آشنایی با دستگاههای آنالیز دستگاهی

نام دستگاه : اسپکتروفتومتر (SPECTROPHOTOMETR)

کاربرد دستگاه :اسپکتروفتومتر دستگاهی است که برای اندازه گیری غلظت ماده رنگی محلولها چون اندازه گیریاوره – اسید اوریک و نظیر آن به کار می رود .

مشخصات :اسپکتروفتومتر جذب نور را به وسیله یک ماده مایع در طول موجهای گوناگون اندازه گیری میکند .بدین وسیله اجزای یک ماده مجهول را می توان مشخص کرد یا غلظت تعدادی از مواد معلوم رااندازه گیری نمود .

دستگاه اسپکتروفتومتر از دو قسمت اسپکترومتر( تشکیل طیف ) و فتومتر( نورسنجی ) تشکیلشده است.اسپکترومتر بخشی است که نور ثابت با طول موج دلخواه به وجود می آورد و شامل منبع نور –عدسی – شکافها – منوکروماتور می باشد .

اجزاء مختلف اسپکتروفتومتر :

منبع انرژی الکتریکی :در اسپکتروفتومتر برای ایجاد نور احتیاج به یک منبع انرژی الکتریکی ثابت است . این منبع میتواندباطری خشک و یا مرطوب و یا جریان الکتریکی متناوب AC باشد.

منبع انرژی نورانی :

در اکثر اسپکتروفتومترهای نورانی منبع انرژی نورانی آنها لامپ تنگستن است . در اسپکتروفتومترهاینور ماوراء بنفش، لامپ دوثریم به کار می رود .

منوکروماتور :

نور قبل از اینکه به منوکروماتور برخورد کند از عدسی ها و شکافی عبور می کند که نقش آنها کنترلمقدار و مسیر نور می باشد.برای اندازه گیری جذب نور باید از نورهایی با طول موج مشخص و مناسب استفاده کرد برای این منظورمنوکروماتور به کار می برند . منو کروماتور برای پراکندن نور ( تجزیه نور ) ازلامپ(شکاف s1 ) از پرش ویا منشور استفاده می کند.

به محض اینکه نور به شکاف s2 میرسد به اجزای طیفی خودش تجزیه میشود و و روی نمونه در کووتمی افتد. شکافهای باریکتر باعث طول موجهای کوتاهتر میشوند. زاویه شبکه پراش طول موج نور رامشخص می کند. اگر همه پارامترهای دیگر ثابت باشند و آیینه اندازه تجهیزات را کم کند در نتیجهخروجی نور – حساسیت آشکارسازی نوری – و جذب ماده ی نمونه با طول موج تغییر میکند که مستلزمکالیبراسیون صفر هر اندازه گیری طول موج می باشد.اسپکتروفتومتر دو پرتویی این کار را به صورت اتوماتیک به وسیله سویچ کردن مسیر پرتو انجام می دهد.سپس نسبت جذب های مسیر را می توان محاسبه کرد.

نور سنج :

به کمک نور سنجها انرژی نورانی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند و شامل انواع مختلفی چون فتوولتیکو یا فتو تیوپ – فتودیود و غیره میباشد.بعضی از این نورسنجها آنقدر حساس هستند که می توانند گالوانومتر حساس را مستقیم به کار اندازنددر حالی که در بعضی دیگر باید آمپلی فایر ( تقویت کننده ) در مسیر آنها قرار داده شود.

الکتریک سنج :

در اسپکتروفتومتر نیاز به دستگاهی است که جریان الکتریکی فتوتیوپ را اندازه گیری کند بدین منظور میتواناز گالوانومتر – سیستم نول پینت Null Point استفاده نمود .

نام دستگاه : ph سنج

Ph متر یک سلول یا پیل الکتروشیمیایی است. می دانید پیلها از دو الکترود تشکیل شده اند.در ph متر، دو الکترود عبارتند از یک الکترود مرجع کالومل و یک الکترود شیشه ای. الکترودهایشه ای متداولترین نوع الکترودهای غشایی است که اغلب برای تعیین و اندازه گیری pH

محلول از آنها استفاده می شود.الکترود شیشه ای از مهروموم کردن یعنی متصل کردن یک شیشه ی نازک و حساس به pH ،به نوک انتهایی یک لوله ی شیشه ای با دیواره ی کلفت ساخته شده است. درون حباب کوچکبا دیواره ی نازک، محلولی از هیدروکلریک اسید معمولاً ۱/۰ مولار وجود دارد که بانقره کلرید اشباعشده است.

یک سیم نقره ای از بالای الکترود وارد شده و پس از عبور از دیواره های شیشه ای، در این محلولاسید فرو رفته است و به وسیله ی یک هادی خارجی به یکی از دو پایانه ی یک وسیله ی اندازه گیریپتانسیل وصل شده است.

این الکترود درون محلولی قرار می گیرد که قرار است pH آن اندازه گیری شود که غلظت یون هیدروزنآن با غلظت یون هیدروژن درون غشای شیشه ای متفاوت است. یک الکترود کالومل به انتهای دیگروسیله ی اندازه گیری پتانسیل وصل شده است. درواقع در سرتاسر غشای نازک شیشه ای، کهدو محلول با غلظت های مختلف یون هیدروژن را از هم جدا می کند، ایجاد می شود و این پتانسیلاندازه گیری و درنتیجه مقدار pH گزارش می شود. به عبارت دیگر درون الکترود شیشه ای، یک محلولبا غلظت معین از H+ وجود دارد. این الکترود درون محلولی با غلظت متفاوت (که قرار است اندازهگرفته شود) از H+ قرار می گیرد.درنتیجه ی اختلاف در میزان غلظت H+ یک اختلاف پتانسیل به وجود می آید. این اختلاف پتانسیل اندازهگرفته شده به ph محیط ربط داده می شود.اختلاف پتانسیل را به کمک معادله ی نرنست به دست می آورند:

E=E0 – ۰٫۰۵۹۱۶ log1/[H+]

چون داریم:

Log1/x=-logx

معادله ی فوق به صورت زیر در می آید:

E=E0+0.05916log[H+]

برای نیم سلول هیدروژن E0 مساوی صفر ولت است. همچنین می داینم که log[H+]=-pH .

با جایگزین کردن این کمیتها ، خواهیم داشت:

E=-0.05916 pH

از معادله ی نرنست، به آسانی می توان دریافت که هر واکنشی که شامل یونهای هیدروژن H+ است،دارای پتانسیل وابسته به غلظت H+ است.این اصل در یک pH سنج به کار می رود.با ترکیب شدن الکترود مرجع با الکترود هیدروژن که در بالا توضیح داده شد، می توان pH یک محلول را بهطور الکتریکی اندازه گرفت.الکترود مرجع در اینجا الکترود سیر شده ی کالومل Hg2Cl2 است. زیرا ولتاژ این الکترود ثابت و مشخصاست. الکترود در محلولی که قرار است pH آن تعیین شود، فرو برده می شود. پتانسیلی که به وسیلهالکترود پدید می آید، توسط یک میلی ولت سنج اندازه گیری می شود.بدین ترتیب می توانید پی ببرید که ولتاژ حاصل به وسیله ی الکترود، یک تابع خطی از pH است. همینرابطه به ما امکان می دهد تا pH سنج را مستقیماً به جای میلی ولت با واحدهای pH درجه بندی کنیم.با این کار شیمیدان نیازی ندارد که ولت را به واحدهای pH تبدیل کند.ترکیب غشاهای شیشه ای بسته به اینکه با انها بخواهیم غلظت چه کاتیون یا آنیونی اندازه گرفته شود،متفاوت است.شیشه ی کورنینگ که برای تعیین pH به کار می رود، متشکل از تقریباً ۲۲% Na2O و ۶% CaOو ۷۲% SiO2 است که از متداولترین آنها می باشد.

