Un spectrophotomètre est un instrument analytique important trouvé dans de nombreux laboratoires de chimie et de biologie. Cet outil polyvalent mesure l'interaction entre la lumière et la matière, Fournir des informations quantitatives précieuses sur les échantillons. Mais que fait exactement un spectrophotomètre? Comment ça marche? Et pour quoi pouvez-vous l'utiliser? Ce guide expliquera les principes clés derrière la spectrophotométrie et comment utiliser correctement ces appareils.
Qu'est-ce qu'un spectrophotomètre?
Un spectrophotomètre est un instrument optique conçu pour mesurer la transmission ou l'absorption de la lumière passant par un échantillon. Il peut déterminer la quantité de lumière absorbée par une solution chimique à différentes gammes de longueurs d'onde.
Les composants clés d'un spectrophotomètre de base sont:
- Source de lumière: Génère le faisceau lumineux appliqué à l'échantillon. Les sources courantes incluent le tungstène-halogène, deutérium, lampes à xénon, et LED.
- Monochromateur: Contient un prisme ou un réseau de diffraction qui sépare la lumière polychromatique en différentes longueurs d'onde.
- Sélecteur de longueur d'onde: Filtre la lumière pour transmettre seulement une bande étroite de longueurs d'onde.
- Échantillon de compartiment: Abrite la cuve contenant l'échantillon de liquide.
- Détecteur: Mesure l'intensité de la lumière passant à travers l'échantillon. Photodiodes, tubes photomultiplicateurs, et les photorésistants sont des détecteurs typiques.
- Afficher: Montre les données d'absorption, Souvent en pourcentage de transmittance ou des unités d'absorbance.
Les spectrophotomètres permettent une analyse quantitative des échantillons en fonction de leur interaction avec la lumière. Ils peuvent identifier les substances, Déterminer les concentrations, et évaluer les propriétés des échantillons.
Qu'est-ce qu'une mesure de spectrophotomètre?
Les spectrophotomètres fournissent deux mesures principales:
Transmission
C'est la quantité de lumière qui passe par un échantillon, exprimé en pourcentage. Si un échantillon transmet 80% de la lumière, il a une transmittance de 80%. La transmittance dépend de la longueur d'onde.
Une transmittance plus élevée signifie que plus de lumière passe. Les solutions transparentes ont tendance à avoir une transmittance élevée. Les échantillons absorbants opaques transmettent moins de lumière et ont une transmittance plus faible.
Absorbance
L'absorbance mesure la quantité de lumière absorbée par l'échantillon. Il est basé sur la transmittance en utilisant l'équation:
A = -log t
Où A est l'absorbance et T est la transmittance. L'absorbance n'a pas d'unités. Les liquides qui absorbent la lumière fortement ont des valeurs d'absorbance élevées. Les échantillons absorbants faibles donnent de faibles lectures d'absorbance.
En mesurant comment la transmittance et l'absorbance varient en différentes longueurs d'onde, Le spectrophotomètre produit un spectre d'absorption pour l'échantillon. Ce spectre agit comme une empreinte moléculaire pour identifier les analytes.
Comment fonctionne un spectrophotomètre?
Les spectrophotomètres fonctionnent sur le principe que différentes substances absorbent et transmettent la lumière différemment à différentes longueurs d'onde. Voici un aperçu du processus de mesure:
1. Générer de la lumière
La source lumineuse émet un large spectre de lumière. Les sources optiques courantes comprennent des lampes à incandescence pour les lampes à arc de lumière ou de deutérium visible et proche pour les longueurs d'onde ultraviolets.
2. Sélectionner la longueur d'onde
Le monochromateur sélectionne une bande étroite de longueurs d'onde à traverser. Les monochromateurs communs ont des prismes ou des réseaux de diffraction pour disperser la lumière.
3. Passer la lumière à travers l'échantillon
Le faisceau de lumière monochromatique est transmis à travers l'échantillon contenu dans une cuvette claire en quartz. Une certaine énergie est absorbée par l'échantillon.
4. Détecter la lumière transmise
Un photodétecteur mesure la quantité de lumière passe à travers l'échantillon. Les photodiodes et les tubes photomultiplicateurs sont des détecteurs typiques.
5. Mesurer l'absorbance
Le rapport entre transmission à l'intensité de la lumière incidente donne le pourcentage de transmittance. Ceci est converti en valeur d'absorbance et affiché.
6. Analyser les longueurs d'onde
Pas 2-5 sont répétés automatiquement sur une gamme de longueurs d'onde pour produire le spectre d'absorption.
En mesurant l'absorbance à différentes longueurs d'onde, la composition, concentration, et les propriétés de l'échantillon peuvent être déterminées.
Qu'est-ce que la spectrophotométrie utilisée pour?
