طیف‌سنجی مرئی-فرابنفش

طیف‌سنجی (بیناب نمایی) اشعه ماوراء بنفش قابل روئیت یا اسپکتروفتومتر اشعه ماوراء بنفش قابل روئیت به طیف‌سنجی جذب یا اسپکتروسکوپی بازتابش در محدوده طیف اشعه ماوراء بنفش قابل روئیت اشاره دارد. این بدان معنی است که نور در ناحیه مرئی و مجاور (نزدیک اشعه ماوراء بنفش و نزدیک مادون قرمز (NIR)) استفاده می‌شود. جذب یا بازتابش در محدوده قابل روئیت مستقیماً بر رنک درک شده مواد شیمیایی درگیر مؤثر است. در این محدوده از طیف الکترومغناطیسی، مولکول‌های تحت انتقال الکترونیکی است. این روش مکمل طیف‌سنجی فلورسانس است، در مقدار فلورسانس با انتقال از حالت برانگیخته به حالت پایه در حالی که جذب با انتقال از حالت پایه به حالت برانگیخته اندازه‌گیری می‌شود می‌باشد. طیف‌سنجی مرئی-فرابنفش یکی از تکنیکهای مورد استفاده در علوم تجربی برای دریافت اطلاعات علمی و عملی، با استفاده از برهمکنش نور و ماده طیف‌سنجی و طیف بینی می‌باشد. در طیف‌سنجی باریکه‌ای از نور (پرتو) به ماده مورد نظر تابانده می‌شود و با بررسی نور بازتابشی یا جذبی یا نشری به دریافت اطلاعات می‌پردازیم. طیف الکترو مغناطیس حاوی گسترهٔ از طول موجهاست. هر ناحیه از این طیف نام ویژه‌ای دارد. مانند فروسرخ، فروسرخ دور، فروسرخ نزدیک و تابش ایکس. گسترهٔ nm ۴۰۰–۸۰۰ به گستره مرئی و nm ۲۰۰–۴۰۰ به گستره فرابفنش (بسامد بیشتر از نور بنفش) نامیده می‌شود.[1] طیف‌سنجی مرئی - فرابنفش به مطالعه این ناحیه می‌پردازد.

نظریه بیر - لامبرت

بر اساس نظریه بیر - لامبرت که نام‌نهاده به قانون است، چنانچه یک پرتو تکفام به مادهٔ یکنواختی برخورد کند، بخشی از پرتو تابشی توسط ماده جذب می‌گردد که مطابق قانون برابر است با:

${\displaystyle A=\log _{10}P_{0}/P}$

که در آن ${\displaystyle P_{0}}$ توان ورودی
${\displaystyle P}$ توان خروجی
${\displaystyle A}$ جذب می‌باشد.[2] از سوی دیگر میزان جذب برابر است با:

${\displaystyle A=\varepsilon _{0}bc}$

که ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ ضریب جذب مولی ${\displaystyle b}$ طول مسیر نوری ${\displaystyle c}$ غلظت است. این قانون که برای محلول‌های رقیق می‌باشد، توصیف‌کننده فرایند جذب در این طیف‌سنجی است.

دستگاه UV-Vis

دستگاه طیف‌سنجی مرئی - فرابنفش (به انگلیسی UV - Visible) امروز بسیار فراگیر می‌باشد. این دستگاه دارای انواع مختلفی از بسیار ساده تا بسیار پیشرفته می‌باشد. مثلاً دستگاه‌های بسیار پیچیدهٔ تشخیص طبی که در چند دقیقه خون را تجزیه می‌کنند، بر همین اساس می‌باشند. دستگاه از قسمتهای مختلف نوری و الکترونیکی تشکیل شده‌است. معمولاً یک یا چند تکفامساز و منشور و آشکارساز دارد. در این دستگاه منبع تابش که می‌تواند لامپ تنگستن یا دوتریوم باشد، منبعی پیوسته از تابش را فراهم می‌کند. این منبع تابش توسط منوکروماتور تفکیک می‌شود و پهنهٔ باریکی از طول موج توسط ابزارهای نوری به سل می‌رسد. سپس نور گذری توسط آینه متمرکز می‌شود و سرانجام در آشکارساز اندازه‌گیری می‌شود. تقسیم‌بندی

۱ فوتومتر

در فوتومتر ابزاری برای تهیه طیف وجود ندارد و تنها در طول موج مشخصی کار می‌کند. از طیفی که از تابش عناصر حاصل می‌شود آنالیز می‌شود. این دستگاه می‌تواند از فیلتر نوری استفاده کند.

۲ اسپکترومتر

در این دستگاه امکان تهیه طیف و اندازه‌گیری جذب در طول موجهای مختلف وجود دارد. خود اسپکتروفوتومتر شامل انواع مختلفی است.

اسپکتروفوتومتر UV-Vis

تجهیزاتی که در طیف‌نگاری فرابنفش مرئی به کار می‌رود، اسپکتروفوتومتر UV/Vis نامیده می‌شود. این دستگاه شدت نور عبوری از نمونه(${\displaystyle I}$) را با شدت اولیه(${\displaystyle I_{o}}$) مقایسه می‌کند. نسبت ${\displaystyle I/I_{o}}$، «عبور» نامیده می‌شود، که معمولاً آنرا با T% نشان می‌دهند. جذب، ${\displaystyle A}$، بر مبنای عبور تعریف می‌شود:

${\displaystyle A=-log(\%T/100\%)}$

اسپکتروفوتومتر UV/Vis می‌تواند برای اندازه‌گیری بازتاب نیز به کار برده شود. در این مورد، اسپکتروفوتومتر شدت نور بازتابیده از نمونه(${\displaystyle I}$) را اندازه‌گیری کرده و با شدت نور منعکس شده از یک نمونهٔ مرجع(${\displaystyle I_{o}}$)مقایسه می‌کند. نسبت (${\displaystyle I/I_{o}}$)، «بازتاب» نامیده و با R% نشان داده می‌شود.

منبع‌های تابش

برای طول موجهای پایین از لامپ پرقدرت دوتریوم و برای طول موجهای بلندتر می‌توان از لامپ ساده تنگستن استفاده کرد.

آشکارسازها

از آشکارسازهای این دستگاه می‌توان به چندبرابرکننده ی نوری و فوتوتیوب یا آرایه دیود خطی و ابزارهای بار-جفت شده اشاره کرد.[3]

کاربرد

با توجه به نیاز به تکنیک‌های چالاک در تشخیص مواد گوناگون، این روش در حال گسترش است. این روش در مطالعات ساختاری و بنیادی و همچنین حوزه‌های کاربردی چون تجزیه مواد در رشته‌های شیمی، مواد، کشاورزی، پزشکی و … کاربرد گسترده‌ای دارد.

یادداشت

1. UV-Visible Spectroscopy
2. «Beer's Law - Theoretical Principles». بایگانی‌شده از اصلی در ۵ ژوئن ۲۰۱۱. دریافت‌شده در ۲۸ مه ۲۰۱۱.
3. «Biology 750: UV / Visible Spectroscopy». بایگانی‌شده از اصلی در ۵ دسامبر ۲۰۱۰. دریافت‌شده در ۲۸ مه ۲۰۱۱.