نام دستگاه : رفراکتومتر (Refractometer)
رفراکتومتروسیله ای آزمایشگاهی است که برای تعیین میزان ناخالصی ماده یا مواد حل شده در آب که با روش عبور تابش نور از لایه ای از آن مایع که ماده مورد نظر درآن حل شده و عبور انکساری (شکست) از منشور شیشه ای بکار میرود. از اینابزار برای ارزشیابی انکساری (°Bx بریکس) آب میوه و سبزیجات و حتی شوری آبو حتی PH آب را آزمایش نمود. انواع بسیاری دارد و بهای آن بر اساس بالابودن میزان درجه جدول بریکس و بمعنای بهتر ، بر اساس دقت و مرغوبیت منشورنصب شده در دستگاه تعیین میشود. با این روش وزن مخصوص و شیرینی سنجی را با هم ادغام نموده و به مراجعه بهجدول بریکس (Brix) ارزش آن را مییابند. در صنایع غذایی و بخصوص درشرابسازی مورد استفاده دایمی است زیرا شخص فقط با دیدن میوه و چشیدن آنقضاوت در مورد آن نکرده و فقط با استفاده از یک یا دو قطره از عصاره آنمیزان و ارزش آن محصول (مثلا انگور) را پیدا میکند.

کارکرد و خواندن رفراکتومتر بسیار آسان و نیازی به تجربه و مطالعه فراوانندارد. کافیست یک یا دو فطره از مایع حاوی ماده حل شده در آنرا روی صفحهشیشه ای حساس دستگاه ریخته ، درپوش محافظ را بسته و صفحه شیشه ای را مقابلنور مستقیم آفتاب یا نور مصنوعی قرار داده و پس از خواندن از روی عددبریکس نشان داده شده به جدول بریکس (Brix) مراجعه تا میزان در صد وجود آنماده در مایع مشخص شود. برای آنان که از رفراکتومتر استفاده میکنند جدول تصحیح حرارتی نیز کمکموثری است که با آن میتوان دقت آزمایش را بالا برد. در علوم آزمایشگاهیامروز علاوه بر قند میتوان چربی ، شوری و حتی ارزش غذایی را بدست آورد. نمونه آن را حتی برای آزمایش آب آکواریوم ماهی نیز بکار میبرند. جدیدا ابزار الکترونیکی آن نیز به بازار ارایه شده که فقط با یک قطره ازمایع در هر درجه حرارتی و بدون مراجعه به جدول بریکس و فقط توسط یک تراشهکوچک تعبیه شده در دستگاه رفراکتومتر دیجیتالی قابل خواندن است.
کاربرد رفراکتومتر در صنعت

دستگاه رفرکتومتر کاربرد زیادی در صنایع گوناگون دارد. به عنوان مثال برایاندازه‌گیری غلظت نمک طعام در حوضچه‌های پرورش ماهی مورد استفاده قرارمی‌گیرد. در صنایع غذایی نیز این دستگاه کاربرد بسیار زیادی دارد مثلا درکارخانه های قند برای تعیین بریکس محلول قند مورد استفاده قرار می گیرد. در پزشکی برای پی بردن به میزان اوره و پروتئین خون، میزان نمک موجود درآن و غلظت مایعات استفاده می شود و مهم‌ترین کاربرد آن تعیین غلظت Urine در آزمایشگاه است. بریکس واحدی است که بیان کننده مقدار ذرات جامد موجود در یک محلول است و اصولا به غلظت و ویسکوزیته وابسته است.
اساس کار

اساس کار رفلکتومتر در تابش نور به شرط تکفام بودن آن و هدایت آن به سمتمحلول مورد نظر و عبور آن است که چون این دو محیط با هم تفاوت دارند ، نورشکسته شده و با ضریب شکست محدود قابل دریافت است. میزان شکست نور ماننداثر انگشت برای محلول‌های با غلظت یکسان و در دما فشار برابر منحصر به فرداست. درون رفرکتومتر خط نوری دیده می شود که با منشورها و لنزهای مختلف بهوجود می آید. این خط نور با کمک عدسی سر دوربین توسط کاربر قابل مشاهدهاست.
در دستگاه رفرکتومتر نور از محیط رقیق وارد محیط غلیظ می شود. که محیطرقیق، مایع یا محلول موردنظر و محیط غلیظ، منشور دستگاه است. در واقع، درعمل، ضریب شکست محلول و منشور نسبت به هم سنجیده می شود.. در رفرکتومتری زاویه شکست بحرانی (حد) اندازه گیری میشود یعنی زمانی که زاویه تابش ۹۰شود.
رابطه بین ضریب شکست و غلظت تا حدود ۲-۱۰ یک رابطه خطی است که بر اساس همان می توان با تایید ضریب شکست یک محلول غلظت آن‌را با استفاده ازنمودار خطی در فاصله حدود ۲-۱۰ مولار بدست آورد.ساختار رفرکتومتردستگاه رفرکتومتر از اجزاء و قسمت‌های زیر تشکیل شده است:

۱- دو منشور که یکی انتشار دهنده Diffusing prism و دیگری شکست دهنده
Refracting prismاست.
نمونه مورد نظر بین این دو منشور قرار می گیرد. نورمشخص واردgوارد منشور انتشار دهنده شده و تجزیه می شود، این نور بانمونه مورد آزمایش شده و سپس به منشور
Refracting می رود.
(ورود نور ازمحیط رقیق به غلیظ). قبل از هر بار ریختن محلول، منشورها کاملا تمیز شده وبا مقدار کمی از محلول موردنظر، شستشو داده می شود.

۲- دو لنز که یکی لنز تصویر و دیگری لنز ضریب شکست است.

۳- ترمومتر: جهت تنظیم و گزارش دما

۵- پیچ هایی جهت تنظیم تصویر

طراحی اولین نمونه از این دستگاه در اواخر دهه ۱۸۰۰ میلادی توسط ارنست آبهصورت گرفت. آن دستگاه شامل ترمومترهای توکار و حمام سیرکولاتورهای آب بودنکه برای کنترل دمای دستگاه و مایعات استفاده می شد. پس از آن دستگاه‌هامجهز به میکروسکوپ نیز شدند. امروزه این دستگاه در چهار نوع موجود است:
رفرکتومتر دستی آنالوگ، رفرکتومتر رومیزی، رفرکتومتر دستی دیجیتال ورفرکتومتر آنلاین.  برای کالیبراسیون و تعیین میزان خطای دستگاه از مواد در دسترس مانند آب مقطر (۳۳۲۵/۱(n=استفاده می کنیم.

در برخی رفرکتومترها نور از بین لایهنازکی از نمونه مایع عبور می کند.
نسل اولیه رفرکتومترها

برای استفاده از این رفرکتومترها چند قطره از نمونه مورد نظر روی منشورقرار داده می شود. (در صورتی که این مقدار کم باشد دستیابی به نتیجه مطلوبسخت می‌شود و در صورت زیاد بودن ترشح مایع با اطراف منجر به آلودگی میشود) پس از محکم کردن منشور، لامپ مقابل آن قرار می گیرد. پس از شروع بهکار کردن دستگاه می توان مقدار نوردهی عدسی ها را به کمک ناب موجود روی دستگاه تغییر داد. نتایج به صورت آنالوگ در این دستگاهها نشان داده می شودو باید همراه دما، به صورت دستی ثبت شود. پس از هر بار اندازه گیری بایددستگاه را برای تست بعدی تمیز کرد.
رفرکتومترهای نسل جدید

بخش اپتیک این مدل مشابه رفرکتومترهای قدیمی تر است، عملکرد آن نیز مشابهاست. هنگام نمونه دهی باید به اندازه ای استفاده شود که کاملا منشور را بپوشاند اما نه بیشتر.برای تنظیم کانون عدسی باز هم از ناب روی دستگاهاستفاده می کنیم تا زمانی که علامت ضربدر واضح شود. (اگر تیره تر بودپادساعتگرد و اگر روشن تر بود ساعتگرد) سپس با فشار دادن دگمه READ مقدارضریب شکست بر LED جلوی دستگاه نمایان می شود.
در مدل های جدید تر توسطترمومتری دما نیز اندازه گیری شده و همراه نتایج به صورت دیجیتال ثبتمی‌شود.  در استفاده مداوم از این دستگاه مهم ترین مساله تمیز کردن دقیق آن است. گرد و غبار و ذرات ریز بزرگترین دشمن دقت اندازه گیری است. برای پرهیز ازساییده شدن صفحه شیشه ای منشورها بهتر است برای پاک کردن از گوی پنبه ایاستفاده نموده و به آرامی گرد و غبار را بزدایید. سپس آن‌را با پنبه جدیدو الکل شستشو دهید.
نام دستگاه : سانتریفیوژ

