مرجع تخصصی آب و فاضلاب

اسپکتروفتومتری

اسپکتروفتومتر یا طیف سنج، دستگاهی است که شدت نور را به صورت تابعی از طول موج اندازه گیری می کند. این کار با انکسار پرتو نور به طیف طول موج ها و آشکارسازی شدت ها با دستگاه باردار و نمایش نتایج به صورت گراف انجام می شود. در حقیقت این روش با استفاده از میزان جذب نور، تعیین غلظت می کند. این روش قابلیت اندازه گیری نمونه های فوق العاده کوچک را داشته لذا از آن برای تجزیه و تحلیل عناصر مولکول های RNA، DNA استفاده می شود.

اجزا اسپکتروفتومتر
چهار بخش اصلی در اسپکتروفتومتر وجود دارد: منبع نور، نمونه، آشکارساز و مفسر.

مفسر
اسپکتروفتومتر ها می توانند خروجی خود را به صورت های مختلف نمایش دهند، اما متداول تر است که آن را به کامپیوتر وصل کرده و برای آنالیز داده ها از نرم افزار استفاده کنند و آن را به صورت قابل کاربردی مانند نموداری از مقدار عبور یا مقدار جذب برحسب طول موج نمایش می دهند.

آشکار ساز
در انتهای مسیر نور، آشکارساز وجود دارد که وظیفه آن اندازه گیری شدت نور تابیده شده از آینه ها و انتقال اطلاعات به کنتوری است که آنها را ثبت و مقدار را بر روی LCD به اپراتور نمایش دهد . نوری که از درون سلول نمونه می‌گذرد، به آشکار کننده می‌رسد که آن ، شدت نور عبوری را ثبت می‌کند. آشکار کننده عموما یک لوله تکثیر کننده فوتونی است، ولی در دستگاههای جدید از فتودیودها نیز استفاده می‌شود. در یک دستگاه دو پرتویی ، نور ساطع شده از منبع نوری به دو پرتو تقسیم می‌شود: پرتو نمونه و پرتو شاهد. وقتی نمونه ای در مقابل پرتو شاهد نباشد، نور آشکار شده معادل شدت نور ورودی به نمونه است.

امروزه دو نوع آشکارساز در اسپکتروفتومتر UV / VIS متداول است : فتوتیوب و فتومالتی پلایر تیوب.


فتوتیوب یا فتوسل با تولید یک جریان الکتریکی عمل می کند. وقتی یک فوتون به کاتد سلول ضربه بزند، الکترون به سمت آند رانده شده و بدین ترتیب جریان الکترونی به وجود می آید که مقدار آن به میزان انرژی فوتون بستگی دارد. تیوب فتومالتی پلایر که بسیار حساس تر است به قانون اثر فتوالکتریک پلانک استناد دارد. فوتون ها به سطح حساس تیوب ضربه زده و الکترون های اولیه را به حرکت در می آورند، با برخورد این الکترون ها با سطح بعدی الکترون های ثانویه نیز رها می شوند. این روال به همین ترتیب ادامه پیدا می کند تا به آند برسند و جریان الکتریکی راه بیفتد. جریان تولید شده چندین بار تقویت می شود تا بتواند انرژی بسیار پایین یک فوتون را آشکار سازی و ثبت کند.

سلول نمونه
سلول نمونه باید از ماده ای ساخته شده باشد که نسبت به تابش الکترومغناطیس مورد استفاده در آزمایش ، شفاف باشد. برای طیفهایی که در محدوده مرئی از طیف الکترومغناطیس گرفته می‌شوند، سلولهای مورد استفاده ، از جنس شیشه یا پلاستیک هستند. اما برای طیف گیری در ناحیه ماورای بنفش نمی‌توان از شیشه یا پلاستیک استفاده کرد، زیرا آنها نور ماورای بنفش را جذب می‌کنند. در عوض ، سلولهایی از جنس کوارتز باید استفاده گردند، چرا که کوارتز ، تابش این ناحیه از طیف را جذب نمی‌کند.

