Co to jest spektrofotometr UV Vis

Spektrofotometry UV-VIS to wyrafinowane instrumenty szeroko stosowane w różnych dziedzinach naukowych. Pomimo ich znaczenia wiele osób nie w pełni rozumie, jakie są te urządzenia, ich aplikacje i jak działają. Ten artykuł ma na celu dostarczenie dogłębnego wyjaśnienia spektrofotometrów UV-VIS, obejmujących ich zasady, zastosowania i okoliczności, w których są zatrudnione.

Co to jest spektrofotometr UV-VIS?

Spektrofotometr UV-VIS to urządzenie analityczne stosowane do pomiaru intensywności światła w obszarach ultrafioletowych (UV) i widzialnych (VIS) widma elektromagnetycznego. Instrumenty te są kluczowe dla analizy właściwości optycznych substancji, określania ich stężenia i zrozumienia ich zachowania w różnych warunkach świetlnych.

Jak działa spektrofotometr UV-VIS?

Działanie spektrofotometru UV-VIS obejmuje kilka kluczowych elementów i kroków:

Źródło światła:

Spektrofotometr zawiera źródło światła, zazwyczaj kombinację lampy deuterowej (dla światła UV) i lampy wolframowej (dla światła widzialnego). Te lampy emitują światło na promocjach UV i widma widzialne.

Monochromator:

Światło emitowane przez źródło przechodzi przez monochromator, który dzieli go na poszczególne długości fali. Zwykle odbywa się to za pomocą pryzmatu lub siatki dyfrakcyjnej.

Przykładowy uchwyt:

Światło monochromatyczne jest kierowane przez uchwyt próbki, gdzie roztwór próbki jest umieszczany w kuwecie, małym pojemniku wykonanym ze szkła lub kwarcu.

Detektor:

Po przejściu przez próbkę światło dociera do detektora. Detektor mierzy intensywność przesyłanego światła i przekształca go w sygnał elektryczny.

Analiza danych:

Sygnał elektryczny jest następnie przetwarzany przez komputer lub mikroprocesor, który generuje widmo pokazujące absorbancję lub transmitancję próbki o różnych długościach fali.

Zasady spektrofotometrii UV-Vis

Podstawową zasadą spektrofotometrii UV-VIS jest prawo piwa-lambert, które wiąże absorbancję światła z właściwościami materiału, przez które przechodzi światło. Prawo wyraża się jako:

= ⋅⋅

Gdzie:

A jest absorbancją (bez jednostek, ponieważ jest to stosunek).

jest współczynnikiem chłonności molowej (L/mol · cm), stałą, która wskazuje, jak silnie substancja pochłania światło przy określonej długości fali.

jest stężeniem gatunków pochłaniających w próbce (mol/l).

to długość ścieżki, przez którą przesuwa się światło w próbce (cm).

Absorbancja jest wprost proporcjonalna do stężenia i długości ścieżki, dzięki czemu spektrofotometria UV-VIS jest potężnym narzędziem do analizy ilościowej.

Zastosowania spektrofotometrów UV-Vis

Spektrofotometry UV-VIS mają szeroki zakres zastosowań w różnych dziedzinach:

1. Chemia

Oznaczanie koncentracji:

Spektrofotometry UV-Vis są rutynowo stosowane do określenia stężenia substancji rozpuszczonych w roztworze. Na przykład stężenie DNA, białek lub innych biomolekuł można mierzyć przez ich absorbancję przy określonych długościach fal.

Kinetyka reakcji:

Instrumenty te pomagają w badaniu szybkości reakcji chemicznych poprzez monitorowanie zmiany absorbancji reagentów lub produktów w czasie.

Analiza chemiczna:

Są one stosowane do analizy jakościowej i ilościowej związków chemicznych, pomagając identyfikować substancje oparte na ich widmach absorbancji.

2. Biochemia i biologia molekularna

Ocena ilościowa białka i kwasu nukleinowego:

Spektrofotometria UV-Vis jest niezbędna w biochemii do pomiaru stężenia i czystości kwasów nukleinowych (DNA i RNA) i białek.

Aktywność enzymu:

Aktywność enzymów można badać poprzez pomiar absorbancji substratów lub produktów zaangażowanych w reakcje enzymatyczne.

3. Nauk o środowisku

Testowanie jakości wody:

Spektrofotometry UV-Vis są stosowane do wykrywania i ilościowego ilościowego zanieczyszczeń w wodzie, takich jak azotany, fosforany i metale ciężkie.

