Máy quang phổ hấp thu UV-VIS là một trong những trang thiết bị không hề thiếu trong những phòng thí nghiệm, phòng sạch. Hôm nay phongsachcongnghiep xin trình làng đến những bạn máy quang phổ háp thu UV-VIS là gì, chiêu thức để đo quang phổ UV-VIS, nguyên tắc hoạt động giải trí và nghành ứng dụng của chiếc máy này. Nhưng thứ nhất, tất cả chúng ta cùng đi vào khám phá về quang phổ UV-VIS .
Phổ UV-VIS là gì?
Phổ UV-VIS hay còn gọi phổ hấp thụ phân tử UV-VIS, là phổ sinh ra do sự tương tác giữa những điện tử hóa trị trong những link d, p và đôi điện tử n ở trong phân tử hay nhóm phân tử của những chất với chùm tia sáng kích thích thích hợp tạo ra .
Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS là phổ đám [ phổ băng ] có những cực lớn và cực tiểu của phổ nằm ở những bước sóng xác lập tùy thuộc vào cấu trúc và loại link trong phân tử hay nhóm nguyên tử .
Vùng sóng của phổ phân tử UV-VIS từ 200 nm – 800 nm .
Định nghĩa quang phổ là gì ?
Quang phổ là những vạch tối hoặc sáng [ trong một quang phổ liên tục và đồng dạng ] do sự phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng trong một dải tần hẹp, so với những tần số lân cận. Hay hiểu đơn thuần thì đó là dải có màu như ở cầu vồng từ đỏ đến tím, hứng được trên màn khi có hiện tượng kỳ lạ tán sắc ánh sáng. Quang phổ chứa những vạch quang phổ được gọi là quang phổ vạch .
Phương pháp đo quang phổ UV-VIS
Để đo được quang phổ UV-VIS ta sử dụng máy quang phổ UV-VIS, đây là một loại máy có phong cách thiết kế đặc biệt quan trọng gồm nhiều chi tiết cụ thể cấu trúc thành, giúp xác lập được quang phổ của một vật chất bất kể .
Máy quang phổ UV-VIS là gì?
Máy quang phổ UV-VIS hay còn có tên gọi vừa đủ hơn là máy quang phổ hấp thụ phân tử ngoại khả kiến UV-VIS, được dùng để thu, phân li và ghi lại phổ của một vùng phổ quang học nhất định .
Có hai loại máy quang phổ UV-VIS :
Xem thêm: Gói TCP: Gói Tin Packet: 1 Packet là gì?
- Máy quang phổ UV-VIS một chùm tia : ra đời đầu tiên với thiết kế đơn giản, giá thành khá thấp, lượng bức xạ đi qua cao và độ nhạy cao.
- Máy quang phổ UV-VIS hai chùm tia : được sản xuất nhằm khắc phục nhược điểm của loại một chùm tia đó là có độ trôi khi đo và cho kết quả đo chính xác hơn. Tuy nhiên giá thành của loại hai chùm tia này cao hơn, độ nhạy thấp hơn do cấu trúc quang học phức tạp hơn.
Máy quang phổ UV-VIS về cơ bản được cấu trúc từ những thành phần sau :
- Nguồn sáng : có nhiệm vụ cung cấp bức xạ tương thích với quá trình đo, thường là chùm bức xạ đa sắc.
- Bộ phận đơn sắc hóa : gồm có kính lọc, lăng kính, cách tử, khe sáng.
- Buồng đo : khoang hấp thu quang phổ là vùng tối, nằm nơi cuối cùng của đường truyền, khi tia bức xạ đơn sắc được phân tách sẽ đi đến đó.
- Detecter : là bộ phận đảm nhận vai trò ghi nhận và xử lý tín hiệu quang thành tín hiệu điện. Bộ phận này có tác dụng cảm nhận bức xạ điện từ sau khi bị hấp thụ và chuyển dúng thành dòng điện.