La spectrophotométrie est devenue une technique analytique essentielle utilisée dans de nombreux domaines:
- Chimie: Identifier les composés, Quantification des analytes, Évaluation des réactions
- Biochimie: Protéine, enzyme, et les tests et analyses d'ADN
- Microbiologie: Mesures de densité cellulaire, études de croissance
- Industrie: Contrôle de qualité, Surveillance des processus de fabrication
- Médecine: Chimie clinique, tests de diagnostic
Certaines applications courantes des spectrophotomètres incluent:
- Mesurer la concentration de solution à l'aide de la loi de la bière
- Évaluer la pureté des produits pharmaceutiques
- Analyse de la nourriture et des boissons
- Surveillance des processus industriels
- Déterminer la cinétique chimique
- Quantification de l'ADN et des protéines
- Identifier les agents pathogènes et les toxines
- Tests de diagnostic clinique
La spectrophotométrie fournit rapidement, abordable, et une analyse quantitative sensible des échantillons dans divers domaines.
Comment utiliser un spectrophotomètre
L'utilisation d'un spectrophotomètre correctement est vitale pour des résultats précis. Voici quelques directives clés pour l'utilisation de spectrophotomètres:
Préparer les échantillons
- Assurez-vous que les échantillons sont complètement dissous et homogènes. Filtre ou centrifugeuse pour éliminer les particules.
- Utilisez des cuvettes de quartz, correspondant à la longueur du chemin de lumière spécifié. Nettoyez soigneusement et manipulez soigneusement.
- Préparez un blanc contenant juste le solvant pour référence. Zéro ou de base correct en utilisant le blanc.
Sélectionner des longueurs d'onde
- Choisissez des longueurs d'onde où l'échantillon absorbe la lumière pour la détection. Scanner sur une plage pour identifier les pics d'absorption maximum.
- Évitez les régions où l'échantillon n'absorbe pas pour les mesures. Cela gasille l'énergie lumineuse.
Suivez les procédures
- Lisez et suivez toutes les instructions de l'instrument. Les spectrophotomètres ont des marques différentes, modèles, logiciel, et accessoires.
- Développer et valider les procédures opérationnelles standard détaillées pour des résultats reproductibles.
Analyser les données
- Assurer un étalonnage approprié en utilisant les normes de référence. Créer des courbes d'étalonnage si nécessaire.
- Mélades multiples moyennes pour la précision. Utiliser une analyse statistique pour déterminer la précision.
- Corrigez toute interférence d'arrière-plan des solvants ou des cuvettes.
Avec formation et expérience, Les chercheurs peuvent tirer pleinement parti des spectrophotomètres pour une analyse de l'échantillon quantitative fiable.
Types de spectrophotomètres
Il existe plusieurs types de spectrophotomètres utilisés dans les laboratoires:
Spectrophotomètres UV-visibles
- Mesurer l'absorption de la lumière dans les plages ultraviolets et visibles (~ 200-800 nm)
- Utiliser des lampes en tungstène-halogène, lampes de deutérium, ou LED comme sources lumineuses
- Analyser les complexes de métaux de transition, échantillons biologiques, et colorants visibles
Spectrophotomètres infrarouges
- Opérer dans une région de longueur d'onde infrarouge (~ 750 nm – 300 µm)
- Utiliser des sources d'infrarouge émettant comme le Nernst Glower
- Identifier les groupes fonctionnels et analyser la structure des composés
Spectrophotomètres d'absorption atomique
- Mesurer l'absorption de la lumière par des éléments vaporisés
- Besoin d'un atomiseur de fournaise à flamme ou en graphite
- Déterminer les métaux et les métalloïdes dans les échantillons
Spectrophotomètres à fluorescence
- Mesurer l'intensité de la lumière fluorescente émise à partir des échantillons
- Utilisez une lampe à xénon ou une LED pour fournir une lumière d'excitation
- Analyser les échantillons avec une fluorescence naturelle ou induite
Spectrophotomètres Raman
- Détecter la lumière répartie Raman de l'excitation laser
- Fournir des modes de molécules vibrationnels et rotationnels
- Identifier les échantillons et quantifier les analytes
La sélection du spectrophotomètre droit dépend de votre région d'intérêt de votre longueur d'onde et des types d'échantillons à mesurer.
Conclusion
Les spectrophotomètres sont devenus des instruments analytiques indispensables dans de nombreux champs. En quantifiant l'interaction de la lumière avec les échantillons, Ils fournissent des données de composition et de propriété inestimables rapidement et avec sensibilité.
Comprendre ce que les spectrophotomètres mesurent, Comment ils fonctionnent, Et les techniques d'utilisation appropriées permettent aux chercheurs d'exploiter leur plein potentiel. Avec des progrès continus dans la technologie du détecteur, Sources légères, et analyse des données, Les spectrophotomètres continueront de conduire une découverte scientifique à l'avenir.