دستگاهی است که توسط نیروی گریز از مرکز ذرات معلق را با چرخش توسط یک موتور الکتریکی، از مایع جدا میکند.همچنین میتواند باعث تفکیک دو مایع با تراکم متفاوت شود. این مایعات می توانند خون، ادرار و …باشند.برحسب سرعت میتوان آنها را به سه دسته دور پایین (۲۰۰۰ تا۶۰۰۰ Rpm )،دور بالا (۲۱۰۰۰ تا ۲۴۰۰۰Rpm )و اولترا سانتریفوژ (۰۷۵۰۰ تا۱۰۰۰۰Rpm ) تقسیم بندی کرد.نوع دور پایین بیشتر جهت سانتریفیوز کردن سلولهای خونی یا ذرات حجیم هستند.نوع دوربالا برای بیشتر فراورده ها استفاده میشوند و نوع اولترا برای تفکیک مواد تشکیل دهنده سلولی بکار میرود. برای کم کردن گرمای ایجاد شده در سانتریفوژهای سریع از یخچال استفاده میشود.سانتریفیوژها بر اساس طرز قرار گیری نمونه ها به دو دسته تقسیم میشوند:

۱) شناور: جایگاه قرارگیری نمونه ها عمود بر زمین است و با شروع حرکت زاویه پیدا کرده و سپس کاملا به حالت افقی با سطح زمین قرار میگیرد.

۲) زاویه ثابت: لوله حاوی نمونه نسبت به محور دوران یک زاویه ثابت بین ۲۵ تا ۴۵ درجه دارند. سانتریفوژ ها بر اساس کاربرد به انواع مختلف تقسیم بندی میشوند.

قطعات اساسی سانتریفیوژ:

موتور الکتریکی، شافت، روتور.همچنین کلیدها و تنظیم کننده هایی از قبیل کلیدترمز،کنترل کننده سرعت و زمانسنج بر روی دستگاه موجود است.
طیف سنجی جرمی
طیف‌سنجی جرمی دستگاهی است که مولکول‌های گازی باردار را بر اساس جرم آنها دسته‌بندی می‌کند.دستگاه طیف‌سنج جرمی، مولکول‌ها و یون‌های گازی باردار را بر حسب جرم آنها در میدان آهنربایی از یکدیگر جدا و اندازه‌گیری می‌کند.طیف جرمی حاصل جهت تعیین وزن مولکولی دقیق،‌ شناسایی اجسام و تعیین درصد ایزوتوپ‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد.مهمترین مزیت این طیف سنجی نسبت به سایر روش‌ها از قبیل TEM، XRD، UV-Vis، IR، اسپکتروسکپی رامان و TGA این است که برای تعیین ترکیبات به طور مستقیم از روش‌های فوق نمی‌توان استفاده کرد.اما از روش MS می‌توان استفاده نمود این روش ارتباط واقعی با طیف‌سنجی نوری ندارد ولی نام‌ طیف‌سنجی جرمی برای این روش‌ها انتخاب شده است، زیرا دستگاه‌های اولیه تولید عکس می‌کردند که شبیه به طیف خطی بود.
فرآیند دستگاه:
در داخل دستگاه خلائی به میزان mmHg 10-5- 10-6 برقرار است. مقدار کمی از نمونه (حدود ۱µ) توسط یک لوله از دریچه کوچکی وارد منبع یونش می‌شود. نمونه در اثر گرما و خلاء موجود به صورت گاز درآمده و با جریانی از الکترون‌های پرانرژی (حدود ۷۰-ev50) به طرف آند مقابل شتاب گرفته و جذب آن می‌شود.در نتیجه بمباران الکترونی، جزئی از مولکول‌های نمونه (حدود ۰/۱ درصد) یونیزه می‌شود. در اولین مرحله مطابق واکنش زیر یک الکترون از M خارج شده و یک کاتیون یک ظرفیتی می‌دهد که وزن آن برابر وزن مولکول جسم است.

-e-→M++2e

در اثر افزایش انرژی الکترون‌هایی که به نمونه برخورد می‌کنند، یون +M به کاتیون‌های یک ظرفیتی کوچک‌تری شکسته می‌شود. یون‌های مثبت حاصل از طریق شتاب‌دهنده و نیروی دافعه قطب مثبت آن و همچنین به دلیل تفاوت در فشار موجود بین محل ورود نمونه و فضای سمت راست دستگاه به سمت روزنه کوچکی هدایت شده و پس از گذشتن از آن جریان یون‌ها از بین دو قطب یک آهنربای قوی که جهت میدان آن عمود بر مسیر یون‌ها است عبور می‌کند، کاتیون‌های موجود به نسبت جرم بر بار (m/e) منحرف شده و از یکدیگر جدا می‌شوند. ذرات جدا شده پس از برخورد با یک صفحه عکاسی به صورت خطوطی ظاهر می‌شوند. دستگاه طیف‌سنج جرمی، مولکول‌ها و یون‌های گازی باردار را بر حسب جرم آنها در میدان آهنربایی از یکدیگر جدا و اندازه‌گیری می‌کند. طیف جرمی حاصل جهت تعیین وزن مولکولی دقیق،‌ شناسایی اجسام و تعیین درصد ایزوتوپ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. شکل (۱) قسمت‌هایی از یک طیف‌سنج جرمی را نشان می‌دهد

روش GC- MS

روش دیگر برای وارد ساختن نمونه به دستگاه طیف‌سنج جرمی، استفاده از کروماتوگراف گازی است.کروماتوگراف گازی در بخش مربوطه توضیح داده شده است. در دستگاه GC-MS اجزای یک مخلوط به ترتیب توسط یک ستون کروماتوگرافی از هم جدا می‌شوند و پس از حذف گاز حاصل، وارد منبع یونش طیف سنججرمی می‌گردند.

کاربردها

اطلاعاتی که می توان از طیف سنج جرمی بدست آورد شامل موارد ذیل است:

شناسائی ترکیبات خالص آلی، تعیین وزن مولکولی و فرمول تجربی ترکیب، حضور یا عدم حضور گروههای عاملی در ترکیبات آلی، پایداری انواع مختلف یونها. همچنین برای آنالیز ترکیب و پایداری در فاز محلول می توان از MS استفاده کرد. به عنوان مثال برای تعیین ساختار ترکیبات شاخه‌ای نانومقیاس با ابعاد ۱/۵nm می‌توان از روش طیف‌سنج جرمی با تکنیک یونش الکترواسپری (ESI) استفاده کرد .همچنین از روش طیف سنجی به طور وسیعی در تجزیه ترکیبات آلی، بیولوژیک،‌ پلیمری حاوی نانو ذرات طلا، فلورین‌ها و ترکیبات شاخه‌ائی مورد استفاده قرار می‌گیرد و می‌توان ساختار ترکیبات بیولوژیک در محلول را بررسی کرد. همچنین برتری این روش اسپکتروسکپی نسبت به سایر روش‌ها، سریع بودن پاسخ‌دهی می‌باشد. مهمترین مزیت این طیف سنجی بنسبت به سایر روش‌ها از قبیل TEM، XRD، UV-Vis، IR، اسپکتروسکپی رامان و TGA این است که برای تعیین ترکیبات به طور مستقیم از روش‌های فوق نمی‌توان استفاده کرد.اما از روش MS می‌توان استفاده نمود.

