آشنایی با دستگاههای آنالیز دستگاهی

نام دستگاه : اسپكتروفتومتر (SPECTROPHOTOMETR)

كاربرد دستگاه :اسپكتروفتومتر دستگاهی است كه برای اندازه گیری غلظت ماده رنگی محلولها چون اندازه گیریاوره – اسید اوریك و نظیر آن به كار می رود .

مشخصات :اسپكتروفتومتر جذب نور را به وسیله یك ماده مایع در طول موجهای گوناگون اندازه گیری میكند .بدین وسیله اجزای یك ماده مجهول را می توان مشخص كرد یا غلظت تعدادی از مواد معلوم رااندازه گیری نمود .

دستگاه اسپكتروفتومتر از دو قسمت اسپكترومتر( تشكیل طیف ) و فتومتر( نورسنجی ) تشكیلشده است.اسپكترومتر بخشی است كه نور ثابت با طول موج دلخواه به وجود می آورد و شامل منبع نور –عدسی – شكافها – منوكروماتور می باشد .

اجزاء مختلف اسپكتروفتومتر :

منبع انرژی الكتریكی :در اسپكتروفتومتر برای ایجاد نور احتیاج به یك منبع انرژی الكتریكی ثابت است . این منبع میتواندباطری خشك و یا مرطوب و یا جریان الكتریكی متناوب AC باشد.

منبع انرژی نورانی :

در اكثر اسپكتروفتومترهای نورانی منبع انرژی نورانی آنها لامپ تنگستن است . در اسپكتروفتومترهاینور ماوراء بنفش، لامپ دوثریم به كار می رود .

منوكروماتور :

نور قبل از اینكه به منوكروماتور برخورد كند از عدسی ها و شكافی عبور می كند كه نقش آنها كنترلمقدار و مسیر نور می باشد.برای اندازه گیری جذب نور باید از نورهایی با طول موج مشخص و مناسب استفاده كرد برای این منظورمنوكروماتور به كار می برند . منو كروماتور برای پراكندن نور ( تجزیه نور ) ازلامپ(شكاف s1 ) از پرش ویا منشور استفاده می كند.

به محض اینكه نور به شكاف s2 میرسد به اجزای طیفی خودش تجزیه میشود و و روی نمونه در كووتمی افتد. شكافهای باریكتر باعث طول موجهای كوتاهتر میشوند. زاویه شبكه پراش طول موج نور رامشخص می كند. اگر همه پارامترهای دیگر ثابت باشند و آیینه اندازه تجهیزات را كم كند در نتیجهخروجی نور – حساسیت آشكارسازی نوری – و جذب ماده ی نمونه با طول موج تغییر میكند كه مستلزمكالیبراسیون صفر هر اندازه گیری طول موج می باشد.اسپكتروفتومتر دو پرتویی این كار را به صورت اتوماتیك به وسیله سویچ كردن مسیر پرتو انجام می دهد.سپس نسبت جذب های مسیر را می توان محاسبه كرد.

نور سنج :

به كمك نور سنجها انرژی نورانی را به انرژی الكتریكی تبدیل می كنند و شامل انواع مختلفی چون فتوولتیكو یا فتو تیوپ – فتودیود و غیره میباشد.بعضی از این نورسنجها آنقدر حساس هستند كه می توانند گالوانومتر حساس را مستقیم به كار اندازنددر حالی كه در بعضی دیگر باید آمپلی فایر ( تقویت كننده ) در مسیر آنها قرار داده شود.

الكتریك سنج :

در اسپكتروفتومتر نیاز به دستگاهی است كه جریان الكتریكی فتوتیوپ را اندازه گیری كند 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 1/0 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 – 0.05916 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 22% Na2O و 6% CaOو 72% 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 براياندازه‌گيري غلظت نمك طعام در حوضچه‌هاي پرورش ماهي مورد استفاده قرارمي‌گيرد. 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 رفركتومتر نور از محيط رقيق وارد محیط غليظ مي شود. که محيطرقيق، مايع يا محلول موردنظر و محيط غليظ، منشور دستگاه است. در واقع، درعمل، ضريب شكست محلول و منشور نسبت به هم سنجيده مي شود.. در رفرکتومتری زاویه شکست بحرانی (حد) اندازه گیری میشود یعنی زماني كه زاويه تابش 90شود.
رابطه بین ضریب شکست و غلظت تا حدود 2-10 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 2-10 مولار بدست آورد.ساختار رفرکتومتردستگاه رفركتومتر از اجزاء و قسمت‌هاي زیر تشکیل شده است:

1- دو منشور که یکی انتشار دهنده Diffusing prism و دیگری شكست دهنده
Refracting prismاست.
نمونه مورد نظر بین این دو منشور قرار مي گيرد. نورمشخص واردgوارد منشور انتشار دهنده شده و تجزيه مي شود، اين نور بانمونه مورد آزمایش شده و سپس به منشور
Refracting مي رود.
(ورود نور ازمحيط رقيق به غليظ). قبل از هر بار ريختن محلول، منشورها كاملا تميز شده وبا مقدار كمي از محلول موردنظر، شستشو داده مي شود.

2- دو لنز که یکی لنز تصوير و دیگری لنز ضريب شكست است.

3- ترمومتر: جهت تنظیم و گزارش دما

5- پیچ هایی جهت تنظیم تصویر

طراحی اولین نمونه از این دستگاه در اواخر دهه 1800 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.  براي كاليبراسيون و تعيين ميزان خطاي دستگاه از مواد در دسترس مانند آب مقطر (3325/1(n=استفاده مي كنيم.