منبع نور

منبع نوری ، عموما یک لامپ دیوتریم است که در ناحیه ماورای بنفش از طیف الکترومغناطیسی تابش می‌کند. منبع نوری دوم یعنی لامپ تنگستن ، برای طولهای موجهای ناحیه مرئی از طیف الکترومغناطیسی بکار می‌رود.
منبع نور می تواند نور مرئی، مادون قرمز یا ماورا بنفش باشد. پس از منبع نور یک تک فام ساز (مونوکروماتور) وجود دارد تا نور تولید شده را فیلتر و توسط یک منشور یا توری پراش طول موج های خاصی را انتخاب کند. پس از گذشتن نور تولید شده از داخل نمونه و جذب بخشی از آن، پس از گذشتن از مجموعه ای از لنز ها، شکاف ها، آینه ها و فیلتر ها به سنسور ها رسیده و پس از تفسیر شدن به صورت نموداری در خروجی قرار می گیرد.

عملکرد دستگاه
مسیر نور
در حال حاضر دو منبع نور UV و VIS برای اسپکتروفتومتر وجود دارد. متداول ترین منبع نور برای تولید نور مرئی یک لامپ هالوژن تنگستن با طول موج بین 200 و 340 نانومتر است. چنانچه در شکل 1 دیده می شود نور از میان نمونه عبور کرده و از طریق شکافی وارد اسپکتروفتومتر می شود. شکاف نازک باعث پراکنده شدن نور و پخش به خارج می شود، از آنجا که دستگاه ها تنها یک باریکه نور دارند، در بیشتر موارد طول موج پرتو خوانده شده از نمونه دستخوش تغییر واقع می شود و برای اصلاح این امر از آینه های مقعر استفاده می شود. بدین ترتیب که نور توسط آینه های مقعر به شبکه پراکنده کننده منعکس شده و دوباره به آینه مقعر دیگری منعکس می شود. این آینه کانونی نور را به سمت آشکارساز متمرکز می کند.

آینه هایی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند به سه دسته تقسیم می شوند. اولین دسته از شیشه ساخته شده و برای خواندن جذب در طول موج های UV بیشتر از 340 نانومتر استفاده می شود. دسته دوم از سیلیس گداخته یا کوارتز ساخته شده و به علت شفافیت بسیار زیاد می تواند در اندازه گیری جذب طیف های UV و VIS (800-200 نانومتر) استفاده شود و نوع سوم آینه های یک بار مصرف است که انواع مختلفی دارد. یک نمونه از آن از پلی متا اکریلیت بوده و تنها برای اندازه گیری طول موج های 280 تا 800 نانومتر استفاده می شود.
طبق آخرین تحقیقات آزمایشگاهی، منبع UV می تواند لامپ هیدروژنی فشار بالا یا لامپ دوتریوم باشد. هنگامی که میزان جذب در طیف UV اندازه گیری می شود، لامپ دیگر خاموش می شود و زمانی که اندازه گیری جذب در نور مرئی انجام می شود برعکس این مساله اتفاق می افتد که دلیل این امر جلوگیری از تداخل طول موج های غیر ضروری در نور منتشر شده از نمونه است.

انواع دیگر اسپکتروفتومتر ها

تک پرتو و دو پرتو
اسپکتروفتومتر ها به دو دسته تقسیم می شوند : تک پرتو و دو پرتو.
اسپکتروفتومتر های تک پرتو اولین نسل اسپکتروفتومتر ها بوده و تمام نور از بین نمونه عبور می کند، در این نوع برای اندازه گیری شدت نور تابشی باید به این نکته توجه داشت. این اسپکتروفتومتر ها ارزان هستند چرا که بخش های کمتری داشته و سیستم آنها پیچیدگی کمتری دارند. نسل جدید اسپکتروفتومتر ها نوع دو پرتو است. در این نوع نور قبل از این که به نمونه برسد به دو پرتو مجزا تفکیک می شود که این مسئله یک امتیاز تلقی می شود زیرا خواندن منبع و نمونه به طور همزمان انجام می شود. در برخی از اسپکتروفتومتر های دو پرتو، دو آشکارساز وجود دارد بدین ترتیب امکان اندازه گیری همزمان پرتو های نمونه و مرجع فراهم می شود. سایر اسپکتروفتومتر های دو پرتو، که تنها یک آشکارساز دارند از برشگر پرتو استفاده می کنند که این وسیله در هر لحظه یک پرتو را سد کرده و آشکارساز اندازه گیری پرتو نمونه و مرجع را به صورت یک در میان انجام می دهد.