۲- طیف سنج جرمی (MS) :

به بیان ساده ، طیف سنج جرمی سه عمل اساسی را انجام می‌دهد: اول این‌که مولکولها توسط جریانی از الکترونهای پُر انرژی بمباران شده و بعضی از مولکولها به یونهای مربوط تبدیل می‌گردند. سپس یونها در یک میدان الکتریکی شتاب داده می‌شوند. دوم این‌که ، یونهای شتاب داده شده ، بسته به نسبت جرم به بار (m/e) آنها در یک میدان مغناطیسی یا الکتریکی جدا می‌گردند و در نهایت اینکه ، یونهای دارای نسبت جرم به بار مشخص و معین ، توسط بخشی از دستگاه که در اثر برخورد یونها به آن قادر به شمارش آنها است، آشکار می‌گردند.
نتایج داده شده خروجی توسط آشکار کننده ، بزرگ شده و به ثبّات داده می‌شوند. علامت یا نقشی که از ثبّات حاصل می‌گردد، یک طیف جرمی است، نموداری از تعداد ذرات آشکار شده بر حسب تابعی از نسبت جرم به بار.

کروماتوگرافی گازی – طیف سنجی جرمی

مفیدترین ابداع در سیستمهای وارد سازی نمونه ، استفاده از کروماتوگراف گازی جفت شده با طیف سنج جرمی است. در این وضعیت ، طیف سنج جرمی ، نقش آشکار کننده را ایفا می‌کند. در این تکنیک که کروماتوگرافی گازی – طیف سنجی جرمی (GC-MS) خوانده می‌شود، جریان گاز خارج شده از کروماتوگراف گازی پس از عبور از یک شیر ، از لوله حاوی روزنه مولکولی گذر می‌کند. پس مقداری از جریان گاز وارد محفظه یونیزاسیون دستگاه طیف سنج جرمی می‌گردد. بدین طریق حصول طیف جرمی هر جزء موجود در یک مخلوط تزریق شده به کروماتوگراف گازی ممکن می‌گردد.

نقش این روش ، نیاز به پویه سریع توسط دستگاه طیف سنج جرمی است. دستگاه طیف سنج باید طیف جرمی هر جزء موجود در مخلوط را پیش از خروج جزء بعدی از ستون کروماتوگرافی گازی بدست آورد تا از آلوده شدن یک ماده توسط ماده بعدی قبل از بدست آمدن طیف آن جلوگیری شود.

از آنجا که ستونهای مویی با توان بالا در کروماتوگرافی گازی استفاده می‌شود، لذا در بیشتر موارد ، قبل از آنکه جریان گازی ، آنالیز شود، ترکیبات بطور کامل جدا می گردند. دستگاه قابلیت بدست آوردن حداقل یک پویه در ثانیه را در محدوده amu300-10 دارد. در صورتی که محدوده باریکتری از اجرام ، آنالیز شود، حتی پویه‌های بیشتری ممکن می‌گردد. مایع بیرون ریزنده ، از بخش کروماتوگرافی گازی دستگاه را می‌توان به دستگاه FT-IR هدایت کرد، به گونه ای که به جای طیفهای جرمی ، طیفهای مادون قرمز بدست آید. در این حالت ، طیف سنج مادون قرمز به‌عنوان آشکار کننده برای کروماتوگراف گازی عمل می‌کند.

طیف سنج جرمی جفت شده با کروماتوگراف گازی باید نسبتا جمع و جور و دارای قدرت تفکیک بالا باشد.

طیف جرمی

طیف جرمی به‌صورت نموداری از درصد فراوانی یون بر حسب نسبت m/e نشان داده می‌شود. با بررسی یک طیف جرمی معمولی می‌توان اطلاعات بسیار زیادی در مورد ایزوتوپها ، وزن مولکولی ، یونهای مولکولی و… بدست آورد.

تعیین وزن مولکولی
هنگامی که پروتونی از الکترونهای پُر انرژی به جریانی از مولکولهای نمونه برخورد کند، یونیزاسیون مولکولها رخ می‌دهد. یونهای حاصله که یونهای مولکولی خوانده می‌شوند، سپس شتاب پیدا کرده و از میان یک میدان مغناطیسی عبور کرده و آشکار می‌گردند. اگر حداقل طول عمر این یونهای مولکولی ۵-۱۰ ثانیه باشد، آنها بدون شکست و تبدیل شدن به قطعات کوچکتر به آشکار کننده می‌رسند. حال چیزی که باقی می‌ماند، مشاهده نسبت m/e یون مولکولی بوده که از روی آن ، بتوان وزن مولکولی نمونه را تعیین کرد.

در عمل ، تعیین وزن مولکولی ، کاملا بسادگی آن چیزی که در پاراگراف زیر می‌آید، نیست. اول باید دانست که مقدار جرم هر یون شتاب داده شده در یک طیف سنج جرمی ، جرم حقیقی آن است و نه وزن مولکولی آن که اوزان اتمی شیمیایی را بکار می‌برد. مقیاس شیمیایی اوزان اتمی بر پایه میانگین اوزان تمامی ایزتوپهای یک عنصر است. طیف سنج جرمی ، توانایی تشخیص بین جرم ذرات حامل معمولترین ایزوتوپهای عناصر و ذرات حاصل ایزوتوپهای سنگین‌تر را دارد. در نتیجه ، اجرامی که برای یونهای مولکولی مشاهده می‌شوند، اجرام مولکولهایی هستند که در آنها هر اتم به‌صورت معمولترین (فراوانترین) ایزوتوپ خود وجود دارد.

دوم اینکه ممکن است مولکولهایی که توسط الکترونها بمباران می‌شوند، شکسته شده و به قطعات یونی مبدل گردند. در اثر این جزء به جزء شدن ، طیفهای جرمی پیچیده شده و قلل موجود در نسبتهای m/e گوناگونی ظاهر می‌شوند. باید کاملا دقیق و مطمئن بود که قله مشکوک واقعا قله یون مولکولی است و نه مربوط به قطعه یونی. این مساله ، بخصوص هنگامی بحرانی می شود که درصد فراوانی یون مولکولی کم باشد، همان گونه که در یونهای مولکولی نسبتا ناپایدار که بسادگی جزء به جزء می‌شوند، اتفاق می‌افتد.

مهمترین مساله که باید بررسی کرد، آن است که اجرام یونهای آشکار شده در طیف جرمی را باید بطور دقیق اندازه گیری نمود. خطایی به میزان فقط یک واحد جرمی تعیین ساختمان جسم را غیر ممکن می‌سازد.

]

۳- تبدیل فوریه – مادون قرمز (FT-IR) :

دستگاه FT-IR روشی سودمند برای شناسایی ترکیبات آلی و گروههای عاملی آنها می‌باشد. حتی می‌توان پیوندهای کووالانسی لیگاندهای فلزی را شناسایی کرد. در آزمایشگاهها، کلینیکها، محیط زیست، دانشگاهها و کنترل کیفی در فرآیندهای صنعتی و تجزیه کیفی محصولات و … کاربرد دارد. حدود ۹۵ درصد کاربرد این دستگاه کیفی بوده که از روی محل پیک صورت می‌گیرد. همچنین قابلیت شناسایی و جداسازی مخلوط ایزومرهایی نظیر ارتو، متا و پارا را دارا می‌باشد. برای اندازه‌گیری کمی دراین دستگاه از سطح زیر پیک استفاده شده که متناسب با غلظت نمونه می‌باشد.

اساس کار دستگاه تبدیل فوریه مادون قرمز

در روش مادون قرمز ارتعاش پیوندها بررسی می‌شود که در اثر تغییر طول پیوند و یا زاویه پیوند در مولکولها صورت می‌گیرد. ارتعاش مولکول‌هایی با ممان دو قطبی دایم ایجاد میدان الکتریکی متغیر بر حسب زمان می‌کند و موجب تاثیر متقابل آن با تابش می‌شود. بنابراین نیاز به این است که ممان دو قطبی آن در حین ارتعاش تغییر کند لذا اکثر مواد به جز مواد غیر قطبی نظیر Cl2 در این ناحیه جذب دارند و در نهایت از نسبت درصد عبور برحسب عدد موجی طیف IR حاصل می‌شود.