Nguyên lý hoạt động máy phổ UV-VIS
Khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, ta chiếu một chùm tia sáng có những bước sóng xác lập vào chúng, khiến chúng hấp thụ những bức xạ tương ứng với bức xạ chúng hoàn toàn có thể phát ra .
Lúc này, nguyên tử được chuyển đến trạng thái kích thích, mang nguồn năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản .
Quá trình này gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử hơi tự do và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố đó.
Xem thêm: Pad Thai là gì? Tìm hiểu về món Pad Thai của Thái Lan
Ứng với mỗi giá trị nguồn năng lượng mà nguyên tử đã hấp thu, ta sẽ có 1 vạch phổ hấp thụ. Ta sử dụng định luật Lambert – Beer để giám sát được độ hấp thụ .
Nằm ở vùng phổ UV-Vis là vùng nằm ở cận UV cho đến cận IR. Điểm này được xác lập từ khoảng chừng 180 – 1100 nm. Đây cũng chính là vùng phổ đã được điều tra và nghiên cứu nhiều và được vận dụng nhiều về mặt định lượng .
Ứng dụng máy quang phổ hấp thụ UV-VIS
Máy quang phổ hấp thụ UV-VIS với phong cách thiết kế đơn thuần, dễ sử dụng, giá tiền không quá cao, tương thích với nhu yếu nghiên cứu và phân tích nhiều chất có hàm lượng nhỏ. Chính thế cho nên mà máy quang phổ UV-VIS được ứng dụng khá thoáng rộng, dưới đây là một số ít nghành ứng dụng :
- Sử dụng trong y dược học.
- Dùng trong nông nghiệp.
- Sử dụng trong công nghiệp thực phẩm: máy quang phổ UV-VIS sử dụng để xác định hàm lượng Fe có trong các mẫu bột mì, hoặc hàm lượng Nitrat, Nitrit trong thịt.
- Dùng trong phân tích môi trường, phân tích nguồn nước.
- Dùng cho công nghiệp hóa học: sử dụng để phân tích hàm lượng Photpho có trong phân bón, hàm lượng Titan có trong sơn, hàm lượng Neodymi có trong thủy tinh.
Cùng Techmaster tìm hiểu về Quy trình hiệu chuẩn máy phân tích quang phổ UV-Vis Spectrophotometer thông qua bài viết sau!
Máy UV-Vis Spectrophotometer, tên gọi đầy đủ là máy quang phổ tử ngoại khả kiến, là một thiết bị chuyên dụng trong việc phân tích nồng độ các chất có trong mẫu chất lỏng. Đây là một trong những thiết bị quen thuộc trong các PTN hóa sinh, phân tích, kiểm nghiệm.
Máy UV-Vis Spectrophotometer, tên gọi đầy đủ là máy quang phổ tử ngoại khả kiến, là một thiết bị chuyên dụng trong việc phân tích nồng độ các chất có trong mẫu chất lỏng. Đây là một trong những thiết bị quen thuộc trong các PTN hóa sinh, phân tích, kiểm nghiệm.
Máy phân tích quang phổ có khả năng tách lọc chùm tia ban đầu từ nguồn sáng, chọn ra dải bước sóng phù hợp với mẫu chất cần kiểm tra. Tia sáng đi qua mẫu bị hấp thụ một phần người ta có thể đo đạc được nồng độ của chất cần kiểm tra trong mẫu. Để thu được kết quả chính xác hơn, người ta sẽ xác lập đường chuẩn của một tập hợp các mẫu biết trước.
Để biết rõ hơn về máy phân tích quang phổ, chúng ta cần hiểu được quang phổ là gì. Trước đây, khái niệm quang phổ chỉ giới hạn trong vùng ánh sáng khả kiến, khi phân tách chùm tia sáng đi qua lăng kính.
Sau này, các nghiên cứu khoa học phát triển hơn, khái niệm quang phổ còn áp dụng cho việc đo lường cường độ bức xạ như là một hàm của bước sóng.