نور مرئی
محدوده نور مرئی حدود 700-400 نانومتر است. اسپکتروفتومتر های ناحیه مرئی دقت و صحت متغیری دارند. برخی از آنها آشکارساز CCD با پیکسل های کافی برای قرائت هر nm10 را دارند، در حالیکه برخی دیگر می توانند در هر نانومتر چندین قرائت انجام دهند. این اسپکتروفتومتر ها می توانند از منابع نور سیمابی، هالوژن، LED یا ترکیبی از این منابع مثل LED تقویت شده با رشته های تنگستن استفاده کنند.

نور ماورا بنفش

اسپکتروفتومتر هایUV علاوه بر اینکه در طیف سنجی مایعات بسیار متداول است، برای گاز ها و همچنین جامدات نیز استفاده می شود. نمونه را در محفظه مستطیلی مخصوص که معمولا یک سانتیمتر پهنا دارد قرار می دهند. این محفظه که کاوت(Cuvvette) نامیده می شود می تواند شکل پلاستیک، شیشه یا کوارتز داشته باشد. پلاستیک و شیشه، UV را جذب می کنند از اینرو تنها می توان آنها را برای اسپکتروفتومتر های نور مرئی استفاده کرد .(شکل ۲(

نور مادون قرمز
اسپکتروفتومتر مادون قرمز در شناسایی مولکولی و ارتعاشات وابسته به ساختار آن استفاده می شود. ساختار های شیمیایی متفاوت، به دلیل تفاوت در انرژی های مربوط به هر طول موج، راه های مختلفی در پاسخ به طول موج های مختلف دارند.
اسپکتروفتومترهای جدید
تغییر جدید در راستای بهبود کیفیت اسپکتروفتومتری قدیمی ، ابداع اسپکتروفتومترهای ردیف دیودی است. یک ردیف دیود ، شامل مجموعه ای از آشکارسازهای فتودیودی است که در کنار یکدیگر بر روی یک بلور سیلیسیم قرار گرفته‌اند. هر دیود ، جهت ثبت نوار باریکی از طیف طراحی شده است. این دیودها به گونه ای به یکدیگر مرتبط شده‌اند که سرتاسر طیف در یک زمان ثبت می‌گردد.
این نوع آشکار کننده دارای هیچ قسمت متحرکی نبوده ، می‌تواند طیفها را به‌سرعت ثبت کند. علاوه بر این ، خروجی آن به یک کامپیوتر داده شده که قادر است اطلاعات را پردازش کرده و فرمتهای خروجی مفید و متنوعی را فراهم سازد. از آنجا که تعداد فتودیودها محدود هستند، لذا سرعت و محاسن این نوع دستگاه به قیمت کاهش اندک قدرت تفکیک تمام می‌شود. این مزایای زیاد این گونه دستگاه به از دست‌دهی قدرت تفکیک ، سرآمد است.

در هنگام نصب دستگاه اسپکتروفتومتر باید به نکات زیر توجه داشت :
1- اسپکتروفتومتر باید روی سطحی سفت و در محیطی خشک و تمیز نصب شود.
2- به جهت امکان جریان هوا در اطراف اسپکتروفتومتر، باید بین دستگاه و دیوار های اطراف 50 میلیمتر فاصله باشد.
3- کابل برق دستگاه به پریز گراند شده با ولتاژ مناسب وصل شود.
4- پس از اتصال آداپتور AC به برق، خروجی آن باید به گونه ای به دستگاه وصل شود که منبع ذخیره DC در مسیر آن قرار گیرد.
5- در صورتی که خود دستگاه فاقد پرینتر است، باید از طریق پورت مخصوص آن را به پرینتر وصل کرد.
6- پس از روشن کردن دستگاه مدتی صبر کرده تا دستگاه گرم شده و به پایداری حرارتی و الکترونیکی برسد.