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 (2000 تا6000 Rpm )،دور بالا (21000 تا 24000Rpm )و اولترا سانتریفوژ (07500 تا10000Rpm ) 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.

2) زاویه ثابت: لوله حاوی نمونه نسبت به محور دوران یک زاویه ثابت بین 25 تا 45 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
طيف‌سنجي جرمي دستگاهي است که مولکول‌هاي گازي باردار را بر اساس جرم آنها دسته‌بندي مي‌کند.دستگاه طيف‌سنج جرمي، مولکول‌ها و يون‌هاي گازي باردار را بر حسب جرم آنها در ميدان آهنربايي از يکديگر جدا و اندازه‌گيري مي‌کند.طيف جرمي حاصل جهت تعيين وزن مولکولي دقيق،‌ شناسايي اجسام و تعيين درصد ايزوتوپ‌ها مورداستفاده قرار مي‌گيرد.مهمترين مزيت اين طيف سنجي نسبت به ساير روش‌ها از قبيل TEM، XRD، UV-Vis، IR، اسپکتروسکپي رامان و TGA اين است كه براي تعيين ترکيبات به طور مستقيم از روش‌هاي فوق نمي‌توان استفاده کرد.اما از روش MS مي‌توان استفاده نمود اين روش ارتباط واقعي با طيف‌سنجي نوري ندارد ولي نام‌ طيف‌سنجي جرمي براي اين روش‌ها انتخاب شده است، زيرا دستگاه‌هاي اوليه توليد عکس مي‌کردند که شبيه به طيف خطي بود.
فرآيند دستگاه:
در داخل دستگاه خلائي به ميزان mmHg 10-5- 10-6 برقرار است. مقدار کمي از نمونه (حدود 1µ) توسط يک لوله از دريچة کوچکي وارد منبع يونش مي‌شود. نمونه در اثر گرما و خلاء موجود به صورت گاز درآمده و با جرياني از الکترون‌هاي پرانرژي (حدود 70-ev50) به طرف آند مقابل شتاب گرفته و جذب آن مي‌شود.در نتيجه بمباران الکتروني، جزئي از مولکول‌هاي نمونه (حدود 0/1 درصد) يونيزه مي‌شود. در اولين مرحله مطابق واکنش زير يک الکترون از M خارج شده و يک کاتيون يک ظرفيتي مي‌دهد که وزن آن برابر وزن مولکول جسم است.

-e-→M++2e

در اثر افزايش انرژي الکترون‌هايي که به نمونه برخورد مي‌کنند، يون +M به کاتيون‌هاي يک ظرفيتي کوچک‌تري شکسته مي‌شود. يون‌هاي مثبت حاصل از طريق شتاب‌دهنده و نيروي دافعه قطب مثبت آن و همچنين به دليل تفاوت در فشار موجود بين محل ورود نمونه و فضاي سمت راست دستگاه به سمت روزنه کوچکي هدايت شده و پس از گذشتن از آن جريان يون‌ها از بين دو قطب يک آهنرباي قوي که جهت ميدان آن عمود بر مسير يون‌ها است عبور مي‌کند، کاتيون‌هاي موجود به نسبت جرم بر بار (m/e) منحرف شده و از يکديگر جدا مي‌شوند. ذرات جدا شده پس از برخورد با يک صفحة عکاسي به صورت خطوطي ظاهر مي‌شوند. دستگاه طيف‌سنج جرمي، مولکول‌ها و يون‌هاي گازي باردار را بر حسب جرم آنها در ميدان آهنربايي از يکديگر جدا و اندازه‌گيري مي‌کند. طيف جرمي حاصل جهت تعيين وزن مولکولي دقيق،‌ شناسايي اجسام و تعيين درصد ايزوتوپ‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد. شکل (1) قسمت‌هايي از يک طيف‌سنج جرمي را نشان مي‌دهد

روش GC- MS

روش ديگر براي وارد ساختن نمونه به دستگاه طيف‌سنج جرمي، استفاده از کروماتوگراف گازي است.کروماتوگراف گازي در بخش مربوطه توضیح داده شده است. در دستگاه GC-MS اجزاي يک مخلوط به ترتيب توسط يک ستون کروماتوگرافي از هم جدا مي‌شوند و پس از حذف گاز حاصل، وارد منبع يونش طيف سنججرمي مي‌گردند.

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 براي آناليز ترکيب و پايداري در فاز محلول می توان از MS استفاده کرد. به عنوان مثال براي تعيين ساختار ترکيبات شاخه‌اي نانومقياس با ابعاد 1/5nm مي‌توان از روش طيف‌سنج جرمي با تکنيک يونش الکترواسپري (ESI) استفاده کرد .همچنين از روش طیف سنجی به طور وسيعي در تجزيه ترکيبات آلي، بيولوژيک،‌ پليمري حاوی نانو ذرات طلا، فلورين‌ها و ترکيبات شاخه‌ائي مورد استفاده قرار مي‌گيرد و مي‌توان ساختار ترکيبات بيولوژيک در محلول را بررسي كرد. همچنين برتري اين روش اسپکتروسکپي نسبت به ساير روش‌ها، سریع بودن پاسخ‌دهي مي‌باشد. مهمترين مزیت اين طیف سنجی بنسبت به ساير روش‌ها از قبيل TEM، XRD، UV-Vis، IR، اسپکتروسکپي رامان و TGA اين است كه براي تعيين ترکيبات به طور مستقيم از روش‌هاي فوق نمي‌توان استفاده کرد.اما از روش MS مي‌توان استفاده نمود.

2- 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 5-10 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.