Để dễ hình dung, quang phổ là một tập hợp các dải bước sóng trong phổ điện từ:
Đối với máy phân tích quang phổ UV-Vis, thì bước sóng ánh sáng tạo ra chủ yếu trong khoảng 190nm~1100nm, dạng phổ thu được là phổ hấp thụ. Do đó máy UV-Vis Spectrophotometer còn có tên gọi là máy quang phổ hấp thụ.
Để dễ hình dung, chúng ta cùng bắt đầu với máy quang phổ hấp thụ 1 chùm tia.
Máy bao gồm những bộ phận sau đây:
- Nguồn sáng: từ đèn D2 [deuterium] và đèn Halogen, sẽ cho ra các bước sóng ánh sáng trong vùng tử ngoại [Ultra Violet Wavelength: Vùng UV] và vùng khả kiến [Visible Wavelength: Vùng Vis].
- Khe vào: hứng ánh sáng từ đèn, đi qua khe này thành dạng 1 chùm tia đẳng hướng
- Hệ tán sắc: lăng kính hoặc cách tử, có tác dụng tách chùm tia ban đầu ra các tia đơn sắc.
- Khe ra: khe này có thể điều chỉnh để hứng chùm tia đơn sắc ứng với bước sóng ánh sáng đã chọn.
- Cảm biến quang học: thu nhận cường độ ánh sáng qua mẫu.
- Bộ khuếch đại: khuếch đại tín hiệu từ cảm biến để đưa qua bộ chuyển đổi A/D
- Bộ chuyển đổi A/D: có tác dụng chuyển đổi tín hiệu từ dạng Analog sang Digital, đưa về màn hình hiển thị giá trị đo.
Ánh sáng từ nguồn sáng, được định hướng ở khe vào, đi qua hệ tán sắc, khe hẹp đầu ra điều chỉnh để hứng tia sáng ứng với bước sóng đã chọn. Bước sóng ánh sáng đi qua mẫu trắng sẽ có cường độ ánh sáng là Io, còn khi đi qua mẫu chất bị hấp thụ một phần sẽ có cường độ I. Tỷ lệ I / Io được gọi là độ truyền qua và thường được biểu thị bằng phần trăm [% T]:
Độ hấp thụ A, được tính dựa trên độ truyền qua:
Dựa trên định luật Beer-Lambert, nồng độ của mẫu chất sẽ được xác định:
Hình ảnh minh họa đường đi của chùm tia từ nguồn sáng đến mẫu:
D2: đèn Deuterium, WI: đèn halogen
M1 ~ M5: các gương phản chiếu
BS: gương bán phản chiếu, cho phép tách 1 tia sáng thành 2 tia
Ref: khay chứa mẫu tham chiếu hoặc mẫu trắng
Sam: khay chứa mẫu cần đo
P.D: cảm biến quang đo cường độ ánh sáng.
Dưới đây là ví dụ minh họa kết quả quét mẫu Holmium Oxit:
Máy quang phổ 1 chùm tia thường ứng dụng trong các loại cầm tay, vì thiết kế nhỏ gọn dễ di chuyển. Giá thành loại này thường rẻ hơn, độ chính xác tương đối.
Máy quang phổ 2 chùm tia thường ứng dụng trong các loại máy lớn để bàn, có cấu trúc phức tạp hơn, độ chính xác cao hơn, nhiều tính năng hơn và giá thành cũng cao hơn.
Như hình minh họa ở trên, với máy 1 chùm tia phải đo mẫu tham chiếu trước, sau đó mới đến mẫu cần đo. Còn đối với máy 2 chùm tia, máy thực hiện đo cùng lúc mẫu tham chiếu và mẫu đo, thời gian đo được rút ngắn và độ chính xác cao hơn rất nhiều.
