Absorbance

تکنیک اندازه‌گیری جذب یا همان Absorbance بسیار قدیمی است که برای نخستین بار توسط کیمیاگران انجام می‌شده است. آن‌ها به دنبال شناخت و پی بردن به دارویی زندگی‌بخش به‌وسیله جست‌وجو در رنگ و میزان شفافی و کدری محلول‌های دارویی از شناساگرها مختلف که با یکدیگر میکس یا گرما و یا به جوش آوردن شده بودند استفاده می‌کردند.

امروزه طیف‌سنجی جذبی به‌عنوان پرکاربردترین تکنیک اسپکترویکوپی جهت مطالعه بر روی مایعات و گازها مورداستفاده قرار گرفته است. به دلیل سادگی، دقت و سهولت در استفاده یک طیف جذبی می‌تواند به‌عنوان یک ابزار برای شناخت و پی بردن به شناسنامه مواد استفاده شود. هم‌چنین می‌توان از یک طیف اسپکترومتر به‌عنوان یک مؤلفه اثرانگشتی جهت آنالیز و ابزاری جهت سنج میزان تراکم و یا غلظت مواد در محلول‌ها استفاده کرد.

اسپکترومترهای ساخته‌شده توسط شرکت اوژن اپتیک به‌مراتب انتخاب بیشتری نسبت به طیف‌سنج‌های قدیمی و دو پرتویی در اختیار مشتری قرار می‌دهند تا محدوده طیفی، رزولوشن طیفی (قدرت تفکیک طیفی) و قدرت تغییر سریع در انتخاب نمونه‌هایی در محیط‌های آزمایشگاهی یا میدانی را داشته باشند. با انتخاب گزینه‌های مختلف طیف‌سنج‌ها، منابع نوری و دیگر لوازم جانبی از ما می‌توانید به‌ راحتی سامانه اسپکتروسکوپی متناسب باکار خود انتخاب کرده و جهت آنالیز محدوده وسیعی از محلول‌ها و مواد تغلیظ شده در اختیار داشته باشد.

ویژگی‌های انتخاب یک طیف‌سنج مناسب جهت بررسی طیف جذبی:

• غیر مخرب

• کمی سنج: اندازه‌گیری محلول‌ها با غلظت‌های مختلف یا اندازه‌گیری ضریب خاموشی مواد

• قادر به اندازه‌گیری میزان جذب به نسبت ۰/۱۰۰ضریب جذب

کاربردهای رایج طیف‌سنجی:

• تحقیق و آزمایش

• علوم زیستی

• شناسایی مواد

• مزرعه به فن‌آوری‌های جدول

• فن‌آوری‌های انرژی

• بررسی فعالیت‌های شیمیایی و بیوزیستی (Kinetics) شامل:

1. مشاهده و کنترل کنش و واکنش‌های شیمیایی (reaction monitoring)
2. کنترل خروجی فرآیندهای شیمیایی (endpoint detection)

• بررسی ترمودینامیک و گرما شناسی DNA و پروتئین‌ها(protein and DNA thermodynamics)

1. فعالیت‌ها و رفتار آنزیم‌ها (enzyme kinetics)
2. بررسی آنلاین تز فرآیندهای گرمایی ذرات بیولوژیکی (on-line thermal cycling of biological particles)

• کنترل کیفیت (Quality & process control):

1. استفاده در صنایع نساجی، پارچه، فرش، داروسازی، لاستیک‌سازی (pharmaceutical and textile manufacturing)
2. اندازه‌گیری قطر ذرات (particle size analysis)

• صنایع الکل سازی (ethylene production)

1. صنایع پلیمر،نفت،گاز پتروشیمی (polymer processing)

• آنالیز واکنش‌های شیمیایی (Chemical analysis)

1. تشخیص آنالیز مواد آلی و معدنی، ترکیبات فنل‌ها و مشتقات هیدروکسیدی بنزين (fluorophore characterization, phenol determination)
2. کروماتوگرافی ستون مایعات (column liquid chromatography)