بررسي آلودگي آب - سه شنبه سوم خرداد 1390استفاده مجدد از آبهاي زائد و فاضلاب ها - سه شنبه سوم خرداد 1390منشاء و ترکیب شیمیایی پساب - سه شنبه سوم خرداد 1390تصفیه آب آشامیدنی آلوده به آرسنیک با نانوذرات آهن - دوشنبه دوم خرداد 1390کولیس و روش کار با آن - یکشنبه یکم خرداد 1390استفاده از فناورى نانو برای بهبود عملکرد ترميم بتن - یکشنبه یکم خرداد 1390روان آب - یکشنبه یکم خرداد 1390انواع چاه های آب - یکشنبه یکم خرداد 1390درمورد حفاری و روشهای آن - یکشنبه یکم خرداد 1390بررسی علل گرفتگی بیولوژیکی در سیستم اسمز معکوس - جمعه سی ام اردیبهشت 1390روش تصفيه آب توازن كشتي ها به وسيله تزريق گاز اوزون - جمعه سی ام اردیبهشت 1390تاریخچه تحقیق در رابطه اسمز معکوس - جمعه سی ام اردیبهشت 1390فلومتر ها - جمعه سی ام اردیبهشت 1390انواع تیر ها - جمعه سی ام اردیبهشت 1390رسوبگذاري مخازن سدها - جمعه سی ام اردیبهشت 1390راه اندازي پمپ ( Commissioning ) - جمعه سی ام اردیبهشت 1390فولاد - پنجشنبه بیست و نهم اردیبهشت 1390میکروارگانیسم ها و کاربردشان - پنجشنبه بیست و نهم اردیبهشت 1390آجـر - پنجشنبه بیست و نهم اردیبهشت 1390بتن - پنجشنبه بیست و نهم اردیبهشت 1390محافظت از پي منشاء ، پيشرفت و توسعه آن - پنجشنبه بیست و نهم اردیبهشت 1390مقاومت مصالح - پنجشنبه بیست و نهم اردیبهشت 1390حفظ کيفيت منابع آب - پنجشنبه بیست و نهم اردیبهشت 1390انتخاب فرآيند مناسب جهت تصفيه آب - پنجشنبه بیست و نهم اردیبهشت 1390مزایا استفاده ازغشاءها - پنجشنبه بیست و نهم اردیبهشت 1390واحد تصفیه پساب پتروشيمي فجر - پنجشنبه بیست و نهم اردیبهشت 1390ستونهای جذب سطحی - پنجشنبه بیست و نهم اردیبهشت 1390مفاهيم تصفيه آب و پساب - چهارشنبه بیست و هشتم اردیبهشت 1390مطالعه سیالات درگیر - چهارشنبه بیست و هشتم اردیبهشت 1390مراحل پی سازی - یکشنبه بیست و پنجم اردیبهشت 1390پروتوزوئرها - یکشنبه بیست و پنجم اردیبهشت 1390شبکه جمع آوری فاضلاب - یکشنبه بیست و پنجم اردیبهشت 1390منابع آب‌ هاي زيرزميني - یکشنبه بیست و پنجم اردیبهشت 1390انعقاد و لخته سازی - یکشنبه بیست و پنجم اردیبهشت 1390تصفيه ‌فوري آب - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390تصفيه‌ دوزيستي‌ به كمك‌ محيط ‌زيست ‌مي آيد - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390نوعي جاذب جديد براي تصفيه فاضلاب - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390سيستم جديد تصفيه آب - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390تصفیه خانه های قارچی شکل که با تكيه بر نور خورشيد فاضلاب شهري را تصفيه مي‌كنند - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390تصفيه فاضلاب خانگي در منازل و ساختمان‌هاي شهري - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390تصفيه پساب ‌هاي نساجي با گياه آزولا - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390نحوه تصفیه آب و پساب صنعتی در پتروشیمی مبین - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390آنالیز ابعادی (دیمانسیونی) - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390قدیمی ترین سازه آبی جهان - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390جریان آب زیرزمینی و تخلیه طبیعی آب - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390خصوصیات کلی آب دریا - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390مراحل طراحی سیستم های آبیاری - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390هیدروفلوم (Hydroflume) چیست؟ - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390اهمیت زهکشی و استفاده بهینه از آب - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390بتن کانال های آب و فاضلاب - جمعه بیست و سوم اردیبهشت 1390

مرجع تخصصی آب و فاضلاب