مزایای دستگاه FT-IR
از محدودیت‌های IR معمولی فقدان منابع و آشکارسازهای مناسب می‌باشد و لذا دارای نویزهای بزرگ و نسبت S/N بسیار کوچک می‌باشد.
روش تبدیل فوریه بر این محدودیت‌ها فایق آمده و دارای چند امتیاز است:

۱-فاقد تکفام کننده است و تفکیک طول موج‌ها توسط تداخل سنج مایکلسون انجام می‌شود و طول موج‌ها بدون کاهش شدت به نمونه می‌تابد ودر یک لحظه به دتکتور می‌رسد و سبب افزایش S/N می‌شود.

۲-زمان طیف گیری بسیار کوتاه و در حد ثانیه است که تکرار اندازه‌گیری‌ها را میسر می‌سازد.

۳- قابلیت آنالیزنمونه‌هایی با مقادیر بسیار کم را نیز دارا می‌باشد.

۴- حساسیت و قدرت تفکیک دستگاه بالا می‌باشد.

۵- رزونانس مغناطیسی هسته (NMR) :

طیف سنجی رزونانس مغناطیس هسته‌ شامل اندازه‌گیری میزان انرژی لازم برای تغییر هسته‌های اسپین دار از یک جهت‌گیری پایدار به جهت‌گیری ناپایدارتر در یک میدان مغناطیسی است. از آنجا که هسته‌های اسپین‌دار در میدان مغناطیسی در فرکانس‌های مختلف تغییر جهت می‌دهند، فرکانس متفاوتی از تابش جذبی برای عوض کردن جهت‌گیری هسته‌های اسپین‌دار نیاز می‌باشد. فرکانسی که در آن جذب صورت می‌گیرد برای تجزیه و طیف‌سنجی به کار برده می‌شود. به طور معمول بیشتر اندازه‌گیری‌های ‌NMR برای H انجام می‌شود. اندازه‌گیری سایر هسته‌ها اغلب با استفاده از روش‌های افزایش علامت به منظور مشاهده طیف، انجام می شود.
وقتی پروتونی را در میدان مغناطیسی خارجی قرارمی دهیم حاصل قرار گرفتن آن ایجاد چرخشی دیگر است. به فرکانس چرخش پروتون در میدانمغناطیسی فرکانس تقدمی پروتون ها می گویند و پروتونها به این ترتیب می توانندامواجی هم فرکانس با فرکانس چرخش را جذب کنند و جذب و نشر انرژی در پروتون هااتفاق می افتد.در ساخت دستگاه NMR به دو طریق می توان عمل کرد.۱- تغییر میدان مغناطیسی۲- تغییر فرکانس رادیویی دستگاهی که در آن فرکانس ثابت است و میدان را به میزانمختصر تغییر می دهیم ساده تر است. دستگاههای NMRمیدان آنها در محدوده کوچکی تغییر می کند و فرکانس ثابتی به همه پروتون ها میتابد.بنابراین این نوع دستگاه یک میدان اولیه ثابت و یک میدانثانویه متغیر دارد که sweep generator این کار را انجام می دهد. به ایندستگاهها دستگاه continuous wave (c.w) میگویند.

تهیه نمونه:مهمترین حلال بدون پروتون در NMR ،ccl4است اگر ترکیب در آن حل شود ، بعدCDCL3 کلروفرم دو تره و بعد CD3ODمتانول دوتره و D2O و در نهایت DMSO دی متیل سولفوکساید استفاده میشود(هر چه تعداد D در حلال بیشتر شود گران تر می شود.)حلال های دو تریوم صد در صد خالص نیستند و پیک حلال دیده میشود مثلا پیک پروتون کلرفروم مربوط به CDCL3 در ۷٫۲۲ppm ظاهر می شود معمولا حلال های ۹۹٫۵% استفاده می شود البته ۹۹٫۹۹۹% هم وجود دارد که خیلی گران است.اگر جسم در هیچ کدام از حلال های گفته شده حل نشد در CF3COOH حل می کنیم پروتون اسید پیک می دهد. اگر در حدود ppm12-11 ببینیم احتمال می دهیم پیک اسیداست برای مطمئن شدن بعد از طیف گرفتن یکی دو قطره آب دو دوتره اضافه می کنیم ودوباره پیک می گیریم اگر پیک شدتش خیلی کم شد پروتون اسید بوده که قابل تبادل بودهاست.برای کالیبراسیون دستگاه NMRاز ترکیبی استفاده می شود که پیک های sharp داشته باشد، مثل اتیل بنزن که سه نوعپروتون و سه پیک دارد.

اجزاء تشکیل دهنده دستگاه NMR

۱) آهنربا:
در طیف‌سنج‌های تجاری NMR هم آهنرباهای دائم و هم آهنرباهای الکترومغناطیسی با ابعاد بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. نوعاً میدانی در حدود ۱۴۰۰۰ گوس بین قطعات قطب‌های مغناطیسی که قطری برابر ۱۲ اینچ یا بیشتر دارند، برقرار می‌شود. مشخصات کارکردی آهنربا به خصوص برای کارهای با تفکیک بالا، حساس و پراهمیت است. میدان ایجاد شده باید در محوطه حضور نمونه، تا یک قسمت در۱۰۸ همگن باشد و باید تا درجه مشابهی در زمان‌های کوتاه پایدار بماند. برای داشتن چنین خصوصیاتی، به ابزارسازی تکامل یافته‌ای که مجهز به ابزار پس خور جهت تصحیح در افت و خیز است، نیاز می‌باشد.

۲- پیمایش گر میدان مغناطیسی :
استقرار یک جفت سیم‌پیچ به صورت موازی با سطوح مغناطیسی، تناوب میدان اعمال شده در یک گستره کوچک را امکان‌پذیر می‌سازد. با تغییر یک جریان مستقیم از میان این سیم‌پیچ‌ها، میدان مؤثر را می‌توان بدون از دست دادن همگنی میدان، تا چند صدمیلی گوس تغییر داد.
معمولاً قدرت میدان به طور خودکار و به طور خطی با زمان تغییر می‌کند و این تغییر با حرکت کاغذ ثبات همزمان است. برای یک دستگاه ۶۰ مگاهرتزی، گستره پیمایش میدان برابر ۱۰۰۰ هرتز (۲۳۵ میلی‌گوس) یا چیزی حدود آن است.

۳- منبع فرکانس رادیویی:
علامت حاصل از یک نوسانگر فرکانس رادیویی (فرستنده) به داخل یک زوج سیم‌پیچی که عمود بر مسیر میدان نصب شده‌اند. خورانده می‌شود و در نتیجه یک پرتو تابش قطبیده مسطح به دست می‌آید. معمولاً از یک نوسانگر ثابت دقیقاً ۶۰ مگاهرتزی استفاده می‌شود. فرکانس برای کار با تفکیک بالا، باید تا حدود یک قسمت در °۱۰ ثابت باشد. توان خروجی این منبع کمتر از وات است و باید تا شاید به مقدار یک درصد در یک فاصله زمانی چندین دقیقه ثابت باشد.

۴- آشکارساز و سیستم ثبات:
علامت فرکانس رادیویی ایجاد شده توسط هسته‌های در حال رزونانس، به وسیله سیم‌پیچی که ظرف نمونه را احاطه کرده است و به صورت عمود بر سیم‌پیچ منبع قرار دارد، آشکار می‌شود. علامت الکتریکی تولید شده در سیم‌پیچ‌ها کوچک است و باید به ضریبی برابر °۱۰ یا بیشتر تقویت گردد تا بتواند ثبت شود.