]

3- تبدیل فوریه – مادون قرمز (FT-IR) :

دستگاه FT-IR روشي سودمند براي شناسايي تركيبات آلي و گروههاي عاملي آنها مي‌باشد. حتي مي‌توان پيوندهاي كووالانسي ليگاندهاي فلزي را شناسايي كرد. در آزمايشگاهها، كلينيكها، محيط زيست، دانشگاهها و كنترل كيفي در فرآيندهاي صنعتي و تجزيه كيفي محصولات و … كاربرد دارد. حدود 95 درصد كاربرد اين دستگاه كيفي بوده كه از روي محل پيك صورت مي‌گيرد. همچنين قابليت شناسايي و جداسازي مخلوط ايزومرهايي نظير ارتو، متا و پارا را دارا مي‌باشد. براي اندازه‌گيري كمي دراين دستگاه از سطح زير پيك استفاده شده كه متناسب با غلظت نمونه مي‌باشد.

اساس كار دستگاه تبديل فوريه مادون قرمز

در روش مادون قرمز ارتعاش پيوندها بررسي مي‌شود كه در اثر تغيير طول پيوند و يا زاويه پيوند در مولكولها صورت مي‌گيرد. ارتعاش مولكول‌هايي با ممان دو قطبي دايم ايجاد ميدان الكتريكي متغير بر حسب زمان مي‌كند و موجب تاثير متقابل آن با تابش مي‌شود. بنابراين نياز به اين است كه ممان دو قطبي آن در حين ارتعاش تغيير كند لذا اكثر مواد به جز مواد غير قطبي نظير Cl2 در اين ناحيه جذب دارند و در نهايت از نسبت درصد عبور برحسب عدد موجي طيف IR حاصل مي‌شود.

مزاياي دستگاه FT-IR
از محدوديت‌هاي IR معمولي فقدان منابع و آشكارسازهاي مناسب مي‌باشد و لذا داراي نويزهاي بزرگ و نسبت S/N بسيار كوچك مي‌باشد.
روش تبديل فوريه بر اين محدوديت‌ها فايق آمده و داراي چند امتياز است:

1-فاقد تكفام كننده است و تفكيك طول موج‌ها توسط تداخل سنج مايكلسون انجام مي‌شود و طول موج‌ها بدون كاهش شدت به نمونه مي‌تابد ودر يك لحظه به دتكتور مي‌رسد و سبب افزايش S/N مي‌شود.

2-زمان طيف گيري بسيار كوتاه و در حد ثانيه است كه تكرار اندازه‌گيري‌ها را ميسر مي‌سازد.

3- قابليت آناليزنمونه‌هايي با مقادير بسيار كم را نيز دارا مي‌باشد.

4- حساسيت و قدرت تفكيك دستگاه بالا مي‌باشد.

5- رزونانس مغناطیسی هسته (NMR) :

طيف سنجي رزونانس مغناطيس هسته‌ شامل اندازه‌گيري ميزان انرژي لازم براي تغيير هسته‌هاي اسپين دار از يک جهت‌گيري پايدار به جهت‌گيري ناپايدارتر در يک ميدان مغناطيسي است. از آنجا که هسته‌هاي اسپين‌دار در ميدان مغناطيسي در فرکانس‌هاي مختلف تغيير جهت مي‌دهند، فرکانس متفاوتي از تابش جذبي براي عوض کردن جهت‌گيري هسته‌هاي اسپين‌دار نياز مي‌باشد. فرکانسي که در آن جذب صورت مي‌گيرد براي تجزيه و طيف‌سنجي به کار برده مي‌شود. به طور معمول بيشتر اندازه‌گيري‌هاي ‌NMR براي H انجام مي‌شود. اندازه‌گيري ساير هسته‌ها اغلب با استفاده از روش‌هاي افزايش علامت به منظور مشاهده طيف، انجام مي شود.
وقتي پروتوني را در ميدان مغناطيسي خارجي قرارمي دهيم حاصل قرار گرفتن آن ايجاد چرخشي ديگر است. به فركانس چرخش پروتون در ميدانمغناطيسي فركانس تقدمي پروتون ها مي گويند و پروتونها به این ترتیب مي توانندامواجي هم فركانس با فركانس چرخش را جذب كنند و جذب و نشر انرژي در پروتون هااتفاق مي افتد.در ساخت دستگاه NMR به دو طريق مي توان عمل كرد.1- تغيير ميدان مغناطيسي2- تغيير فركانس رادیویی دستگاهي كه در آن فركانس ثابت است و ميدان را به ميزانمختصر تغيير مي دهيم ساده تر است. دستگاههاي NMRميدان آنها در محدوده كوچكي تغيير مي كند و فركانس ثابتي به همه پروتون ها ميتابد.بنابراين اين نوع دستگاه يك ميدان اوليه ثابت و يك ميدانثانويه متغير دارد كه sweep generator اين كار را انجام مي دهد. به ایندستگاهها دستگاه continuous wave (c.w) میگویند.

تهيه نمونه:مهمترين حلال بدون پروتون در NMR ،ccl4است اگر تركيب در آن حل شود ، بعدCDCL3 كلروفرم دو تره و بعد CD3ODمتانول دوتره و D2O و در نهايت DMSO دي متيل سولفوكسايد استفاده ميشود(هر چه تعداد D در حلال بيشتر شود گران تر مي شود.)حلال هاي دو تريوم صد در صد خالص نيستند و پيك حلال ديده ميشود مثلا پيك پروتون كلرفروم مربوط به CDCL3 در 7.22ppm ظاهر مي شود معمولا حلال هاي 99.5% استفاده مي شود البته 99.999% هم وجود دارد كه خيلي گران است.اگر جسم در هيچ كدام از حلال هاي گفته شده حل نشد در CF3COOH حل مي كنيم پروتون اسيد پيك مي دهد. اگر در حدود ppm12-11 ببينيم احتمال مي دهيم پيك اسيداست براي مطمئن شدن بعد از طيف گرفتن يكي دو قطره آب دو دوتره اضافه مي كنيم ودوباره پيك مي گيريم اگر پيك شدتش خيلي كم شد پروتون اسيد بوده كه قابل تبادل بودهاست.براي كاليبراسيون دستگاه NMRاز تركيبي استفاده مي شود كه پيك هاي sharp داشته باشد، مثل اتيل بنزن كه سه نوعپروتون و سه پيك دارد.