Máy quang phổ được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau, một số ứng dụng nổi bật của loại máy này có thể kể đến như:
– Kiểm tra ngưỡng độc hại của các nguyên tố độc hại trong ngành điện – điện tử.
– Xác định cấu trúc phân tử của chất nghiên cứu.
– Dùng để nghiên cứu động học phản ứng.
– Xác định độ tinh khiết của các chất khi tiến hành thí nghiệm.
– Phân tích được các nguyên tố trong nghiên cứu hóa học.
– Phân tích các mẫu vật mà không cần phá hủy hay xử lý hóa học.
Đây là thiết bị được sử dụng rất thường xuyên trong các PTN. Qua quá trình sử dụng lâu dài, tuổi thọ đèn, cảm biến quang cũng như các yếu tố khác có thể ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của máy. Để đảm bảo máy quang phổ luôn hoạt động ổn định và đưa ra những kết quả chính xác, người dùng cần định kỳ tiến hành hiệu chuẩn để thiết bị có thể vận hành với trạng thái tốt nhất.
Tùy theo chủng loại, chức năng máy mà có thể có nhiều thông số cần kiểm tra hiệu chuẩn.
Sau đây chúng tôi xin giới thiệu quy trình kiểm tra cơ bản dành cho máy quang phổ UV-Vis, gồm 2 phần chính là kiểm tra bước sóng và kiểm tra độ hấp thu với bộ kính chuẩn Hellma.
- Bộ kính lọc chuẩn Hellma 666-F0, -F1, -F2, -F3, -F4.
- Găng tay y tế, khăn không bụi.
- Sử dụng khăn không bụi để vệ sinh kính lọc, đeo găng tay khi thao tác.
- Khởi động máy đo trước ít nhất 1 giờ để làm nóng, hoặc theo hướng dẫn nhà sản xuất.
- Đặt kính lọc zero 666-F0 vào vị trí mẫu trắng của buồng đo [nếu cần thiết], hoặc đảm bảo buồng đo không có vật gì, sau đó đậy nắp lại.
- Chọn dải bước sóng quét phù hợp, ở tốc độ thấp nhất, độ phân giải nhỏ nhất. Có 5 bước sóng cần đo là: 279.2nm, 360.8nm, 453.45nm, 536.35nm, 637.6nm. Việc kiểm tra nên thực hiện từ bước sóng dài [năng lượng thấp] đến bước sóng ngắn [năng lượng cao]. Ví dụ: thực hiện ở bước sóng 637.6nm trước, dải quét từ 650nm về 620nm.
- Dựa theo hướng dẫn sử dụng của máy, khử nhiễu nền ở dải quét đó.
- Sau khi khử nhiễu nền xong, thay kính 666-F0 bằng kính 666-F1, đậy nắp đo lại, bấm đo.
- Khi quét xong, tìm giá trị cực đại hấp thu và bước sóng ứng với nó, so sánh với giá trị chuẩn. Độ sai lệch không vượt quá sai số cho phép của nhà sản xuất, hoặc theo thông số kỹ thuật khách hàng cung cấp.
- Lặp lại cho các bước sóng còn lại.
- Đặt kính lọc zero 666-F0 vào vị trí mẫu trắng của buồng đo [nếu cần thiết], hoặc đảm bảo buồng đo không có vật gì, sau đó đậy nắp lại.
- Việc kiểm tra độ hấp thu được thực hiện ở từng bước sóng riêng rẽ: 440nm, 465nm, 546.1nm, 590nm, 635nm.
- Bấm zero khi thực hiện đo độ hấp thu cho mỗi bước sóng.
- Sau khi zero, thay kính 666-F0 bằng kính 666-F2, đậy nắp đo lại, bấm đo.
- So sánh các giá trị độ hấp thu đo được với mẫu chuẩn. Độ lệch phải nằm trong giới hạn thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, hoặc theo thông số kỹ thuật khách hàng cung cấp.
- Lặp lại thao tác đo cho các kính lọc còn lại: F3, F4.