Что такое спектрофотометр? Что он измеряет и как его использовать?

Спектрофотометр — важный аналитический инструмент, который можно найти во многих химических и биологических лабораториях.. Этот универсальный инструмент измеряет взаимодействие света и материи., предоставление ценной количественной информации об образцах. Но что именно делает спектрофотометр?? Как это работает? И для чего это можно использовать? В этом руководстве будут объяснены ключевые принципы спектрофотометрии и способы правильного использования этих устройств..

Что такое спектрофотометр?

Спектрофотометр — оптический прибор, предназначенный для измерения пропускания или поглощения света, проходящего через образец.. Он может определить, сколько света поглощается химическим раствором в разных диапазонах длин волн..

Ключевые компоненты базового спектрофотометра::

• Источник света: Генерирует луч света, воздействующий на образец. Общие источники включают вольфрам-галогенные, дейтерий, ксеноновые лампы, и светодиоды.
• Монохроматор: Содержит призму или дифракционную решетку, которая разделяет полихроматический свет на волны разной длины..
• Селектор длины волны: Фильтрует свет, пропуская только узкий диапазон длин волн..
• Отделение для проб: Вмещает кювету, содержащую образец жидкости..
• Детектор: Измеряет интенсивность света, проходящего через образец. Фотодиоды, фотоумножители, и фоторезисторы являются типичными детекторами.
• Отображать: Показывает данные поглощения, часто в процентах пропускания или единицах поглощения.

Спектрофотометры позволяют проводить количественный анализ образцов на основе их взаимодействия со светом.. Они могут идентифицировать вещества, определять концентрации, и оценить свойства образца.

Что измеряет спектрофотометр?

Спектрофотометры обеспечивают два основных измерения.:

пропускание

Это количество света, проходящего через образец., выраженный в процентах. Если образец передает 80% света, у него пропускная способность 80%. Пропускание зависит от длины волны.

Более высокий коэффициент пропускания означает, что через него проходит больше света.. Прозрачные растворы обычно имеют высокий коэффициент пропускания.. Непрозрачные поглощающие образцы пропускают меньше света и имеют более низкий коэффициент пропускания..

Поглощение

Поглощение измеряет, сколько света поглощается образцом.. Он основан на пропускании с использованием уравнения:

А = -log Т

Где A — поглощение, а T — пропускание.. Поглощение не имеет единиц измерения.. Жидкости, сильно поглощающие свет, имеют высокие значения поглощения.. Слабо поглощающие образцы дают низкие значения поглощения..

Путем измерения того, как коэффициент пропускания и поглощения изменяются в зависимости от длины волны., спектрофотометр создает спектр поглощения образца. Этот спектр действует как молекулярный отпечаток пальца при идентификации аналитов..

Как работает спектрофотометр?

Спектрофотометры работают по принципу, что разные вещества по-разному поглощают и пропускают свет на разных длинах волн.. Вот обзор процесса измерения:

1. Генерировать свет

Источник света излучает широкий спектр света.. Обычные оптические источники включают лампы накаливания для видимого и ближнего инфракрасного света или дейтериевые дуговые лампы для ультрафиолетовых волн..

2. Выберите длину волны

Монохроматор выбирает узкую полосу длин волн для прохождения. Обычные монохроматоры имеют призмы или дифракционные решетки для рассеивания света..

3. Пропустить свет через образец

Луч монохроматического света проходит через образец, находящийся в прозрачной кварцевой кювете.. Часть энергии поглощается образцом.

4. Обнаружение проходящего света

Фотодетектор измеряет, сколько света проходит через образец.. Фотодиоды и фотоумножители являются типичными детекторами..

5. Измерение поглощения

Отношение интенсивности проходящего света к интенсивности падающего света дает процент пропускания.. Это значение преобразуется в значение поглощения и отображается на дисплее..

6. Сканирование длин волн

Шаги 2-5 автоматически повторяются в диапазоне длин волн для получения спектра поглощения.

Путем измерения оптической плотности на разных длинах волн, композиция, концентрация, и свойства образца могут быть определены.

Для чего используется спектрофотометрия?