• تشخیص مسیر واکنش فلزات (trace detection of metals)

• تحقیقات:

1. آنالیز آب و مطالعات دریا محیط‌ زیست (analysis of freshwater and marine environments)
2. تشخیص و آنالیز کریستال‌های مایعات (characterization of liquid crystals)

• بررسی امراض بیماری‌ها (study of eye tissues)

1. مطالعات نورشناسی در محیط‌های مختلف (photo stability studies of compounds in various environments)

• کنترل محیط‌ زیست:(Environmental monitoring)

1. تشخیص آلودگی SO₂ به‌عنوان یک تشخیص‌دهنده فعالیت‌های آتشفشانی (SO₂detection as a predictor of volcanic activity)
2. تشخیص آلودگی‌های شهری در تصویربرداری هوایی (airborne pollution monitoring in cities)

• پیش‌بینی تغییرات اقلیمی و جزر و مد (prediction of red tide events)

1. آنالیز ترکیبات خاک (soil contamination analysis)
2. کنترل میران آلودگی اوزن در هوا (ozone monitoring)

• تست مواد غذایی (Food testing):

1. آنالیز ترکیب‌های موجود در مواد غذایی خشک (analysis of composition in dairy products)
2. تشخیص ترکیبات مواد غذایی موجود در میوه‌ها (determining solids content in fruit)

• پیش‌بینی و تخمین میزان ماندگاری بو و عطر و رنگ در نوشیدنی‌ها (predicting odor and flavor suitability in wines)

• زیست پزشکی (Biomedical):

1. بازخوانی و آنالیز بر روی انواع لایه‌ی باریک بافت و غيره به‌منظور بررسی ميكروسكوپی در گیاهان (reading microtiter plates and labs-on-a-chip)
2. آنالیز نوکلدئو یک اسیدها و پروتئین‌ها (analysis of nucleic acids and proteins)

• آزمایش‌های بالینی و تشخیص آزمودن‌های خون‌شناسی (clinical and in-vitro blood diagnostics)

• اصول علمی جذب:

وقتی تابش نور فرودی بر روی کووت (محل نمونه) تابیده می‌شود بخشی از آن عبور، پراکنده و یا جذب می‌شود که به‌صورت علمی T + A + S = 1  بیان می‌شود. تابش عبوری بدون قرخرد با ریز مولکول‌ها از کووت عبور می‌کند ولی تابش که با مولکول‌ها و با ذرات گاز و پودر برخورد می‌کند می‌تواند جذب یا پراکنده شود. برخورد الاستیک وقتی اتفاق می‌افتد که مسیر پرتو تابش و نه شدت و طول‌ موج آن، بعد از برخورد تغییر کند.

Absorbance

وقتی برای اندازه‌گیری میزان جذب (Absorbance) عملیاتی انجام می‌دهیم می‌بایست این فرض را در نظر بگیریم که میزان پراکنگی تابش فرودی صفر می‌باشد. به این صورت که ما تنها میزان تابش عبوری را می‌توانیم با در نظر گرفتن جذب در اختیار داشته باشیم که درنتیجه T+A=1 است. ابن برای نمونه‌های ایده‌آل درست است یک محلول رقیق از ذرات با فرض بسیار کوچک بودن ذرات حل‌شونده داشته باشیم. خوشبختانه این فرض برای بسیار از مواد حل‌شده در حلال‌ها بسیار درست است. جذب زمانی اتفاق می‌افتد که فرکانس تابش فرودی برخوردی با مولکول حلال در گستره باند سطوح انرژِی ارتعاشی مولکول‌های محلول باشد. این موقعیت بستگی دارد به سطح برخورد مولکول برای یک باند انرژی و ضریب جذب یک مولکول در محلول. محلولی با تراکم ماده حل شونده بیشتر (غلظت بیشتر) با احتمال بیشتری تابش عبوری جذب ماده می‌شود. در حقیقت احتمال جذب به‌صورت خطی با طول مسیر راه نوری تابش در ماده و میزان تراکم ماده افزایش می‌یابد. رابطه‌ای که به اسم قانون بیر لامبر شناخته می شود که به صورت زیر نوشته می‌شود:

میزان جذب در شرایط مختلف متفاوت است که می‌تواند ناشی از تغییر غلظت(c)، ضخامت نمونه(l) و یا تغییر در ماده و درنتیجه تغییر در ضریب جذب( ) باشد

اما برای اندازه‌گیری میزان تابش جذب‌شده می‌بایست عبور از ماده اندازه‌گیری کرد. نخست لازم است که ماده برای داشتن کمترین میزان پراکندگی، آماده‌سازی شود (سطح نمونه تمیز گردد یا غلظت نمونه تا آنجا که بتوان باید کمتر نمود) درنهایت تمام نوری که جذب نشده‌اند عبور داده می‌شود. میزان تابش عبوری نسبت است از شدت تابش فرودی به تابش عبوری که این میزان با افزایش طول مسیر راه نوری در ماده یا افزایش غلظت ماده کاهش می‌یابد.

و درنتیجه با گرفتن لگاریتم در مبنای ۱۰ تز دو طرف ما معادله میزان جذب خطی که برای محاسبات نیاز داشتیم را به دست خواهیم آورد.

یک ماده کاملاً شفاف با میزان عبور (T=100%) دارای میزان جذبی به مقدار صفر خواهد بود درحالی‌که ماده‌ای کاملاً تاریک با میزان عبور (T=0%) دارای میزان جذبی به میزان بی‌نهایت خواهد بود.واحد سنجش میزان جذب به سورت واحد جذب (AU) و یا تراکم نوری (OD) سنجیده می‌شود.

اگر ماده‌ای با جذب ۰٫۵AU و دیگری با میزان ۰٫۳AU در اختیار داشته باشم و هر دوی آن‌ها را در پشت سز هم در مسیر راه نوری قرار دهیم آنگاه میزان جذب به مقدار ۰٫۸AU خواهد رسید. به‌طور مشابه اگر دو ماده مختلف در یک ظرف نمونه قرار داشته باشند مقدار کل جذب برابر خواهد بود با جمع تک‌تک مقادیر جذب در آن طول‌موج.

نمونه چیدمان طیف‌سنجی جذبی برای نمونه جذب در گازها

Absorbance

۱٫استفاده از یک اسپکترومتر دقت بالا (۰٫۵ نانومتر) برای محدوده فرابنفش (۱۵۰-۴۰۰ نانومتر) به همراه مجموعه لنز اپتیکی برای افزایش حساسیت نوری

۲٫استفاده از منبع نور دوتریم با تابش پیوسته ۱۸۰-۴۰۰ نانومتر

۳٫استفاده از فیبر اپتیکی با قطر ۶۰۰ میکرومتر از جنس هسته شیشه برای محدوده طیفی ۱۷۰-۱۱۰۰ نانومتر

۴٫نگه‌دارنده کووت و کووت از جنس fused silica به‌ اندازه میزان حجم ۲۸میلی و۵ میلی‌لیتر

چیدمان طیف‌سنجی جذبی برای نمونه جذب در محلول‌ها

Absorbance

۱٫نمونه اسپکترومتر فرابنفش – مرئی استفاده‌شده که دارای محدوده طیفی ۲۰۰-۸۰۰ نانومتر با سیستم order sorting filter و دهانه اسلیت ۲۵ میکرومتر

۲٫استفاده از منبع نور دوتریم –هالوژن- تنگستن که تابشی برای محدوده طیفی ۲۰۰-۲۰۰۰ نانومتر را تابش می‌کند

۳٫استفاده از کووت و نگه‌دارنده آن از جنس کوارتز(fused silica)

۴٫استفاده از یک فیبر آلومینیومی با قطر هسته ۴۵۰ میکرومتر به طول ۰٫۵ متر