طیف نورسنجی یا اسپکتروفتومتری فرابنفش- مریی در مجموعه طیف بینی جذبی یا طیف بینی انعکاسی، در ناحیه مریی و قسمتی از ناحیه فرابنفش طیف الکترومغناطیس، تعریف می شود. جذب تابش یا انعکاس در ناحیه مریی مستقیماً به رنگ مواد شیمیایی بستگی دارد و لذا، دستگاههایی که فقط در این ناحیه کاربرد دارند، رنگسنج نیز نامیده می شوند. در ناحیه های مریی و فرابنفش، اتمها و مولکولها تحت انتقال الکترونی قرار دارند. طیف بینی جذبی مکمل طیف بینی فلورسانس است، زیرا فلورسانس با انتقال ماده از حالت برانگیخته به حالت پایه سروکار دارد، درحالیکه جذب انتقال از حالت پایه به حالت برانگیخته است.
اصول جذب فرابنفش- مریی
طیف نورسنجی فرابنفش- مریی جزء طیف بینی مولکولی است، که در آن جذب تابش الکترومغناطیس توسط مولکولها اتفاق می افتد. مولکولها دارای الکترون در اربیتالهای مولکولی پیوندی سیگما (σ) و پای (π) و غیرپیوندی (n) هستند، که می توانند از تابش مریی یا فرابنفش انرژی جذب کرده و به اربیتالهای مولکولی ضدپیوندی، یا حالت برانگیخته بروند. اربیتالهای ضدپیوندی که در ترازهای الکترونی بیشتر قرار دارند با علامت *σ و *π نشان داده می شوند. بنابراین، در مولکولها چهار انتقال الکترونی* π → π*، n → π*، σ → σ و* n → σ وجود دارد، که انرژی این انتقالات به ترتیب زیر است:
σ → σ*> n → σ*> π → π*> n → π*
برای استفاده از طیف نورسنجی فرابنفش- مریی در اندازه گیری آنالیتهای مختلف، قانون بیر- لامبرت حاکم است. طبق این قانون، جذب تابش توسط محلول مستقیماً با غلظت گونه های جذب کننده (آنالیت) در محلول و طول مسیر عبور تابش متناسب است. بنابراین، برای طول مسیر ثابت، می توان از طیف نورسنج فرابنفش- مریی برای تعیین غلظت آنالیت جاذب در محلول استفاده کرد. قانون بیر- لامبرت به صورت زیر نوشته می شود:
A = log (I0/I) = εbc
که در آن، A میزان جذب اندازه گیری شده، I0 شدت تابش ورودی به نمونه با طول موج مورد نظر، I شدت تابش عبور کرده از نمونه، b طول مسیر عبور تابش از نمونه، c غلظت مولار آنالیت در محلول و ε عدد ثابتی معروف به ضریب جذب مولی با واحد L.mol-1.cm-1 است. مقدار b به طول سلول یا کووت که محلول نمونه در آن قرار داده می شود، بستگی دارد و اغلب برحسب سانتیمتر است. استفاده از سلولهای ۱/۰ سانتیمتری در طیف نورسنجی رایج است، ولی سلولهایی با طول کمتر یا بیشتر از ۱/۰ سانتیمتر نیز استفاده می شود. جنس این سلولها یا کووتها برای ناحیه مریی از شیشه یا پلاستیک شفاف است، ولی برای ناحیه فرابنفش باید حتماً کوارتز باشد.
کاربردهای طیف نورسنجی فرابنفش- مریی
طیف نورسنجی فرابنفش- مریی، روش بسیار دقیق و صحیحی برای شناسایی و اندازه گیری گستره وسیعی از آنالیتهای مختلف است. تقریباً تمام عناصر جدول تناوبی به هر شکلی که در طبیعت موجود باشند با این روش قابل شناسایی و اندازه گیری هستند. این روش، برای اندازه گیری یونهای فلزات واسطه در نمونه های مختلف بسیار رایج است. همچنین، ترکیبات آلی دارای پیوندهای دوگانه مزدوج، ترکیبات زیستی مانند قندها، ویتامینها، پروتئینها و مانند آنها و سایر درشت مولکولها با طیف نورسنجی قابل اندازه گیری هستند. بنابراین، رایجترین دستگاه تجزیه ای در هر آزمایشگاه پژوهشی و کنترل کیفی طیف نورسنج فرابنفش- مریی است.
