اسپکتروفتومتر از جمله پرکاربردترین دستگاههای مورد استفاده در آزمایشگاه های بیوشیمی می باشد. این دستگاه نوعی طیف سنج است و از آن، در بسیاری از آزمایشات شیمیایی و زیستی استفاده میشود. اصلی ترین کاربرد دستگاه اسپکتروفتومتر در واقع، اندازه گیری غلظت مایعات در آزمایشات اسپکتروفتومتری (رنگ سنجی) می باشد. این دستگاه یکی از ضروری ترین تجهیزات مورد استفاده جهت اندازه گیری های بیوشیمیایی بوده به گونه ای که، برخی پارامترها بدون استفاده از این دستگاه قابل اندازه گیری نمی باشند. از این رو اهمیت و ضرورت وجود این وسیله در آزمایشگاه های مختلف موجب شده، تا خرید اسپکتروفتومتر در اولویت تامین بودجه و برنامه ی خرید تجهیزات اکثر آزمایشگاه ها و پژوهشکده ها قرار بگیرد. این دستگاه قابلیت ها و کاربردهای متنوع و نقش بسیار اساسی در پژوهش های علمی و تحقیقاتی دارد، که در ادامه به بررسی بیشتر آنها خواهیم پرداخت.
اسپکتروفتومتر چیست؟
اسپکتروفتومتر یک وسیله و ابزاری پرکاربرد و حیاتی در علم و صنایع شیمیایی است که برای اندازه‌گیری جذب یک ماده شیمیایی از طریق اندازه گیری و بررسی شدت نور در طول موج مشخصی استفاده میشود. این دستگاه اصل اساسی را بر پایه این مفهوم ایجاد کرده که هر ترکیبی توانایی جذب یا انتقال نور در یک محدوده خاص از طول موج را دارد. میزان جذب نور توسط نمونه موجود در سلول اسپکتروفتومتر، میزان اندازه گیری شده از شدت نور را نمایش می‌دهد.
در واقع، این اندازه‌گیری قابلیت دارد تا برای ماده‌های شیمیایی خاص، به عنوان یک ابزار دقیق برای تجزیه و تحلیل کمی مورد استفاده قرار گیرد. اسپکتروفتومتر به عنوان یک فناوری پیشرفته در حوزه‌های مختلف از جمله شیمی، فیزیک، بیوشیمی، مهندسی مواد و کاربردهای بالینی به کار گرفته میشود.
این ابزار این امکان را فراهم می کند تا با اندازه‌گیری شدت نور، به سرعت و دقت غلظت ماده شیمیایی خاصی که می‌خواهیم شناسایی کنیم را تعیین کنیم. اسپکتروفتومتر، به عنوان یکی از ابزارهای اساسی در آزمایشگاه‌ها و صنایع مختلف، نقش مهمی در پیشبرد علوم شیمیایی و کاربردهای فناورانه دارد.
کاربرد دستگاه اسپکتروفتومتر
استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر امکان تعیین غلظت مواد مختلف را با دقت فراهم میکند، همچنین این دستگاه قادر است فعالیت بیشتر آنزیم‌ها، تری‌گلیسیریدها، کلسترول، لیپوپروتئین‌ها، قند، کراتینین و اوره را اندازه‌گیری نماید.
از طریق استفاده از اسپکتروفتومتر، می‌توان یک گستره گسترده از تجزیه و تحلیل‌ها را در حوزه‌های بالینی و تحقیقی اجرا کرد. این دستگاه توانمندی دارد تا محققان و پزشکان را در اندازه‌گیری گسترده‌ای از داروها و متابولیت‌ها با بالاترین دقت و کارایی یاری دهد.
با دستیابی به اطلاعات ساختار مولکولی، تشخیص ترکیبات موجود، مقایسه‌ی ساختارها و تعیین میزان جذب و حداکثر طول موج، این دستگاه به عنوان یکی از پرکاربردترین ابزارهای کیفی در زمینه‌های تحقیقاتی به شمار می‌رود.
ساز و کار دستگاه اسپکتروفتومتر
اسپکتروفتومتر در حقیقت برهمکنش میان ماده و نور را می سنجد. به عبارت دیگر این دستگاه، میزان نور عبوری از نمونه را به شکل تابعی از طول موج اندازه گیری میکند. اسپکتروفتومتر آزمایشگاهی به طور تخصصی جهت انجام اسپکتروفتومتری مایعات طراحی شده است اما، توانایی آنالیز مواد جامد شفاف و گازها را نیز دارا می باشد. این دستگاه در محدوده ی طول موج 190 تا 1100 نانومتر قادر به اندازه گیری می باشند.