Monitorowanie jakości powietrza:

Pomagają w monitorowaniu zanieczyszczeń powietrza poprzez pomiar absorbancji gazów takich jak ozon i dwutlenek azotu.

4. Analiza kliniczna i farmaceutyczna

Testowanie i rozwój narkotyków:

W branży farmaceutycznej spektrofotometry UV-VIS są wykorzystywane do analizy stężenia i czystości leków oraz do zbadania stabilności i degradacji związków farmaceutycznych.

Diagnostyka kliniczna:

Instrumenty te pomagają w diagnostyce klinicznej poprzez pomiar stężenia różnych substancji w płynach ciała, takich jak glukoza, cholesterol i bilirubina.

5. Przemysł żywności i napojów

Kontrola jakości:

Spektrofotometria UV-Vis jest stosowana w celu zapewnienia jakości i bezpieczeństwa żywności i napojów poprzez pomiar stężenia dodatków, konserwantów i zanieczyszczeń.

Analiza żywieniowa:

Stężenie witamin, minerałów i innych składników odżywczych w produktach spożywczych można określić za pomocą tej techniki.

Rodzaje spektrofotometrów UV-Vis

Spektrofotometry UV-Vis CO

Ja w różnych konfiguracjach, każda dostosowana do określonych aplikacji:

Spektrofotometry z pojedynczym wiązaniem:

Mają one pojedynczą ścieżkę światła, co oznacza, że ​​pomiary odniesienia i próbki są podejmowane sekwencyjnie. Są prostsze i bardziej opłacalne, ale mogą być mniej dokładne z powodu potencjalnych wahań intensywności źródła światła.

Spektrofotometry z podwójnym wiązaniem:

Instrumenty te dzieli światło na dwie ścieżki, jedna przechodząca przez próbkę, a drugą przez odniesienie. Ta konfiguracja umożliwia jednoczesne pomiar, kompensując fluktuacje intensywności światła i zapewniają dokładniejsze wyniki.

Czytniki mikropłytek:

Czytniki mikropłytek, zaprojektowane do wysokowydajnych badań przesiewowych, mogą mierzyć wiele próbek jednocześnie przy użyciu mikropłytek z wieloma studzienkami, powszechnie stosowanymi w branżach biotechnologii i farmaceutycznych.

Przenośne spektrofotometry UV-Vis:

Te kompaktowe, ręczne urządzenia są używane do analizy terenowej i analizy na miejscu, oferując wygodę i elastyczność monitorowania środowiska i kontroli jakości.

Zaawansowane techniki i warianty

Spektrofotometria UV-VIS ewoluowała, aby uwzględnić zaawansowane techniki i warianty:

1. Spektrofotometria pochodna

Technika ta polega na obliczeniu pochodnej widma absorbancji, zwiększeniu rozdzielczości nakładających się pików i poprawie dokładności pomiarów stężenia w złożonych mieszaninach.

2. Spektrofotometria zatrzymanego przepływu

Używany do badania kinetyki szybkiej reakcji, spektrofotometria zatrzymanego przepływu miesza szybko i mierzy zmiany absorbancji w czasie rzeczywistym, zapewniając wgląd w szybkie procesy biochemiczne i chemiczne.

3. Spektroskopia fotoakustyczna

Ta metoda mierzy fale dźwiękowe wytwarzane przez wchłanianie modulowanego światła, oferując wysoką czułość do badania próbek stałych i nieprzezroczystej, w których tradycyjna spektrofotometria UV-Vis może nie być skuteczna.

Zalety i ograniczenia

Zalety

Nieniszczące:

Spektrofotometria UV-VIS jest na ogół nieniszcząca, zachowując próbkę do dalszej analizy.

Wysoka wrażliwość i precyzja:

Technika oferuje wysoką wrażliwość i precyzję, dzięki czemu jest odpowiednia do wykrywania i kwantyfikacji niskich stężeń analitów.

Wszechstronność:

Może analizować szeroki zakres substancji, w tym związki organiczne i nieorganiczne, w różnych stanach (stałe, ciekłe i gazowe).

Szybki i prosty:

Pomiary są zwykle szybkie i proste, co pozwala na wydajną i rutynową analizę.

Ograniczenia

Zakłócenia:

Obecność zakłócających substancji, które pochłaniają podobne długości fal, może komplikować analizę.

Przygotowanie próbki:

Niektóre próbki mogą wymagać intensywnego przygotowania lub rozcieńczenia, potencjalnie wprowadzając błędy.

Ograniczone informacje: