เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์เป็นเครื่องมือวิเคราะห์ที่สำคัญที่พบในห้องปฏิบัติการเคมีและชีววิทยาหลายแห่ง. เครื่องมืออเนกประสงค์นี้วัดการทำงานร่วมกันระหว่างแสงและสสาร, ให้ข้อมูลเชิงปริมาณที่มีค่าเกี่ยวกับตัวอย่าง. แต่สเปกโตรโฟโตมิเตอร์ทำอะไรกันแน่? มันทำงานอย่างไร? และสิ่งที่คุณสามารถใช้ได้? คู่มือนี้จะอธิบายหลักการสำคัญที่อยู่เบื้องหลัง spectrophotometry และวิธีการใช้อุปกรณ์เหล่านี้อย่างถูกต้อง.
สเปกโตรโฟโตมิเตอร์คืออะไร?
เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์เป็นเครื่องมือทางแสงที่ออกแบบมาเพื่อวัดการส่งผ่านหรือการดูดซับแสงที่ผ่านตัวอย่าง. มันสามารถกำหนดปริมาณแสงที่ถูกดูดซึมโดยสารละลายทางเคมีในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน.
องค์ประกอบสำคัญของเครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์พื้นฐานคือ:
- แหล่งกำเนิดแสง: สร้างลำแสงแสงที่ใช้กับตัวอย่าง. แหล่งที่มาทั่วไป ได้แก่ ทังสเตน-ฮาโลเจน, ดิวทีเรียม, โคมไฟซีนอน, และไฟ LED.
- โมโนโครม: มีตะแกรงปริซึมหรือการเลี้ยวเบนที่แยกแสง polychromatic ออกเป็นความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน.
- ตัวเลือกความยาวคลื่น: กรองแสงเพื่อส่งเฉพาะแถบความยาวคลื่นแคบ ๆ.
- ช่องเก็บตัวอย่าง: เป็นที่ตั้งของ cuvette ที่มีของเหลวตัวอย่าง.
- เครื่องตรวจจับ: วัดความเข้มของแสงที่ผ่านตัวอย่าง. โฟโตไดโอด, หลอดไฟ, และ photoresistors เป็นเครื่องตรวจจับทั่วไป.
- แสดง: แสดงข้อมูลการดูดซับ, มักจะอยู่ในเปอร์เซ็นต์การส่งผ่านหรือหน่วยการดูดกลืนแสง.
เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ช่วยให้การวิเคราะห์เชิงปริมาณของตัวอย่างขึ้นอยู่กับการโต้ตอบกับแสง. พวกเขาสามารถระบุสาร, กำหนดความเข้มข้น, และประเมินคุณสมบัติตัวอย่าง.
เครื่องวัดสเปกโตรโฟโตมิเตอร์วัดอะไรได้บ้าง?
เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ให้การวัดหลักสองครั้ง:
การส่งผ่าน
นี่คือปริมาณของแสงที่ผ่านตัวอย่าง, แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์. หากตัวอย่างส่งสัญญาณ 80% ของแสง, มันมีการส่งผ่านของ 80%. การส่งผ่านขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น.
การส่งผ่านที่สูงขึ้นหมายถึงแสงที่ผ่านมากขึ้น. โซลูชันที่โปร่งใสมีแนวโน้มที่จะมีการส่งผ่านสูง. ตัวอย่างที่ดูดซับทึบแสงจะส่งแสงน้อยลงและมีการส่งผ่านที่ต่ำกว่า.
การดูดซับ
ตัวอย่างการดูดกลืนแสงจะถูกดูดซึมโดยตัวอย่างเท่าใด. มันขึ้นอยู่กับการส่งผ่านโดยใช้สมการ:
a = -log t
ที่ซึ่งการดูดกลืนแสงและ t คือการส่งผ่าน. การดูดซับไม่มีหน่วย. ของเหลวที่ดูดซับแสงอย่างมากมีค่าการดูดซับสูง. ตัวอย่างการดูดซับที่อ่อนแอให้การอ่านค่าการดูดซับต่ำ.
โดยการวัดว่าการส่งผ่านและการดูดซับแตกต่างกันอย่างไรกับความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน, เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์สร้างสเปกตรัมการดูดซับสำหรับตัวอย่าง. สเปกตรัมนี้ทำหน้าที่เหมือนลายนิ้วมือโมเลกุลเพื่อระบุการวิเคราะห์.
เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ทำงานอย่างไร?
เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ทำงานบนหลักการที่สารต่าง ๆ ดูดซับและส่งแสงแตกต่างกันตามความยาวคลื่นต่างๆ. นี่คือภาพรวมของกระบวนการวัด:
1. สร้างแสง
แหล่งกำเนิดแสงปล่อยแสงกว้างของแสง. แหล่งกำเนิดแสงทั่วไป ได้แก่ หลอดไส้สำหรับแสงที่มองเห็นและใกล้อินฟราเรดหรือหลอดไฟอาร์คเรียมอาร์คสำหรับความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลต.
2. เลือกความยาวคลื่น
monochromator เลือกแถบความยาวคลื่นแคบ ๆ ที่จะผ่าน. monochromators ทั่วไปมีปริซึมหรือการเลี้ยวเบนเพื่อกระจายแสง.
3. ผ่านแสงผ่านตัวอย่าง
ลำแสงของแสงโมโนโครมถูกส่งผ่านตัวอย่างที่มีอยู่ใน cuvette ควอตซ์ที่ชัดเจน. ตัวอย่างพลังงานบางส่วนถูกดูดซึม.
4. ตรวจจับแสงที่ส่งผ่าน
เครื่องตรวจจับแสงวัดจำนวนแสงผ่านตัวอย่าง. หลอดโฟโตไดโอดและหลอดไฟเป็นเครื่องตรวจจับทั่วไป.
5. วัดการดูดกลืนแสง
อัตราส่วนของการส่งต่อความเข้มแสงของเหตุการณ์จะให้เปอร์เซ็นต์การส่งผ่าน. สิ่งนี้ถูกแปลงเป็นค่าการดูดกลืนแสงและแสดง.
6. สแกนความยาวคลื่น
ขั้นตอน 2-5 จะทำซ้ำโดยอัตโนมัติในช่วงของความยาวคลื่นเพื่อสร้างสเปกตรัมการดูดซับ.
โดยการวัดการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นต่าง ๆ, องค์ประกอบ, ความเข้มข้น, และคุณสมบัติของตัวอย่างสามารถกำหนดได้.
สเปกโตรโฟโตเมทรีคืออะไร?
Spectrophotometry ได้กลายเป็นเทคนิคการวิเคราะห์ที่สำคัญที่ใช้ในหลายสาขา:
- เคมี: การระบุสารประกอบ, การวิเคราะห์เชิงปริมาณ, การประเมินปฏิกิริยา
- ชีวเคมี: โปรตีน, เอนไซม์, และการตรวจดีเอ็นเอและการวิเคราะห์
- จุลชีววิทยา: การวัดความหนาแน่นของเซลล์, การศึกษาการเจริญเติบโต
- อุตสาหกรรม: การควบคุมคุณภาพ, การตรวจสอบกระบวนการผลิต
- ยา: เคมีคลินิก, การทดสอบวินิจฉัย
แอพพลิเคชั่นทั่วไปของสเปกโตรโฟโตมิเตอร์รวมถึง:
- การวัดความเข้มข้นของโซลูชันโดยใช้กฎหมายของเบียร์
- การประเมินความบริสุทธิ์ของเวชภัณฑ์
- วิเคราะห์อาหารและเครื่องดื่ม
- การตรวจสอบกระบวนการอุตสาหกรรม
- การกำหนดจลนพลศาสตร์เคมี
- การหาปริมาณ DNA และโปรตีน
- การระบุเชื้อโรคและสารพิษ
- การทดสอบการวินิจฉัยทางคลินิก
Spectrophotometry ให้เร็ว, ซื้อได้, และการวิเคราะห์เชิงปริมาณที่ละเอียดอ่อนของตัวอย่างในสาขาที่หลากหลาย.
วิธีใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์
การใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์อย่างถูกต้องมีความสำคัญต่อผลลัพธ์ที่แม่นยำ. นี่คือแนวทางสำคัญบางประการสำหรับการใช้สเปกโทรโฟโตมิเตอร์:
เตรียมตัวอย่าง
- ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวอย่างละลายอย่างสมบูรณ์และเป็นเนื้อเดียวกัน. ตัวกรองหรือเครื่องหมุนเหวี่ยงเพื่อกำจัดอนุภาคใด ๆ.
- ใช้ quartz cuvettes, ตรงกับความยาวเส้นทางแสงที่ระบุ. ทำความสะอาดอย่างละเอียดและจัดการอย่างระมัดระวัง.
- เตรียมช่องว่างที่มีเพียงตัวทำละลายสำหรับการอ้างอิง. ศูนย์หรือพื้นฐานถูกต้องโดยใช้ช่องว่าง.
เลือกความยาวคลื่น
- เลือกความยาวคลื่นที่ตัวอย่างดูดซับแสงเพื่อตรวจจับ. สแกนข้ามช่วงเพื่อระบุยอดการดูดซับสูงสุด.