اجزاء تشکيل دهنده دستگاه NMR

1) آهنربا:
در طيف‌سنج‌هاي تجاري NMR هم آهنرباهاي دائم و هم آهنرباهاي الکترومغناطيسي با ابعاد بزرگ مورد استفاده قرار مي‌گيرند. نوعاً ميداني در حدود 14000 گوس بين قطعات قطب‌هاي مغناطيسي که قطري برابر 12 اينچ يا بيشتر دارند، برقرار مي‌شود. مشخصات کارکردي آهنربا به خصوص براي کارهاي با تفکيک بالا، حساس و پراهميت است. ميدان ايجاد شده بايد در محوطة حضور نمونه، تا يک قسمت در108 همگن باشد و بايد تا درجة مشابهي در زمان‌هاي کوتاه پايدار بماند. براي داشتن چنين خصوصياتي، به ابزارسازي تکامل يافته‌اي که مجهز به ابزار پس خور جهت تصحيح در افت و خيز است، نياز مي‌باشد.

2- پيمايش گر ميدان مغناطيسي :
استقرار يک جفت سيم‌پيچ به صورت موازي با سطوح مغناطيسی، تناوب ميدان اعمال شده در يک گسترة کوچک را امکان‌پذير مي‌سازد. با تغيير يک جريان مستقيم از ميان اين سيم‌پيچ‌ها، ميدان مؤثر را مي‌توان بدون از دست دادن همگني ميدان، تا چند صدميلي گوس تغيير داد.
معمولاً قدرت ميدان به طور خودکار و به طور خطي با زمان تغيير مي‌کند و اين تغيير با حرکت کاغذ ثبات همزمان است. براي يک دستگاه 60 مگاهرتزي، گسترة پيمايش ميدان برابر 1000 هرتز (235 ميلي‌گوس) يا چيزي حدود آن است.

3- منبع فرکانس راديويي:
علامت حاصل از يک نوسانگر فرکانس راديويي (فرستنده) به داخل يک زوج سيم‌پيچي که عمود بر مسير ميدان نصب شده‌اند. خورانده مي‌شود و در نتيجه يک پرتو تابش قطبيدة مسطح به دست مي‌آيد. معمولاً از يک نوسانگر ثابت دقيقاً 60 مگاهرتزي استفاده مي‌شود. فرکانس براي کار با تفکيک بالا، بايد تا حدود يک قسمت در °10 ثابت باشد. توان خروجي اين منبع کمتر از وات است و بايد تا شايد به مقدار يک درصد در يک فاصله زماني چندين دقيقه ثابت باشد.

4- آشکارساز و سيستم ثبات:
علامت فرکانس راديويي ايجاد شده توسط هسته‌هاي در حال رزونانس، به وسيله سيم‌پيچي که ظرف نمونه را احاطه کرده است و به صورت عمود بر سيم‌پيچ منبع قرار دارد، آشکار مي‌شود. علامت الکتريکي توليد شده در سيم‌پيچ‌ها کوچک است و بايد به ضريبي برابر °10 يا بيشتر تقويت گردد تا بتواند ثبت شود.

5- ظرف نگهدارنده نمونه:
سلول متداول براي نمونه در NMR مرکب از يک لوله شيشه‌اي به قطر 5 ميلي‌متر است که حدود 0/4 ميلي‌متر از مايع در آن قرار مي‌گيرد. لوله‌هاي کوچکتر براي نمونه‌هايي با حجم کمتر نيز در دسترس است

اسپکتروفتومتر

روشهاي طيف سنجي بر اساس بر هم كنش تابش الكترومغناطيسي با ماده بنيان گذاري شده است و چون امواج الكترومغناطيس، حاصل كاهش سرعت ذرات با بار الكتريكي است بنابراين توسط ماده جذب شده و سبب افزايش سرعت ذرات ميگردد. علاوه بر اين انرژي نوراني در بر هم كنش با ماده و جذب آن توسط ماده، باعث بر انگيختن ماده به ترازهاي انرژي بالاتر مي گردد.بنابراين بسته به شدت و قدرت انرژي وارده به ذره با ماده بر هم كنش كرده و پديده خاصي را سبب ميگردد كه اساس اندازه گيريهايي نظير اسپكتروفتومتري را تشكيل مي دهد و می تواند شامل كليه نواحي طيف الكترومغناطيس از اشعه گاما و ناحيه مريي تا امواج راديويي باشد. در اين رابطه، روشهاي جذب، نشر، شكست، پراش (Diffraction) و پلاريزه شدن نور را مي توان مورد توجه قرار داد كه مهمترين آنها روش هاي اسپكتروفتومتري جذبي و نشري و فلورسانس است. طول موج نور مريي بيشتر و در نتيجه انرژي آن كمتر از UV است. در اثر تابش نور به ماده در آن نقل و انتقالات الكتروني صورت مي گيرد، e ها تحريك شده و به سطوح انرژي بالاتر مي روند. بسته به ساختمان شيميايي جسم، نقل و انتقالات الكتروني مختلفي مي تواند صورت گيرد، و محل جذب بستگي به ساختمان شيميايي ماده دارد. بنابراين از gmaxبراي شناسايي مواد استفاده مي شود كه طول موجي است كه در آن حداكثر جذب صورت مي گيرد و براي تعيين غلظت جسم مجهول gmax را به نمونه مي تابانيم. مقدار جذب از قوانين جذب Bear & Lambert پيروي مي كند و از رابطه A=e lc محاسبه مي شود.معمولا در محدوده اي كه جذب با غلظت رابطه خطي دارد ،تعيين مقدار انجام ميشود.اگر غلظت نمونه و استاندارد به هم نزديك باشد و غلظتها هم در محدوده خطي باشند، مي توان با استفاده از تناسب محاسبات را انجام داد. اجزاء و قسمتهاي مختلف دستگاه اسپكتروسكوپ:اسپكتروفتومتر از دو بخش اسپكترومتر و فتومتر تشكيل شده است. اسپكترومتر بخشي است كه نور منوكروم را ايجاد كرده و داراي منبع نور، عدسي، شكافها،منوكروماتور (صافي، منشور يا ((Grating system) مي باشد. بخش فتومتر داراي اسباب سنجش نور مي باشد.