۵- ظرف نگهدارنده نمونه:
سلول متداول برای نمونه در NMR مرکب از یک لوله شیشه‌ای به قطر ۵ میلی‌متر است که حدود ۰/۴ میلی‌متر از مایع در آن قرار می‌گیرد. لوله‌های کوچکتر برای نمونه‌هایی با حجم کمتر نیز در دسترس است

اسپکتروفتومتر

روشهای طیف سنجی بر اساس بر هم کنش تابش الکترومغناطیسی با ماده بنیان گذاری شده است و چون امواج الکترومغناطیس، حاصل کاهش سرعت ذرات با بار الکتریکی است بنابراین توسط ماده جذب شده و سبب افزایش سرعت ذرات میگردد. علاوه بر این انرژی نورانی در بر هم کنش با ماده و جذب آن توسط ماده، باعث بر انگیختن ماده به ترازهای انرژی بالاتر می گردد.بنابراین بسته به شدت و قدرت انرژی وارده به ذره با ماده بر هم کنش کرده و پدیده خاصی را سبب میگردد که اساس اندازه گیریهایی نظیر اسپکتروفتومتری را تشکیل می دهد و می تواند شامل کلیه نواحی طیف الکترومغناطیس از اشعه گاما و ناحیه مریی تا امواج رادیویی باشد. در این رابطه، روشهای جذب، نشر، شکست، پراش (Diffraction) و پلاریزه شدن نور را می توان مورد توجه قرار داد که مهمترین آنها روش های اسپکتروفتومتری جذبی و نشری و فلورسانس است. طول موج نور مریی بیشتر و در نتیجه انرژی آن کمتر از UV است. در اثر تابش نور به ماده در آن نقل و انتقالات الکترونی صورت می گیرد، e ها تحریک شده و به سطوح انرژی بالاتر می روند. بسته به ساختمان شیمیایی جسم، نقل و انتقالات الکترونی مختلفی می تواند صورت گیرد، و محل جذب بستگی به ساختمان شیمیایی ماده دارد. بنابراین از gmaxبرای شناسایی مواد استفاده می شود که طول موجی است که در آن حداکثر جذب صورت می گیرد و برای تعیین غلظت جسم مجهول gmax را به نمونه می تابانیم. مقدار جذب از قوانین جذب Bear & Lambert پیروی می کند و از رابطه A=e lc محاسبه می شود.معمولا در محدوده ای که جذب با غلظت رابطه خطی دارد ،تعیین مقدار انجام میشود.اگر غلظت نمونه و استاندارد به هم نزدیک باشد و غلظتها هم در محدوده خطی باشند، می توان با استفاده از تناسب محاسبات را انجام داد. اجزاء و قسمتهای مختلف دستگاه اسپکتروسکوپ:اسپکتروفتومتر از دو بخش اسپکترومتر و فتومتر تشکیل شده است. اسپکترومتر بخشی است که نور منوکروم را ایجاد کرده و دارای منبع نور، عدسی، شکافها،منوکروماتور (صافی، منشور یا ((Grating system) می باشد. بخش فتومتر دارای اسباب سنجش نور می باشد.

۱- منبع نورانی:

منبع نور مورد استفاده در اسپکتروفتومتر بسته به ناحیه مورد استفاده، متفاوت می باشد. برای نورهای مرئی از لامپ تنگستن استفاده می شود که نورهایی با طول موج بین ۳۵۰ تا ۸۰۰ نانومتر ایجاد می کند. و برای نورهای ماوراء بنفش (UV) از لامپ جیوه، هیدروژن استفاده می شود. این لامپها در ناحیه بین ۲۰۰تا ۶۰۰ نانومتر بکار می روند. در دستگاههای پیشرفته تر هر دو نوع لامپ وجود دارد.

۲- عدسی ها (آینه ها) :

برای کنترل کردن مسیر نور، وجود عدسی لازم است. به جای عدسی ها از آینه هایی که به شکل نیمدایره یا محدب ساخته شده اند می توان استفاده نمود.

۳- شکافها (slits):

در هر اسپکتروفتومتری دو شکاف وجود دارد: یکی را شکاف ورودی و دیگری را خروجی می گویند. شکافها رل مهمی در جداکردن نور دلخواه با طول موج مشخص دارند. به همین جهت اندازه این شکافها بسیار مهم هستند. بیشتر دستگاهها پیچی دارند که اندازه این شکافها را می توان برحسب احتیاج تغییر داد.هر چه طول این شکافها بیشتر باشد پهنای نور عبوری (band-pass) بیشتر بوده

و دامنه طول موج آن نیز زیاد می باشد و به عبارت دیگر نورهای دیگری که مورد نیاز نیستند عبور می کنند. این نور اضافی را Stray light می نامند.

۴- منوکروماتور(monochromators) :

اشعه نورانی پس از عبور از عدسی ها و شکاف مقدار و مسیر آنها کنترل شده سپس به دستگاهی که می تواند نور پلی کروم را به منوکروم تبدیل کند وارد می شود.پس نوری با طول موج مشخص و انتخابی به وجود می آورند. دو نوع منوکروماتور وجود دارد: منشور و Grating.

۵- محل نمونه:

ظرف محتوی نمونه را سل یا کووت (cuvett) می نامند که از جنس شیشه، کوارتز یا پلاستیک است. برای اندازه گیری شدت رنگ محلولها و بلانک بکار می رود.سلهای شیشه ای و پلاستیکی برای ناحیه مرئی به کار می رود و در ناحیه ماوراء بنفش از سل کوارتز استفاده می شود. طول سلها معمولا ۱ سانتی متر است و سلهایی با طول cm 1/0 تا cm 10 نیز موجود می باشد. محل قرار گرفتن نمونه بسته به اینکه دستگاه جایگاه جدا برای رفرنس (بلانک) دارد یا نه، Single beam و Double beam نام دارد. کووت ها برحسب نوع شیشه و شکل چند نوع می باشند.

– کووتهای مکعبی: سطح مقطع این کووت ها مربع بوده و از جنس شیشه خالص (برای نورهای مرئی) و کوارتز( برای نور ماوراء بنفش) میباشند. شیشه نور مرئی را از خود عبور می دهد ولی نور ماوراء بنفش را به مقدار زیادی جذب می کند. کووتهای مکعب، گران و کارکردن و تمیز نگهداشتن آنها دقت بسیار لازم دارد.

– کووتهای گرد: سطح مقطع این دسته از کووتها گرد بوده و برای کارهای روزمره آزمایشگاهی بکار می روند. با همه دقتی که در ساختن کووتها می شود ،مکرر دیده می شود که آیا A دو کووت مشابه، یکسان نیست. برای جلوگیری از استفاده کووتهای ناجور باید آنها را کالیبره نمود.برای کالیبره کردن کووتها محلولی را که نسبتا پایدار است مثل هموگلوبین با غلظت ۵۰ میلی گرم درصد میلی لیتر تهیه می نمایند.

باید T این محلول در طول موج nm 540 برابر ۳/۰ ± ۵۰% باشد. راه دیگراینست که به جای کالیبره کردن کووتها از یک کووت برای شاهد و استانداردو نمونه استفاده کنند.

نکات زیر را باید درباره کووت ها رعایت کرد:

– هرگز قسمت پایین کووت را با دست نمی گیرند چون نور از این قسمت کووت عبور می کند.

– کووت را دو بار با محلول مورد آزمایش آبکشی می نمایند.

– موقع استفاده از کووت ها آنها را با پارچه نرمی که پرز ندهد پاک میکنند در صورت امکان از کاغذهای مخصوص پاک کردن عدسی استفاده می نمایند.

– محلول داخل کووت باید عاری از حباب هوا باشد.

– کووت را طوری در اسپکتروفتومتر قرار می دهند که علامت مخصوص روی کووت به طرف خواننده باشد.

– معمولا از همان مسیری که کووت را در اسپکتروفتومتر قرار داده اند از همان مسیر هم آن را خارج می کنند.

– وقتی از دستگاه استفاده نمی شود دریچه روی محفظه کووت را می بندند.

– کووتها را با محلول تمیز کننده قوی نمی شویند. حتی در محلولهای ضعیف نیز به مدت طولانی قرار نمی دهند.