- หลีกเลี่ยงภูมิภาคที่ตัวอย่างไม่ดูดซับสำหรับการวัด. สิ่งนี้สูญเสียพลังงานแสง.
ทำตามขั้นตอน
- อ่านและปฏิบัติตามคำแนะนำเครื่องมือทั้งหมด. เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์มีสิ่งต่าง ๆ, แบบจำลอง, ซอฟต์แวร์, และอุปกรณ์เสริม.
- พัฒนาและตรวจสอบขั้นตอนการปฏิบัติงานมาตรฐานโดยละเอียดสำหรับผลลัพธ์ที่ทำซ้ำได้.
วิเคราะห์ข้อมูล
- ตรวจสอบการสอบเทียบที่เหมาะสมโดยใช้มาตรฐานอ้างอิง. สร้างเส้นโค้งการสอบเทียบหากจำเป็น.
- ค่าเฉลี่ยหลายการวัดเพื่อความแม่นยำ. ใช้การวิเคราะห์ทางสถิติเพื่อกำหนดความแม่นยำ.
- ถูกต้องสำหรับการรบกวนพื้นหลังใด ๆ จากตัวทำละลายหรือ cuvettes.
ด้วยการฝึกอบรมและประสบการณ์, นักวิจัยสามารถใช้ประโยชน์จากสเปกโตรโฟโตมิเตอร์อย่างเต็มที่สำหรับการวิเคราะห์ตัวอย่างเชิงปริมาณที่เชื่อถือได้.
ประเภทของสเปกโตรโฟโตมิเตอร์
สเปกโตรโฟโตมิเตอร์มีหลายประเภทที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ:
สเปกโตรโฟโตมิเตอร์ที่มองเห็นได้ด้วยรังสี UV
- วัดการดูดซับแสงในระดับอัลตราไวโอเลตและช่วงที่มองเห็นได้ (~ 200-800 nm)
- ใช้หลอดทังสเตน-ฮาโลเจน, โคมไฟดิวเทอเรียม, หรือ LED เป็นแหล่งกำเนิดแสง
- วิเคราะห์คอมเพล็กซ์โลหะทรานซิชัน, ตัวอย่างชีวภาพ, และสีย้อมที่มองเห็นได้
อินฟราเรดสเปกตรัม
- ทำงานในภูมิภาคความยาวคลื่นอินฟราเรด (~ 750 nm – 300 μm)
- ใช้แหล่งกำเนิดการเปล่งแสงอินฟราเรดเช่น Nernst Glower
- ระบุกลุ่มการทำงานและวิเคราะห์โครงสร้างของสารประกอบ
สเปกโตรโฟโตมิเตอร์การดูดกลืนอะตอม
- วัดการดูดซึมของแสงโดยองค์ประกอบที่ระเหยกลายเป็นไอ
- ต้องการเครื่องฉีดน้ำเปลวไฟหรือกราไฟท์เตา
- กำหนดโลหะและ metalloids ในตัวอย่าง
เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์เรืองแสง
- วัดความเข้มของแสงฟลูออเรสเซนต์ที่ปล่อยออกมาจากตัวอย่าง
- ใช้หลอดซีนอนหรือ LED เพื่อให้แสงกระตุ้น
- วิเคราะห์ตัวอย่างด้วยฟลูออเรสเซนต์ธรรมชาติหรือเหนี่ยวนำ
Raman Spectrophotometers
- ตรวจจับแสงรามันกระจัดกระจายจากการกระตุ้นด้วยเลเซอร์
- ให้โหมดการสั่นสะเทือนและการหมุนของโมเลกุล
- ระบุตัวอย่างและหาปริมาณ analytes
การเลือกสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ด้านขวาขึ้นอยู่กับขอบเขตความยาวคลื่นของคุณและประเภทของตัวอย่างที่จะวัด.
บทสรุป
เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ได้กลายเป็นเครื่องมือวิเคราะห์ที่ขาดไม่ได้ในหลายสาขา. โดยการหาปริมาณการโต้ตอบกับแสงกับตัวอย่าง, พวกเขาให้องค์ประกอบที่มีค่าและข้อมูลทรัพย์สินอย่างรวดเร็วและไว.
ทำความเข้าใจกับการวัดสเปกโตรโฟโตมิเตอร์อะไร, พวกเขาทำงานอย่างไร, และเทคนิคการใช้งานที่เหมาะสมช่วยให้นักวิจัยสามารถควบคุมศักยภาพได้อย่างเต็มที่. ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีเครื่องตรวจจับ, แหล่งกำเนิดแสง, และการวิเคราะห์ข้อมูล, เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์จะขับเคลื่อนการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ในอนาคตต่อไป.