دقت اندازه گیری این دستگاه بالاست و میتواند غلظت های بسیار اندک ماده (اندازه گیری هایی چون؛ غلظت مولکولهای زیستی و ژنوم) را نیز اندازه گیری کند. اساس کار دستگاه اسپکتروفتومتر به این شکل است که، امواج الکترومغناطیس به نمونه تابیده و توسط آن جذب میشوند. اندازه گیری شدت جذب یا میزان نور عبوری از آنالیت در یک محدوده ی طول موجی مشخص، غلظت نمونه را تعیین خواهد کرد. قانون بیر – لامبرت بیان می دارد، میزان نور جذب شده توسط نمونه در یک طول موج مشخص، با غلظت آن ماده تناسب دارد.
مدلهای مختلف اسپکتروفتومتر
اسپکتروفتومترها در دو مدل معمولی و آرایه دیودی ساخته میشوند. این دو مدل معمولاً به صورت تک پرتو طراحی و عرضه میشوند و هر یک ساز و کار به خصوص خود را دارند. نوع معمولی این دستگاه، نور چند رنگ را از یک شکاف ورودی عبور داده و به پرتوی باریک و تک رنگ تبدیل میکند. این دستگاه بیشتر در سنجش شدت جذب در یک طول موج خاص از یک طیف مشخص کاربرد دارد. انواع آرایه دیودی نیز نور پلی کروماتیک تولید شده توسط منبع دستگاه را به نمونه تابیده و از آن عبور می دهند، سپس آن را به سمت شکاف ورودی متمایل میکنند. در این زمان نور عبوری، توسط یک پلی کروماتور بر روی دیودها پراکنده میشود. هر کدام از دیودها تنها میتوانند باند باریکی از طیف نور را اندازه گیری کنند.
اجزای دستگاه اسپکتروفتومتر
اجزای دستگاه اسپکتروفتومتر هر کدام نقش و عملکرد به خصوصی در ساختار این دستگاه بر عهده دارند. اصلی ترین جز این دستگاه منبع نور می باشد. منبع در این دستگاه در واقع بخشی است که، انرژی تابشی مورد نیاز جهت انجام فرآیند اسپکتروفتومتری را تولید میکند. لامپ های UV و لامپ هالوژنی تنگستن، از شناخته شده ترین منابع مورد استفاده در این دستگاه به شمار می آیند. در ساختار این دستگاه همچنین، محفظه ای جهت قرار دهی نمونه ی مورد آزمایش تعبیه گردیده است. شکل محفظه در مدلهای مختلف این دستگاه متفاوت می باشد. معمولاً محفظه ها در شکلهای متنوعی چون؛ کووت که به شکل مکعب مستطیل است، لوله ی آزمایش، میکروپلیت و میکروسل طراحی میشوند.
مونوکروماتور جز دیگری از دستگاه اسپکتروفتومتر می باشد و وظیفه ی آن، تبدیل نور دریافتی از منبع به پرتوهای تک رنگ می باشد. این جز در واقع تنها به برخی از طول موج ها اجازه ی عبور از شکاف خروجی را می دهد. معمولاً سیستم گریتینگ و منشور، این نقش را در مونوکروماتور بر عهده دارند. یکی دیگر از مهمترین اجزای این دستگاه، آشکار ساز می باشد. این جز در حقیقت، وظیفه ی تبدیل انرژی نورانی به انرژی الکتریکی را بر عهده دارد. پس از آنکه آنالیزهای لازم بر روی نمونه انجام گرفت، نتایج خروجی از آشکارساز به شکل نمودار یا اعداد قابل تفسیر که نشانگر میزان جذب نور توسط نمونه هستند، بر روی نمایشگر نشان داده میشوند.
مهمترین نکات در زمینه خرید اسپکتروفتومتر و استفاده از آن
- لزوم خرید اسپکتروفتومتر از مراجع معتبر فروش تجهیزات آزمایشگاهی به دلیل حساسیت بالای آزمایشات انجام شده با این دستگاه
- حصول اطمینان از کیفیت و سالم بودن دستگاه به هنگام خرید
- توجه به اصل بودن دستگاه، به جهت برخورداری از دقت لازم جهت اندازه گیری های بسیار حساس
- قراردادن دستگاه در سطوح بدون شیب به هنگام استفاده
- دور نگه داشتن دستگاه از امواج الکتریکی و الکترومغناطیسی
- زمان دادن به دستگاه جهت رسیدن به تعادل الکتریکی و دمایی و سپس استفاده از آن
- عدم ریختن نمونه در محفظه اسپکتروفتومتر، به جهت جلوگیری از ایجاد خطا در آزمایش
- لزوم کالیبره کردن دستگاه در اندازه گیری پارامترهای مختلف