اسپکتروفتومتر چیست؟

اسپکتروفتومترها دستگاه های اندازه گیری رنگ برای ثبت و ارزیابی رنگ ها هستند. به عنوان بخشی از یک برنامه برای کنترل و اطمینان از کیفیت رنگ، آنها توسط صاحبان برند و طراحان برای تعیین مشخصات رنگ و ارتباطات، و توسط تولید کنندگان برای نظارت بر دقت رنگ در طول کل فرآیند تولید استفاده می شود. اسپکتروفتومترها می‌توانند تقریباً هر چیزی از جمله مایعات، پلاستیک، کاغذ، فلز و پارچه را اندازه‌گیری کنند و از یکپارچگی رنگ از اولین ایده خلاقانه تا تحویل اطمینان حاصل کنند. منحنی بازتاب طیفی برای رنگ اندازه‌گیری شده با اسپکتروفتومتر «اثر انگشت» یک رنگ نامیده می‌شود.

در مترولوژی، اسپکتروفتومتر یا اسپکتروفتومتر نیز یک دستگاه همه کاره است که با آن می توان در حوزه های مختلف آنالیز رنگ اندازه گیری کرد. طول موج های مختلف نور طیفی را تشکیل می دهد که به صورت رنگ های طیفی به ما نشان می دهد. هر چیزی که با چشم انسان درک می شود، محدوده طول موج 400 تا 700 نانومتر را پوشش می دهد و به عنوان طیف بینایی شناخته می شود. با این حال، کل طیف نور بسیار بزرگتر است و توسط ما قابل درک نیست.

اصطلاح اسپکتروفتومتر نوع خاصی از یک فتومتر را توصیف می کند. برخلاف تراکم‌سنج، که فقط بازتاب یک رنگ را از طریق یک فیلتر خاص (چگالی جامد) اندازه‌گیری می‌کند و در نتیجه اجازه می‌دهد تا در مورد ضخامت لایه جوهر روی مواد چاپی نتیجه‌گیری شود، یک اسپکتروفتومتر، کل طیف (از مادون قرمز تا ماوراء بنفش) را اندازه‌گیری می‌کند. این بدان معناست که می توان محل رنگ دقیق رنگ را مشخص کرد و انحرافات رنگ را از یک نقطه اندازه گیری به نقطه بعدی محاسبه کرد. رنگ های طیفی توسط حسگر سلول عکس در یک منطقه خاص شناسایی و پردازش می شوند.

کیفیت با منطقه ای که باید ثبت شود متفاوت است. هرچه ناحیه ای که توسط سنسور فتوسل تشخیص داده شود بزرگتر باشد، دستگاه بهتر است. یک اسپکتروفتومتر عمدتاً از یک منبع نور، یک منشور، دیافراگم های مختلف، یک نگهدارنده کووت و یک آشکارساز تشکیل شده است که با آن مقادیر اندازه گیری شده روی نمایشگر نشان داده می شود. صفحه کلید کاربر و صفحه نمایش LCD کار را آسان و بدون عارضه می کند. اسپکتروفتومتر همچنین دارای اتصالاتی مانند اتصال چاپگر و اتصال USB برای کار پایدار است. بسته به نوع دستگاه، حالت های اندازه گیری مختلفی مانند حالت استاندارد، حالت غلظت، حالت منحنی، حالت پیش اتصال و غیره ادغام می شوند.

انواع اسپکتروفتومتر:

سه نوع اصلی اسپکتروفتومتر وجود دارد. انتخاب شما به برنامه کاربردی، ویژگی های مورد نظر و قابلیت حمل بستگی دارد. اسپکتروفتومترها در اندازه های مختلفی وجود دارند، از دستگاه های قابل حمل گرفته تا دستگاه های رومیزی بزرگ. نوعی از اسپکتروفتومترها که بیش تر مورد استفاده قرار می گیرد، نور منعکس شده را در یک زاویه مشخص نسبت به نمونه، معمولاً 45 درجه، اندازه گیری می کند و می تواند براقیت را حذف کند تا درک رنگ انسان را به بهترین شکل ممکن تقلید کند. این دستگاه ها بیشتر برای اندازه گیری رنگ روی سطوح صاف یا مات استفاده می شوند.

اسپکتروفتومترها با هندسه کروی می توانند نور بازتاب شده را از همه زوایا اندازه گیری کنند. مقادیر رنگ از اندازه گیری محاسبه می شود که بسیار شبیه رنگ درک شده توسط چشم انسان است. به عنوان یک قاعده، از آنها برای اندازه گیری رنگ بر روی سطوح ساختاری مانند منسوجات، فرش ها و پلاستیک ها و همچنین سطوح براق یا آینه مانند استفاده می شود. از رنگ های متالیک، فویل های چاپ شده و سایر سطوح بسیار براق استفاده می شود.

یک اسپکتروفتومتر چند زاویه ای رنگ را اندازه می گیرد که گویی شما نمونه را می چرخانید تا رنگ ها را از زوایای مختلف مشاهده کنید. دستگاه‌های چند زاویه‌ای موجود امروزه برای اندازه‌گیری رنگ‌های رنگدانه با پوشش‌های خاص و رنگ‌های افکت با افزودنی‌هایی مانند میکا و درخشش مروارید مانند استفاده می‌شوند.