Спектрофотометрия стала важным аналитическим методом, используемым во многих областях.:

• Химия: Идентификация соединений, количественное определение аналитов, оценка реакций
• Биохимия: Белок, фермент, и анализы и анализ ДНК
• Микробиология: Измерения плотности клеток, исследования роста
• Промышленность: Контроль качества, мониторинг производственного процесса
• Лекарство: Клиническая химия, диагностические тесты

Некоторые распространенные применения спектрофотометров включают:

• Измерение концентрации раствора с использованием закона Бера
• Оценка чистоты фармацевтических препаратов
• Анализ еды и напитков
• Мониторинг промышленных процессов
• Определение химической кинетики
• Количественная оценка ДНК и белков
• Выявление возбудителей и токсинов
• Клинические диагностические тесты

Спектрофотометрия обеспечивает быстрое, доступный, и чувствительный количественный анализ образцов из различных областей.

Как использовать спектрофотометр

Правильное использование спектрофотометра жизненно важно для получения точных результатов.. Вот некоторые ключевые рекомендации по использованию спектрофотометров.:

Подготовьте образцы

• Убедитесь, что образцы полностью растворены и растворы гомогенны.. Фильтр или центрифуга для удаления любых частиц..
• Используйте кварцевые кюветы, соответствует указанной длине светового пути. Тщательно очищайте и обращайтесь осторожно.
• Подготовьте бланк, содержащий только растворитель, для справки.. Корректировка нуля или базовой линии с использованием пробела.

Выберите длину волны

• Выбирайте длины волн, при которых образец поглощает свет для обнаружения.. Сканируйте диапазон для определения пиков максимального поглощения..
• Избегайте областей, где образец не поглощает при измерениях. Это приводит к потере световой энергии..

Следуйте процедурам

• Прочтите и следуйте всем инструкциям к прибору.. Спектрофотометры бывают разных производителей., модели, программное обеспечение, и аксессуары.
• Разработать и утвердить подробные стандартные операционные процедуры для получения повторяемых результатов..

Анализ данных

• Обеспечьте правильную калибровку с использованием эталонных стандартов.. При необходимости создайте калибровочные кривые.
• Усреднение нескольких измерений для точности. Используйте статистический анализ для определения точности.
• Коррекция любых фоновых помех от растворителей или кювет..

С обучением и опытом, исследователи могут в полной мере использовать спектрофотометры для надежного количественного анализа образцов..

Типы спектрофотометров

В лабораториях используются несколько различных типов спектрофотометров.:

УФ-видимые спектрофотометры

• Измерение поглощения света в ультрафиолетовом и видимом диапазонах. (~200-800 нм)
• Используйте вольфрам-галогенные лампы., дейтериевые лампы, или светодиоды в качестве источников света
• Анализ комплексов переходных металлов, биологические образцы, и видимые красители

Инфракрасные спектрофотометры

• Работа в инфракрасном диапазоне длин волн (~750 nm – 300 мкм)
• Используйте источники инфракрасного излучения, такие как свеча Нернста.
• Определить функциональные группы и проанализировать структуру соединений.

Атомно-абсорбционные спектрофотометры

• Измерьте поглощение света испаренными элементами
• Требуется пламенный или графитовый распылитель печи.
• Определить металлы и металлоиды в пробах

Флуоресцентные спектрофотометры

• Измерьте интенсивность излучаемого флуоресцентного света из образцов.
• Используйте ксеноновую лампу или светодиод для обеспечения возбуждающего света.
• Анализируйте образцы с естественной или индуцированной флуоресценцией.

Рамановские спектрофотометры

• Обнаружение комбинационного рассеяния света от лазерного возбуждения
• Обеспечивают колебательные и вращательные моды молекул.
• Идентификация образцов и количественное определение аналитов

Выбор правильного спектрофотометра зависит от интересующей вас области длин волн и типов измеряемых образцов..

Заключение

Спектрофотометры стали незаменимыми аналитическими инструментами во многих областях.. Путем количественной оценки взаимодействия света с образцами, они быстро и конфиденциально предоставляют бесценные данные о составе и свойствах.

Понимание того, что измеряют спектрофотометры, как они работают, и правильные методы использования позволяют исследователям полностью использовать свой потенциал.. Благодаря постоянному развитию детекторных технологий, источники света, и анализ данных, Спектрофотометры будут продолжать способствовать научным открытиям в будущем.