دستگاه مورد استفاده در ناحیه فرابنفش- مریی تابش الکترومغناطیس، اسپکتروفتومتر یا طیفنورسنج UV-Vis نامیده می شود. این دستگاه شدت نور عبور کرده از نمونه (I) با شدت نور قبل از عبور از نمونه (I0) را مقایسه کرده و نسبت I/I0 را که عبور نامیده می شود به دست می دهد. عبور معمولاً با درصد (%T) بیان شده و جذب براساس عبور به صورت زیر برآورد می شود:
A = – log (%T / 100%)
اسپکترومتر فرابنفش- مریی می تواند براساس اندازه گیری انعکاس نیز تنظیم شود. در این حالت، اسپکتروفتومتر شدت نور منعکس شده از نمونه (I) را اندازه گیری کرده و آن را با شدت نور منعکس شده از ماده مرجع (I0) (محلول سفید یا بلانک) مقایسه می کند. نسبت I / I0 میزان انعکاس نامیده شده و معمولاً به صورت درصد (%R) بیان می شود.
قسمتهای اصلی یک دستگاه اسپکتروفتومتر فرابنفش- مریی شامل: منبع تابش، جایگاه قراردادن نمونه، شبکه پراش، یا منشور در یک تکفامساز برای تفکیک طول موجها و یک آشکارساز است.
منبع تابش اغلب لامپ رشته ای تنگستن برای ناحیه مریی (۳۰۰ الی ۲۵۰۰ نانومتر)، لامپ قوس دوتریوم برای ناحیه فرابنفش (۱۹۰ الی ۴۰۰ نانومتر)، لامپ قوس زنون برای کل ناحیه فرابنفش- مریی (۱۶۰ الی ۲۰۰۰ نانومتر) و اخیراً دیودهای نشرکننده نور (LED) برای ناحیه مرئی هستند.
آشکارساز مورد استفاده در اسپکتروفتومترهای فرابنفش- مریی معمولاً لوله فتومولتیپلایر، فتودیود، آرایه فتودیود، یا وسیله تزویج بار (CCD) هستند. آشکارسازهای فتودیودی ساده و لوله های فتومولتیپلایر با تکفامسازهای پویشی استفاده می شوند، که طول موجهای نور تفکیک کرده و در هر زمان نوری با طول موج منفرد به آشکارساز می رسد. تکفامسازهای ثابت همراه با آشکارسازهای CCD و آرایه های فتودیودی استفاده می شوند.
اسپکتروفتومترها به صورت تک پرتوی یا دوپرتوی ساخته می شوند. در دستگاه اسپکتروفتومتر تک پرتوی، تمام نور از سلول نمونه عبور کرده و I0 باید با برداشتن نمونه اندازه گیری شود. اولین اسپکتروفتومترهای ساخته شده تک پرتوی بود که هنوز هم در آزمایشگاهها و کنترل کیفی استفاده می شوند. در اسپکتروفتومترهای دوپرتوی، نور قبل از رسیدن به نمونه به دو باریکه مشابه تقسیم شده و یک باریکه از درون محلول شاهد و دیگری از درون محلول نمونه عبور می کند. شدت باریکه عبور کرده از محلول شاهد با عبور ۱۰۰% یا میزان جذب صفر در نظر گرفته شده و نسبت شدت دوباریکه تعیین و نمایش داده می شود. برخی از اسپکتروفتومترهای دوپرتوی، دو آشکارساز فتودیودی دارند و شدت باریکه عبور کرده از محلول نمونه و شاهد همزمان تعیین می شود. در برخی دیگر از اسپکتروفتومترها، باریکه های شاهد و نمونه به وسیله ای به نام خردکننده یا چاپر برخورد کرده و هربار یکی از این باریکه ها مسدود و دیگری به آشکارساز می رسد.
منبع: کتاب شیمی تجزیه ۳، تألیف دکتر محمود پایه قدر– دکتر سید احمد میرشکرایی
استفاده از مطالب با ذکر منبع بلامانع است