نحوه عملکرد اسپکتروفتومتر:

اسپکتروفتومترها طیف نور مرئی را به تعدادی باند باریک یا کانال های اندازه گیری تقسیم می کنند (معمولاً 20 تا 40 باند با عرض حدود 20 تا 10 نانومتر) و مقدار شدت نور دیجیتالی را برای هر کانال ارائه می دهند. انعکاس نمونه را پس از کالیبراسیون به استانداردهای سفید و سیاه بدون توجه به منبع روشنایی استفاده شده در اسپکتروفتومتر اندازه گیری می کند. یک منحنی بازتاب برای رنگ اندازه گیری شده از این مقادیر ایجاد می شود. این منحنی نشان دهنده نوعی «اثر انگشت» رنگی است. برای اندازه گیری، نور چند رنگ توسط یک منشور یا یک فیلتر باند باریک به نور تک رنگ تقسیم می شود. یک عنصر عکس مقدار نور بازتاب شده توسط استاندارد و نمونه را تعیین می کند و نسبت آنها را ارزیابی می کند. با ضرب مقادیر اندازه گیری شده هر باند در مقادیر استانداردها، می توان مقادیر رنگ مرتبط را محاسبه کرد. فضاهای رنگی که اغلب استفاده می شود، به عنوان مثال سیستم CIE هستند.

از آنجایی که دو مسیر پرتو، یعنی مسیر پرتو نمونه و مسیر پرتو مرجع، اندازه‌گیری می‌شوند، به آن اسپکتروفتومترهای دو پرتویی گویند. قابل درک است که آنها مزیت جبران نوسانات دستگاه و شبکه و در نتیجه حذف خطاها را دارند. بنابراین دقیق ترین دستگاه های اندازه گیری که امروزه شناخته شده اند بر اساس روش دو پرتو کار می کنند.

روش کار با دستگاه اسپکتروفتومتر:

لازمه روش کار با دستگاه اسپکتروفتومتر ابتدا جداکردن عوامل مزاحم از محلول می باشد. برای تعیین مقدار یک ماده باید سعی کنیم حتی المقدور مواد مزاحم را از محیط آزمایش دور کنیم. تا از پیدایش رنگهای بیگانه و مزاحم جلوگیری گردد. برای این منظور در اغلب اندازه گیری ها به کمک ترکیبات مختلف، پروتئین های خون یا پلاسما را رسوب داده و واکنش را بر روی محلول صاف شده انجام می دهند. یا اینکه بعضاً به کمک حلالهای مناسب، ماده مورد اندازه گیری را از سرم جدا می کنند.
طول موجهای مختلف، تولید رنگهای مختلفی را می نمایند و در اسپکتروفتومتری انتخاب طول موج براساس رنگ محلول رنگی صورت می گیرد. یعنی باید طول موجی را انتخاب نمود که رنگ آن مکمل رنگ محلول باشد. به عنوان مثال اگر یک محلول رنگی داشته باشیم و نوری از آن عبور دهیم مقداری از این نور جذب می شود که این نور جذب شده دارای رنگ مکمل رنگ محلول می باشد. که این مقدار بستگی به غلظت محلول رنگی دارد. لذا روش کار با دستگاه اسپکتروفتومتر بوسیله فیلتر و یا منشور و … نور تکرنگ ایجاد می نمایند. تا بتوان غلظت یک محلول رنگی (خاصی) را محاسبه کرد. محلولهای رنگی در رنگ مکمل خود حداکثر جذب نور را دارند و بر حسب همین خاصیت مربوط به خود مورد مطالعه قرار می دهند.  شدت و ضعف این رنگ بستگی به مقدار ماده موجود در محلول مواد را در طول موجهای دارد.

انواع منبع انرژی عبارتند از:
لامپ تنگستن
لامپ هیدروژن یا دوتریوم
لامپ جیوه ای
محلول ها

محلول های استاندارد:

در جذب ابتدا باید واکنش رنگی را با محلولهای دارای غلظت معین (محلول st) داده و منحنی تغییرات دانسیته اپتیک را نسبت به غلظت های مختلف رسم نمود. در صورتیکه منحنی تغییرات خطی باشد (یعنی جذبنوری محلول رنگی از قوانین جذب نوری تبعیت نماید) می توان هنگام اندازه گیری یک ماده در مایع بیولوژیک با روش رنگ سنجی فقط از یک دو محلول استاندارد (استاندارد رقیق و غلیظ) استفاده نموده و مقدار ماده را در مایع بیولوژیک با استفاده از رابطه زیر محاسبه نمود:

محلول های شاهد:

محلولی است محتوی تمام مواد بکار برده شده در آزمایش، به جز ماده مورد اندازه گیری. در تعیین مقدار یک ماده در مایعات بیولوژیک، با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر باید ابتدا با محلول شاهد، عقربه گالوانومتر را روی عدد صفر تنظیم کرد.
خصوصیاتی که در روش کار با دستگاه اسپکتروفتومتر باید توجه داشت این است که یک کووت باید داشته باشد به شرح زیر است:
باید نور تابشی را جذب نکند. باید جنس آن از کوارتز یا سیلیکا باشد (برای امواج مرئی از کووت شیشه ای می توان استفاده کرد).