهای باریک، عدسی، آئینه و صافیها نیز وجود دارد.

ظرف نمونه که سل نامیده می شود، ظرفی به شکل استوانه یا مکعب مستطیل است. در طیف نور سنجهای دوپرتوی همزمان از دو سل استفاده می شود، که در یکی محلول بلانک و در دیگری محلول نمونه قرار داده می شود، در حالیکه در دستگاههای تک پرتوی فقط از یک سل استفاده می شود. سلهای فوق بنفش- مرئی 1 تا 10 سانتی متر قطر دارند،که در ناحیه مرئی ظرف نمونه از جنس شیشه و یا پلاستیکهای خاصی از جنس Plexy glass می باشد ودر ناحیه فرابنفش ظرف نمونه از جنس سیلیس یا کوارتز می باشد، چرا که این دو ماده طول موجهای ناحیه فرابنفش را جذب نمی کنند. در صورتیکه به طول موجهای زیرnm220 نیاز باشد(uvخلا )می بایست اکسیژن محلول را نیز حذف نمود چرا که در این ناحیه از طول موج، مولکولهای اکسیژن جذب دارند. هنگام کار کردن با این سلولها باید دقت شود که توسط دست کدر نشوند و باید همیشه تمیز و براق باشند.

انواع دتکتورهای(آشکار سازها)در طیف نور سنجهای فوق بنفش- مرئی عبارتند از:

1- فوتو سل(PT)

2- سلول فوتوولتائیک

3- لوله های فوتو تکثیرکننده یا فوتومولتی پلایرتیوب(PMT)

4- فوتودیودارای

اساس کار تمامی این اشکارسازها پدیده فوتوالکتریک است، که طی آن فوتون تابش به یک صفحۀ حساس فلزی برخورد کرده و الکترون از سطح کنده می شود، در نتیجه تابش به جریان الکتریکی تبدیل می شود.جریان الکتریکی ایجاد شده متناسب با تعداد فوتونهای تابش و در نتیجه متناسب با شدت تابش است. در آشکار ساز PMT بین کاتد که یک صفحۀ حساس از جنس فلزات قلیایی است، و آند، صفحاتی به نام داینود وجود دارد که باعث می شود الکترونهای خروجی از کاتد شتاب گرفته و در اثر برخورد هر الکترون به سطح دینود، چند الکترون دیگر جدا شود. این الکترونها به نوبه خود به سمت داینود بعدی شتاب می گیرند و این عمل همچنان ادامه یافته و زمانی که این فرایند 9 بار تکرار شود هر فوتون⁶10تا 10⁷ الکترون ایجاد می کند. سرانجام این الکترونها در آند جمع می شوند و جریان خارج شده از PMT تقویت و اندازه گیری می شود. PMT نسبت به تابشهای فوق بنفش- مرئی بسیار حساس است و زمان پاسخ آن نیز بسیار سریع است.

در دستگاههای تک پرتوی بین جذب 0.2 تا 0.7 میزان خطا حداقل است و می نیمم خطا در جذب برابر0.434 مشاهده می شود.در حالیکه در دستگاههای دو پرتوی بین جذب 0.4 تا 1.4 میزان خطا حداقل است و می نیمم خطا در جذب برابر 0.8 مشاهده می شود.

دیجیتال، مونیتور می باشد. این سیستمها یا فقط جذب یا عبور را نشان می دهند و یا می توانند طیف فوق بنفش- مرئی(نمودارجذب بر حسب طول موج)و نمودار کار در تجزیه کمّی را بطور خودکار رسم کنند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

موضوعات مرتبط: شیمی,تصفیه شیمیایی,خوردگی,رسوبگذاری درآب وفاضلاب

برچسب‌ها: آزمايش , طیف نور سنجی فوق بنفش مرئی

ادامه مطلب

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

درحال مشاهده: طیف نور سنجی فوق بنفش- مرئی

طیف نور سنجی فوق بنفش- مرئی

لیست مطالب

آرشیو موضوعی

برچسب ها

صفحات مهم

لینک دوستان

پیوندها

نویسندگان

آخرین مطالب

آرشیو