– در صورت اجبار داخل کووت را با سوآپ پنبه ای تمیز می کنند.

– از کووتهای کالیبره نشده استفاده نمی کنند.

– باید اندازه کووت و حجم محلول اندازه گیری مناسب باشد.

۶- دتکتور (نور سنج):

نور پس از عبور از عدسیها و شکافها و منوکروماتور به محلول لوله آزمایش رسیده و از آنجا به نورسنج می رود. اسباب منوکروماتور، نور دلخواه و با طول موج مشخص را به لوله آزمایش میتاباند.رنگ این نور مکمل رنگ محلول است. اگر رنگ محلول سبز- آبی (مثل تعیین مقدار گلوکز بوسیله ارتو تولوییدین) به طول موج nm 495-475 باشد رنگ *****- منشور یا گریتینگ باید نارنجی یا نزدیک آن با طول موج بین nm 620-600 باشد. چون رنگهای نارنجی مکملش سبز-آبی است. بنابراین وقتی منوکروماتور رنگ مکمل رنگ محلول را به لوله آزمایش می تاباند مقداری از آن توسط محلولی که در لوله وجود داشته و بستگی به غلظت مواد مورد آزمایش دارد ،جذب شده و بقیه آن به نورسنج می رسد. نورسنج با تبدیل انرژی نورانی به انرژی الکتریکی قادر است که مقدار جذب این نور را به وسیله محلول و یا درصد ترانس – میتانس آن اندازه گیری نماید. دتکتورها شامل انواع فتوشیمیائی، فتوالکتریکی و حرارتی می باشد که در ناحیه مرئی و ماوراء بنفش از دتکتورهای فتوالکتریکی مانند فتوولتتیک و فتوتیوب وفتومولتی پلایر تیوب استفاده می شود.

۷- رکوردر (الکتریک سنج) :

در اسپکتروفتومتر احتیاج به دستگاهی است که جریان الکتریکی دتکتور را اندازه بگیرد. دو سیستم گالوانومتر و نول پوینت وجود دارد که در اسپکتروفتومترهایی که دارای نواحی مرئی باشند معمولا از یک گالوانومتر یا صفحه دیجیتالی استفاده می شود.

طرز کار:

۱- پس از اتصال به برق مدتی باید صبر کرد تا دستگاه گرم شود

۲- طول موج ماکزیمم را روی دستگاه تنظیم می نمایند.

۳- در شرایطی که جا سلی دستگاه، خالی است با در باز یا بسته (بستگی

به نوع دستگاه دارد) صفر ترانس میتانس را تنظیم می کنیم.

۴- بلانک آبی و بلانکهای دیگر را در جا لوله ای دستگاه گذاشته آن را روی صددرصد T و یا صفر A تنظیم می کنند.

۵- نمونه ها را در سل ریخته و مقدار جذب آنها را می خوانیم.

۶- سلها حتما باید تمیز بوده و قطرات محلول اطراف آن باید با دستمال کاغذی پاک شود.

اسپکتروفتومتری ناحیه مرئی Vis – Spectrophotometer

هدف: اندازه گیری غلظت بی کرومات (k2cr2o7) در یک محلول مجهول

روش کار:

ابتدا استوک (stock) بی کرومات پتاسیم را تهیه می کنیم. مقدار موردنیازجهت تهیه محلول ppm 1000 از یون کروم را محاسبه کرده پس از وزن کردن در بالن ژوژه ۱۰۰۰ می ریزیم، cc 15 اسید سولفوریک غلیظ به آن اضافه کرده با آب مقطر به حجم می رسانیم. از این محلول، محلولهایی با غلظت های (cc 100 /mg 9، ۷، ۵، ۳، ۱) که همین حجم را باید به بالن ۱۰۰ به حجم برسانید، تهیه کرده و مقدار جذب نمونه های مجهول را توسط دستگاه می خوانیم. در پایان نمودار جذب بر حسب غلظت را رسم کرده، غلظت نمونه مجهول را بدست می آوریم.

اسپکتروفتومتری ماوراء بنفش UV

روشهای طیف سنجی براساس بر هم کنش تابش الکترومغناطیسی با ماده بنیان گذاری شده است.چون امواج الکترومغناطیس، حاصل کاهش سرعت ذرات با بار الکتریکی است بنابراین توسط ماده جذب شده و سبب افزایش سرعت ذرات می گردد. علاوه بر این انرژی نورانی در بر هم کنش با ماده و جذب آن توسط ماده، باعث برانگیختن ماده به ترازهای انرژی بالاترمی گردد. بنابراین بسته به شدت و قدرت انرژی وارده به ذره با ماده بر هم کنش کرده و پدیده خاصی را سبب میگردد که اساس اندازه گیریهایی نظیر اسپکتروفتومتری را تشکیل می دهد.و می تواند شامل کلیه نواحی طیف الکترومغناطیس از اشعه گاما و ناحیه مریی تا امواج رادیویی باشد. در این رابطه، روشهای جذب، نشر، شکست، پراش (Diffraction) و پلاریزه شدن نور را میتوان مورد توجه قرار داد که مهمترین آنها روشهای اسپکترو فتومتری جذبی و نشری و فلورسانس است. طول موج نور مریی بیشتر و در نتیجه انرژی آن کمتر از UV است. در اثر تابش نور به ماده در آن نقل و انتقالات الکترونی صورت می گیرد، e ها تحریک شده و به سطوح انرژی بالاتر می روند. بسته به ساختمان شیمیایی جسم، نقل و انتقالات الکترونی مختلفی می تواند صورت گیرد، و محل جذب بستگی به ساختمان شیمیایی ماده دارد. بنابراین از gmaxبرای شناسایی مواد استفاده می شود که طول موجی است که در آن حداکثر جذب صورت می گیرد و برای تعیین غلظت جسم مجهول gmax را به نمونه می تابانیم. مقدار جذب از قوانین جذب Bear & Lambert پیروی می کند و از رابطه A=e lc محاسبه می شود.

معمولا در محدوده ای که جذب با غلظت رابطه خطی دارد ،تعیین مقدار انجام می شود.اگر غلظت نمونه و استاندارد به هم نزدیک باشد و غلظتها هم در محدوده خطی باشند، می توان با استفاده از تناسب محاسبات را انجام داد.

هدف: تعیین مقدار قرص های آسپیرین ۱۰۰ میلی گرمی

روش کار:

۱۰ عدد قرص آسپیرین ۱۰۰ میلی گرمی را وزن کرده در هاون ساییده، میانگین وزن ۱ قرص را در اندکی آب مقطر حل می کنیم. اکسپیان آن که نشاسته است در آب حل نمی شود، پس آن را صاف کرده به بالن ژوژه ml 100 منتقل کرده با آب مقطر به حجم ml 100 می رسانیم. از این محلول ml 5/2 برداشته در بالن ژوژه ml 100 دیگری با ml 5 اسید کلریدریک مخلوط کرده با آب مقطر به حجم می رسانیم.

چرا Hcl؟

اگر اسید اضافه نکنیم، بدلیل حالت تعادل بین فرم یونیزه و غیریونیزه آسپیرین تعیین مقدار غیرممکن است. که با افزودن اسید تعادل به سمت فرم غیر یونیزه می رود. gmax آسپیرین در محیط اسیدی و قلیایی متفاوت است.

۲۵ میلی گرم پودر آسپیرین استاندارد را در بالن ژوژه ml 100 به حجم رسانده،ml 10 از آن برداشته با ml 5 اسید کلریدریک مخلوط کرده به حجم ml 100می رسانیم. در مرحله بعد ،در دستگاه UV محلول استاندارد آسپیرین را scan کرده تا gmax آسپیرین را پیدا کنیم. آسپیرین دو جذب دارد یکی در حدود nm 230 و دیگری در حدود nm 300 .

جذب نمونه معلوم و مجهول آسپیرین را اندازه گیری کرده براساس آن درصد نمونه آسپیرین و غلظت نمونه مجهول را گزارش کنید (با کمک فرمول).