1- منبع نوراني:

منبع نور مورد استفاده در اسپكتروفتومتر بسته به ناحيه مورد استفاده، متفاوت مي باشد. براي نورهاي مرئي از لامپ تنگستن استفاده مي شود كه نورهايي با طول موج بين 350 تا 800 نانومتر ايجاد مي كند. و براي نورهاي ماوراء بنفش (UV) از لامپ جيوه، هيدروژن استفاده مي شود. اين لامپها در ناحيه بين 200تا 600 نانومتر بكار مي روند. در دستگاههاي پيشرفته تر هر دو نوع لامپ وجود دارد.

2- عدسي ها (آينه ها) :

براي كنترل كردن مسير نور، وجود عدسي لازم است. به جاي عدسي ها از آينه هايي كه به شكل نيمدايره يا محدب ساخته شده اند مي توان استفاده نمود.

3- شكافها (slits):

در هر اسپكتروفتومتري دو شكاف وجود دارد: يكي را شكاف ورودي و ديگري را خروجي مي گويند. شكافها رل مهمي در جداكردن نور دلخواه با طول موج مشخص دارند. به همين جهت اندازه اين شكافها بسيار مهم هستند. بيشتر دستگاهها پيچي دارند كه اندازه اين شكافها را مي توان برحسب احتياج تغيير داد.هر چه طول اين شكافها بيشتر باشد پهناي نور عبوري (band-pass) بيشتر بوده

و دامنه طول موج آن نيز زياد مي باشد و به عبارت ديگر نورهاي ديگري كه مورد نياز نيستند عبور مي كنند. اين نور اضافي را Stray light مي نامند.

4- منوكروماتور(monochromators) :

اشعه نوراني پس از عبور از عدسي ها و شكاف مقدار و مسير آنها كنترل شده سپس به دستگاهي كه مي تواند نور پلي كروم را به منوكروم تبديل كند وارد مي شود.پس نوري با طول موج مشخص و انتخابي به وجود مي آورند. دو نوع منوكروماتور وجود دارد: منشور و Grating.

5- محل نمونه:

ظرف محتوي نمونه را سل يا كووت (cuvett) مي نامند كه از جنس شيشه، كوارتز يا پلاستيك است. براي اندازه گيري شدت رنگ محلولها و بلانک بكار مي رود.سلهاي شيشه اي و پلاستيكي براي ناحيه مرئي به كار مي رود و در ناحيه ماوراء بنفش از سل كوارتز استفاده مي شود. طول سلها معمولا 1 سانتي متر است و سلهايي با طول cm 1/0 تا cm 10 نيز موجود مي باشد. محل قرار گرفتن نمونه بسته به اينكه دستگاه جايگاه جدا براي رفرنس (بلانك) دارد يا نه، Single beam و Double beam نام دارد. كووت ها برحسب نوع شيشه و شكل چند نوع مي باشند.

– كووتهاي مكعبي: سطح مقطع اين كووت ها مربع بوده و از جنس شيشه خالص (براي نورهاي مرئي) و كوارتز( براي نور ماوراء بنفش) ميباشند. شيشه نور مرئي را از خود عبور مي دهد ولي نور ماوراء بنفش را به مقدار زيادي جذب مي كند. كووتهاي مكعب، گران و كاركردن و تميز نگهداشتن آنها دقت بسيار لازم دارد.

– كووتهاي گرد: سطح مقطع اين دسته از كووتها گرد بوده و براي كارهاي روزمره آزمايشگاهي بكار مي روند. با همه دقتي كه در ساختن كووتها مي شود ،مكرر ديده مي شود كه آيا A دو كووت مشابه، يكسان نيست. براي جلوگيري از استفاده كووتهاي ناجور بايد آنها را كاليبره نمود.براي كاليبره كردن كووتها محلولي را كه نسبتا پايدار است مثل هموگلوبين با غلظت 50 ميلي گرم درصد ميلي ليتر تهيه مي نمايند.

بايد T اين محلول در طول موج nm 540 برابر 3/0 ± 50% باشد. راه ديگراينست كه به جاي كاليبره كردن كووتها از يك كووت براي شاهد و استانداردو نمونه استفاده كنند.

نكات زير را بايد درباره كووت ها رعايت كرد:

– هرگز قسمت پايين كووت را با دست نمي گيرند چون نور از اين قسمت كووت عبور مي كند.

– کووت را دو بار با محلول مورد آزمايش آبكشي مي نمايند.

– موقع استفاده از كووت ها آنها را با پارچه نرمي كه پرز ندهد پاك ميكنند در صورت امكان از كاغذهاي مخصوص پاك كردن عدسي استفاده مي نمايند.

– محلول داخل كووت بايد عاري از حباب هوا باشد.

– كووت را طوري در اسپكتروفتومتر قرار مي دهند كه علامت مخصوص روي كووت به طرف خواننده باشد.

– معمولا از همان مسيري كه كووت را در اسپكتروفتومتر قرار داده اند از همان مسير هم آن را خارج مي كنند.

– وقتي از دستگاه استفاده نمي شود دريچه روي محفظه كووت را مي بندند.

– كووتها را با محلول تميز كننده قوي نمي شويند. حتي در محلولهاي ضعيف نيز به مدت طولاني قرار نمي دهند.

– در صورت اجبار داخل كووت را با سوآپ پنبه اي تميز مي كنند.

– از كووتهاي كاليبره نشده استفاده نمي كنند.

– بايد اندازه كووت و حجم محلول اندازه گيري مناسب باشد.

6- دتكتور (نور سنج):

نور پس از عبور از عدسيها و شكافها و منوكروماتور به محلول لوله آزمايش رسيده و از آنجا به نورسنج مي رود. اسباب منوكروماتور، نور دلخواه و با طول موج مشخص را به لوله آزمايش ميتاباند.رنگ اين نور مكمل رنگ محلول است. اگر رنگ محلول سبز- آبي (مثل تعيين مقدار گلوكز بوسيله ارتو تولوييدين) به طول موج nm 495-475 باشد رنگ *****- منشور يا گريتينگ بايد نارنجي يا نزديك آن با طول موج بين nm 620-600 باشد. چون رنگهاي نارنجي مكملش سبز-آبي است. بنابراين وقتي منوكروماتور رنگ مكمل رنگ محلول را به لوله آزمايش مي تاباند مقداري از آن توسط محلولي كه در لوله وجود داشته و بستگي به غلظت مواد مورد آزمايش دارد ،جذب شده و بقيه آن به نورسنج مي رسد. نورسنج با تبديل انرژي نوراني به انرژي الكتريكي قادر است كه مقدار جذب اين نور را به وسيله محلول و يا درصد ترانس – ميتانس آن اندازه گيري نمايد. دتكتورها شامل انواع فتوشيميائي، فتوالكتريكي و حرارتي مي باشد كه در ناحيه مرئي و ماوراء بنفش از دتكتورهاي فتوالكتريكي مانند فتوولتتيك و فتوتيوب وفتومولتي پلاير تيوب استفاده مي شود.

7- ركوردر (الكتريك سنج) :

در اسپكتروفتومتر احتياج به دستگاهي است كه جريان الكتريكي دتكتور را اندازه بگيرد. دو سيستم گالوانومتر و نول پوينت وجود دارد كه در اسپكتروفتومترهايي كه داراي نواحي مرئي باشند معمولا از يك گالوانومتر يا صفحه ديجيتالي استفاده مي شود.

طرز كار:

1- پس از اتصال به برق مدتي بايد صبر كرد تا دستگاه گرم شود

2- طول موج ماكزيمم را روي دستگاه تنظيم مي نمايند.

3- در شرايطي كه جا سلي دستگاه، خالي است با در باز يا بسته (بستگي

به نوع دستگاه دارد) صفر ترانس ميتانس را تنظيم مي كنيم.

4- بلانك آبي و بلانكهاي ديگر را در جا لوله اي دستگاه گذاشته آن را روي صددرصد T و يا صفر A تنظيم مي كنند.

5- نمونه ها را در سل ريخته و مقدار جذب آنها را مي خوانيم.

6- سلها حتما بايد تميز بوده و قطرات محلول اطراف آن بايد با دستمال كاغذي پاك شود.

اسپكتروفتومتري ناحيه مرئی Vis – Spectrophotometer

هدف: اندازه گيري غلظت بي كرومات (k2cr2o7) در يك محلول مجهول

روش كار:

ابتدا استوك (stock) بي كرومات پتاسيم را تهيه مي كنيم. مقدار موردنيازجهت تهيه محلول ppm 1000 از يون كروم را محاسبه كرده پس از وزن كردن در بالن ژوژه 1000 مي ريزيم، cc 15 اسيد سولفوريك غليظ به آن اضافه كرده با آب مقطر به حجم مي رسانيم. از اين محلول، محلولهايي با غلظت هاي (cc 100 /mg 9، 7، 5، 3، 1) كه همين حجم را بايد به بالن 100 به حجم برسانيد، تهيه كرده و مقدار جذب نمونه هاي مجهول را توسط دستگاه مي خوانيم. در پايان نمودار جذب بر حسب غلظت را رسم كرده، غلظت نمونه مجهول را بدست مي آوريم.

اسپکتروفتومتری ماوراء بنفش UV

روشهاي طيف سنجي براساس بر هم كنش تابش الكترومغناطيسي با ماده بنيان گذاري شده است.چون امواج الكترومغناطيس، حاصل كاهش سرعت ذرات با بار الكتريكي است بنابراين توسط ماده جذب شده و سبب افزايش سرعت ذرات مي گردد. علاوه بر اين انرژي نوراني در بر هم كنش با ماده و جذب آن توسط ماده، باعث برانگيختن ماده به ترازهاي انرژي بالاترمي گردد. بنابراين بسته به شدت و قدرت انرژي وارده به ذره با ماده بر هم كنش كرده و پديده خاصي را سبب ميگردد كه اساس اندازه گيريهايي نظير اسپكتروفتومتري را تشكيل مي دهد.و می تواند شامل كليه نواحي طيف الكترومغناطيس از اشعه گاما و ناحيه مريي تا امواج راديويي باشد. در اين رابطه، روشهاي جذب، نشر، شكست، پراش (Diffraction) و پلاريزه شدن نور را ميتوان مورد توجه قرار داد كه مهمترين آنها روشهاي اسپكترو فتومتري جذبي و نشري و فلورسانس است. طول موج نور مريي بيشتر و در نتيجه انرژي آن كمتر از UV است. در اثر تابش نور به ماده در آن نقل و انتقالات الكتروني صورت مي گيرد، e ها تحريك شده و به سطوح انرژي بالاتر مي روند. بسته به ساختمان شيميايي جسم، نقل و انتقالات الكتروني مختلفي مي تواند صورت گيرد، و محل جذب بستگي به ساختمان شيميايي ماده دارد. بنابراين از gmaxبراي شناسايي مواد استفاده مي شود كه طول موجي است كه در آن حداكثر جذب صورت مي گيرد و براي تعيين غلظت جسم مجهول gmax را به نمونه مي تابانيم. مقدار جذب از قوانين جذب Bear & Lambert پيروي مي كند و از رابطه A=e lc محاسبه مي شود.

معمولا در محدوده اي كه جذب با غلظت رابطه خطي دارد ،تعيين مقدار انجام مي شود.اگر غلظت نمونه و استاندارد به هم نزديك باشد و غلظتها هم در محدوده خطي باشند، مي توان با استفاده از تناسب محاسبات را انجام داد.

هدف: تعيين مقدار قرص هاي آسپيرين 100 ميلي گرمي

روش كار:

10 عدد قرص آسپيرين 100 ميلي گرمي را وزن كرده در هاون ساييده، ميانگين وزن 1 قرص را در اندكي آب مقطر حل مي كنيم. اكسپيان آن که نشاسته است در آب حل نمي شود، پس آن را صاف كرده به بالن ژوژه ml 100 منتقل كرده با آب مقطر به حجم ml 100 مي رسانيم. از اين محلول ml 5/2 برداشته در بالن ژوژه ml 100 ديگري با ml 5 اسيد كلريدريك مخلوط كرده با آب مقطر به حجم مي رسانيم.

چرا Hcl؟

اگر اسيد اضافه نكنيم، بدليل حالت تعادل بين فرم يونيزه و غيريونيزه آسپيرين تعيين مقدار غيرممكن است. كه با افزودن اسيد تعادل به سمت فرم غير يونيزه مي رود. gmax آسپيرين در محيط اسيدي و قليايي متفاوت است.

25 ميلي گرم پودر آسپيرين استاندارد را در بالن ژوژه ml 100 به حجم رسانده،ml 10 از آن برداشته با ml 5 اسيد كلريدريك مخلوط کرده به حجم ml 100می رسانيم. در مرحله بعد ،در دستگاه UV محلول استاندارد آسپيرين را scan كرده تا gmax آسپيرين را پيدا كنيم. آسپيرين دو جذب دارد يكي در حدود nm 230 و ديگري در حدود nm 300 .

جذب نمونه معلوم و مجهول آسپيرين را اندازه گيري كرده براساس آن درصد نمونه آسپيرين و غلظت نمونه مجهول را گزارش كنيد (با كمك فرمول).

اسپکتروفتومتری جذب اتمی Atomic Absorption

Atomic Absorption از تركيب متدهاي جذب و نشر حاصل شده است (emission-Absorption) و روش دقيق و حساسي است. اسپكتروفتومتر جذب اتمي مقدار نور جذب شده به وسيله اتمهاي تهييج نشده موجود در شعله است كه با غلظت نمونه متناسب است. انرژي الكترون آخرين مدار هر اتمي با انرژي الكترون مدار آخر اتمهاي ديگر تفاوت دارد. پس با توجه به رابطه پلانك E=hγ هر اتمي طول موج مخصوص دارد. كه بر اين اساس دستگاه AA ساخته مي شود. هر چه تغييرات جذب در اتم هاي مختلف به هم نزديكتر باشد دستگاه حساس

تر مي شود.

با توجه ترازهاي مختلف انرژي براي اتمي (طول موجهاي مختلف) اولين تراز مورد نظر است كه همان الكترون آخرين مدار است كه به اولين تراز تحريك برود. احتمال انجام انتقال بين تراز پايه و اولين تراز تحريكي از هم بيشتر است. براي هر عنصر طول موجهاي مختلفي است ولي يك طول موج حساس تر است.قسمت Atomizer همان شعله است. كه اتمها بصورت آزاد در حال پايه مي آيند.قانون بيرلامبرت فقط در محدوده خطي منحني ها صدق مي كند.رابطه جذب و نشر بدين صورت بيان مي شود كه تمام مواد نور را در طول موجي جذب مي كنند كه منتشر مي كنند. بنابراين نور قابل جذب براي اتمهاي يك عنصر مثل cu بابستي وسيله اتمهاي آزاد همان عنصر كه به حالت تهييج شده هستند منتشر كردد.

نظير فيلم فتومتر: نمونه بصورت ذرات ريز وارد شعله مي شود. و با اين تفاوت كه يك لامپ بنام (هالوكاتد) قبل از شعله قرار گرفته است. جنس لامپ از شيشهm عنصر موردنظر و آند تنگستن مي باشد. گاز موجود در لامپ هليوم- نئون يا آرگون است. فشار داخل لامپ 1-2 ميلي متر جيوه و ولتاژ بكار رفته (1000-600 ولت) است. ابتدا گاز موجود در لامپ يونيزه شده و برخورد كاتيونهاي گاز به كاتد باعث خارج شدن اتمهاي آن عنصر مي گردد. برخورد اين اتمها به ذرات گاز، باعث تهييج آنها شده و نور منتشر مي كنند كه اين نور بطرف شعله فرستاده مي شود شعله بايستي در جهت افقي عريض بوده و طول قسمت عمودي آن كم باشد درجه حرارت شعله مقدار بسيار كمي از اتم هاي موجود در شعله (حدود يك درصد) بحالت تهييج در مي آورد و 99 درصد اتمها بحالت تهييج نشده باقي مي ماند. نور منتشر شده از لامپ به وسيله ي اين 99 درصد جذب شده و باعث انتقال الكتروني در آنها مي شود، پس مقدار نور جذب شده متناسب با غلظت اتمهاي تهييج نشده موجود در شعله است كه به درجه حرارت شعله بستگي ندارد. از A.A براي كنترل محصولات در صنعت از نظر عناصر موجود و اندازه گيري يك

فلز در مجاورت فلزات ديگر و مقادير كم مثل PPM يا trace استفاده مي شود. و حدود 65 عنصر را با اين روش مي توان اندازه گرفت. براي تجزيه كمي: ابتدا صفر دستگاه را با آب تنظيم مي كنيم. و بعد منحني را بر حسب استانداردهاي مختلف و درجات خوانده شده رسم مي كنيم. سپس نمونه مجهول را در دستگاه قرار داده و مي خوانيم قسمت هاي مختلف دستگاه در كاتد عنصر مورد نظر وجود دارد.

اجزاء و قسمتهاي مختلف دستگاه اتميک

1- لامپ: – منبع نور H.C.L. است. از كاتد همان عنصر مورداندازه گيري است. گاز نئون بهتر از ارگون است. كاتد توخالي است تا تجمع اتم هاي تحريك شده در آنجا بيشتر شود و شدت نور ايجاد شده بيشتر باشد. هر چه شدت نور بيشتر باشد ( البته نه با يك رابطه مستقيم) جذب بيشتر مي شود. يعني سيگنال الكتريكي بزرگتر است و راحت اندازه گيري ميشود پس غلظتهاي كمتري هم اندازه گيري مي شود. شدت نور هم با شدت جريان اعمال شده لامپ بيشتر مي شود. ولي نه با افزايش بيشتر از حد ماكزييم چون عامل خود جذبي self absorption داريم. اتمهاي Al تحريك نشده نور شستشو شده را جذب مي كنند. هر چه شدت جريانكمتر است حساسيت بيشتر است يعني تغييرات جذب نسبت C بيشتر است.افزايش شدت جريان بيشتر از حدمجاز باعث كاهش عمل لامپ مي شود. عناصري كه خواص فيزيكي مشابه داشته باشند و براي تحريك آنها انرژي نزديك بهم لازم باشد. و lهاي آنها هم روي هم نباشد براي تهيه لامپهاي Multielement بكار مي رود يكي از موثرترين لامپهاي چندعنصري مي باشد.سعي شده از يك منبع براي چند عنصر استفاده شود مثلا لامپ Xenon بعنوان منبع پيوسته بكار رفته است.(لامپ گزنون w 500) كه در اين صورت احتياج به منوكروماتورهاي دقيق داريم كه lها را بخوبي تفكيك كند.

لامپ دوتريم كه مناسب 200-350nm است. طيف پيوسته مي دهد كه خطوط مختلف تفكيك نمي شوند.

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

85% محلول از دستگاه خارج مي شود. nubolizer بايد قطعاتي با قطر يكسان و آئروسلهاي يكسان ايجاد كند بايد قطر ذرات كم و نزديك بهم باشد. چون اتفاقي كه در شعله براي قطعات مي افتد بستگي به جرم آنها دارد. اگر nubolizer 1% از محلول را با قطر يكسان به شعله برساند بهتر است با 20% از محلول را با قطرهاي مختلف برساند. ml نمونه كه در دقيقه به شعله مي رسد uptake rate مي گويند. تا حد زيادي uptake باعث زياد شدن جذب مي شود بيشتر از آن يا تاثيري ندارد و يا باعث سردشدن شعله مي شود و سيگنال را كاهش مي دهد. جابجايي پلاسميد (دقت گلوله اي شيشه اي) نيز باعث كاهش جذب مي شود. اين يك فاصله اپتيم دارد. اگر حلال مخلوط آبي و آلي باشد uptake افزايش مي يابد. ايجاد تعداد اتمهاي بيشتر در شعله به عواملي بستگي دارد:

1- دماي شعله 2- نشر شعله دما به نوع سوخت اكسيدانت بستگی دارد. نسبت سوخت و اكسيدانت 1 به1 است .

هوا – هيدروژن کمترين مزاحمت را براي طول موجهاي UV دارد چون T آن صفر است.

3- شکاف (Slit) :nm 0.2-0.5-1-2 كه هرچه شكاف بيشتر باشد حساسيت كمتر است.

4- منوكروماتور: منشور‚ مانع طيف شعله مي شود. براي مس 324.0 nm از نوع كوچك است

اتميک محلولي از سولفات مس به غلظت PPM 500 از يون مس تهيه كنيد. بعد غلظتهاي 0.3, 0.1, 0.9, 0.7, 0.5, از يون مس تهيه كرده و سپس جذب انها را مي خوانيم. و منحني استانداردهاي غلظت را برحسب جذب رسم مي كنيم. و بعد با خواندن جذب مجهول غلظت مجهول را بدست مي آوريم.

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