اسپکتروفتومتری جذب اتمی Atomic Absorption

Atomic Absorption از ترکیب متدهای جذب و نشر حاصل شده است (emission-Absorption) و روش دقیق و حساسی است. اسپکتروفتومتر جذب اتمی مقدار نور جذب شده به وسیله اتمهای تهییج نشده موجود در شعله است که با غلظت نمونه متناسب است. انرژی الکترون آخرین مدار هر اتمی با انرژی الکترون مدار آخر اتمهای دیگر تفاوت دارد. پس با توجه به رابطه پلانک E=hγ هر اتمی طول موج مخصوص دارد. که بر این اساس دستگاه AA ساخته می شود. هر چه تغییرات جذب در اتم های مختلف به هم نزدیکتر باشد دستگاه حساس

تر می شود.

با توجه ترازهای مختلف انرژی برای اتمی (طول موجهای مختلف) اولین تراز مورد نظر است که همان الکترون آخرین مدار است که به اولین تراز تحریک برود. احتمال انجام انتقال بین تراز پایه و اولین تراز تحریکی از هم بیشتر است. برای هر عنصر طول موجهای مختلفی است ولی یک طول موج حساس تر است.قسمت Atomizer همان شعله است. که اتمها بصورت آزاد در حال پایه می آیند.قانون بیرلامبرت فقط در محدوده خطی منحنی ها صدق می کند.رابطه جذب و نشر بدین صورت بیان می شود که تمام مواد نور را در طول موجی جذب می کنند که منتشر می کنند. بنابراین نور قابل جذب برای اتمهای یک عنصر مثل cu بابستی وسیله اتمهای آزاد همان عنصر که به حالت تهییج شده هستند منتشر کردد.

نظیر فیلم فتومتر: نمونه بصورت ذرات ریز وارد شعله می شود. و با این تفاوت که یک لامپ بنام (هالوکاتد) قبل از شعله قرار گرفته است. جنس لامپ از شیشهm عنصر موردنظر و آند تنگستن می باشد. گاز موجود در لامپ هلیوم- نئون یا آرگون است. فشار داخل لامپ ۱-۲ میلی متر جیوه و ولتاژ بکار رفته (۱۰۰۰-۶۰۰ ولت) است. ابتدا گاز موجود در لامپ یونیزه شده و برخورد کاتیونهای گاز به کاتد باعث خارج شدن اتمهای آن عنصر می گردد. برخورد این اتمها به ذرات گاز، باعث تهییج آنها شده و نور منتشر می کنند که این نور بطرف شعله فرستاده می شود شعله بایستی در جهت افقی عریض بوده و طول قسمت عمودی آن کم باشد درجه حرارت شعله مقدار بسیار کمی از اتم های موجود در شعله (حدود یک درصد) بحالت تهییج در می آورد و ۹۹ درصد اتمها بحالت تهییج نشده باقی می ماند. نور منتشر شده از لامپ به وسیله ی این ۹۹ درصد جذب شده و باعث انتقال الکترونی در آنها می شود، پس مقدار نور جذب شده متناسب با غلظت اتمهای تهییج نشده موجود در شعله است که به درجه حرارت شعله بستگی ندارد. از A.A برای کنترل محصولات در صنعت از نظر عناصر موجود و اندازه گیری یک

فلز در مجاورت فلزات دیگر و مقادیر کم مثل PPM یا trace استفاده می شود. و حدود ۶۵ عنصر را با این روش می توان اندازه گرفت. برای تجزیه کمی: ابتدا صفر دستگاه را با آب تنظیم می کنیم. و بعد منحنی را بر حسب استانداردهای مختلف و درجات خوانده شده رسم می کنیم. سپس نمونه مجهول را در دستگاه قرار داده و می خوانیم قسمت های مختلف دستگاه در کاتد عنصر مورد نظر وجود دارد.

اجزاء و قسمتهای مختلف دستگاه اتمیک

۱- لامپ: – منبع نور H.C.L. است. از کاتد همان عنصر مورداندازه گیری است. گاز نئون بهتر از ارگون است. کاتد توخالی است تا تجمع اتم های تحریک شده در آنجا بیشتر شود و شدت نور ایجاد شده بیشتر باشد. هر چه شدت نور بیشتر باشد ( البته نه با یک رابطه مستقیم) جذب بیشتر می شود. یعنی سیگنال الکتریکی بزرگتر است و راحت اندازه گیری میشود پس غلظتهای کمتری هم اندازه گیری می شود. شدت نور هم با شدت جریان اعمال شده لامپ بیشتر می شود. ولی نه با افزایش بیشتر از حد ماکزییم چون عامل خود جذبی self absorption داریم. اتمهای Al تحریک نشده نور شستشو شده را جذب می کنند. هر چه شدت جریانکمتر است حساسیت بیشتر است یعنی تغییرات جذب نسبت C بیشتر است.افزایش شدت جریان بیشتر از حدمجاز باعث کاهش عمل لامپ می شود. عناصری که خواص فیزیکی مشابه داشته باشند و برای تحریک آنها انرژی نزدیک بهم لازم باشد. و lهای آنها هم روی هم نباشد برای تهیه لامپهای Multielement بکار می رود یکی از موثرترین لامپهای چندعنصری می باشد.سعی شده از یک منبع برای چند عنصر استفاده شود مثلا لامپ Xenon بعنوان منبع پیوسته بکار رفته است.(لامپ گزنون w 500) که در این صورت احتیاج به منوکروماتورهای دقیق داریم که lها را بخوبی تفکیک کند.

لامپ دوتریم که مناسب ۲۰۰-۳۵۰nm است. طیف پیوسته می دهد که خطوط مختلف تفکیک نمی شوند.

۲- Burner (استیلن- هوا):شعله خطی مناسب است .صحت و دقت جوابها به کار nubolizer بستگی دارد که قسمتی از burner است .

۸۵% محلول از دستگاه خارج می شود. nubolizer باید قطعاتی با قطر یکسان و آئروسلهای یکسان ایجاد کند باید قطر ذرات کم و نزدیک بهم باشد. چون اتفاقی که در شعله برای قطعات می افتد بستگی به جرم آنها دارد. اگر nubolizer 1% از محلول را با قطر یکسان به شعله برساند بهتر است با ۲۰% از محلول را با قطرهای مختلف برساند. ml نمونه که در دقیقه به شعله می رسد uptake rate می گویند. تا حد زیادی uptake باعث زیاد شدن جذب می شود بیشتر از آن یا تاثیری ندارد و یا باعث سردشدن شعله می شود و سیگنال را کاهش می دهد. جابجایی پلاسمید (دقت گلوله ای شیشه ای) نیز باعث کاهش جذب می شود. این یک فاصله اپتیم دارد. اگر حلال مخلوط آبی و آلی باشد uptake افزایش می یابد. ایجاد تعداد اتمهای بیشتر در شعله به عواملی بستگی دارد:

۱- دمای شعله ۲- نشر شعله دما به نوع سوخت اکسیدانت بستگی دارد. نسبت سوخت و اکسیدانت ۱ به۱ است .

هوا – هیدروژن کمترین مزاحمت را برای طول موجهای UV دارد چون T آن صفر است.

۳- شکاف (Slit) :nm 0.2-0.5-1-2 که هرچه شکاف بیشتر باشد حساسیت کمتر است.

۴- منوکروماتور: منشور‚ مانع طیف شعله می شود. برای مس ۳۲۴٫۰ nm از نوع کوچک است

اتمیک محلولی از سولفات مس به غلظت PPM 500 از یون مس تهیه کنید. بعد غلظتهای ۰٫۳, ۰٫۱, ۰٫۹, ۰٫۷, ۰٫۵, از یون مس تهیه کرده و سپس جذب انها را می خوانیم. و منحنی استانداردهای غلظت را برحسب جذب رسم می کنیم. و بعد با خواندن جذب مجهول غلظت مجهول را بدست می آوریم.

مطالب متنوع در زمینه شیمی را در کانال گروه شیمی در تلگرام دنبال کنید.