Máy đo quang phổ là gì

Quang phổ kế [Spectrophotometer] là các thiết bị hoạt động dựa trên phân tích quang phổ của ánh sáng, nhằm thu được các thông tin về thành phần, tính chất hay trạng thái của những khối vật chất liên quan đến chùm ánh sáng đó.[1] Phân tích quang phổ là phương pháp hàng đầu trong hóa phân tích.

Vì rằng trong hóa phân tích quang phổ thì xác định định lượng cường độ sáng là việc bất khả thi và không cần thiết, nên trong phân tích người ta thực hiện theo quy trình đo so sánh với mẫu chuẩn, tức là so kết quả với các mẫu có hàm lượng vật chất biết trước để tính ra cho mẫu vật cần phân tích.[4] Quy trình đo có các bước:

1. Đo với các mẫu trắng
2. Đo với các mẫu chuẩn
3. Đo các mẫu thử

Thời gian được phép đo mẫu vật giữa hai lần chuẩn tùy thuộc thiết bị đo, và thường được nhà cung cấp thiết bị nêu trong hướng dẫn sử dụng.

• Trước tiên, đo cường độ của ánh sáng [I 0] đi qua một mẫu chuẩn. Mẫu chuẩn là mẫu không chứa các chất hấp thụ ánh sáng. Việc chuẩn mẫu này là cần thiết bởi vì các ngăn đựng đã tán xạ một ít ánh sáng.
• Thứ hai, đo cường độ của ánh sáng [I] đi qua các mẫu đo.
• Thứ ba, các dữ liệu thử nghiệm được sử dụng để tính toán 2 đại lượng: truyền qua [T] và hấp thụ [A].

Trong phạm vi mà một mẫu hấp thụ ánh sáng phụ thuộc mạnh mẽ vào bước sóng ánh sáng. Vì lý do này, spectrophotometry sử dụng ánh sáng đơn sắc. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng trong đó tất cả các photon có cùng bước sóng.

Để phân tích các mẫu mới, người phân tích đầu tiên sẽ xác định phổ hấp thụ. Phổ hấp thụ hiển thị sự hấp thụ ánh sáng tùy thuộc vào bước ánh sáng. Phổ chính là phụ thuộc của độ hấp thụ với bước sóng ánh sáng và là đặc tính của bước sóng max] mà ở đó sự hấp thụ là lớn nhất.

Giá trị của max là rất quan trọng vì một vài lý do. Bước sóng này là đặc tính của mỗi hợp chất và cung cấp các thông tin về cấu trúc điện tử của mẫu phân tích. Để có sự nhạy cao nhất và để giảm thiểu sai lệch từ Định luật Beer, ta phân tích bằng cách sử dụng ánh sáng với bước sóng cận max. Theo định luật Beer, độ hấp thụ là 1 đường tuyến tính phụ thuộc vào bề dày mẫu và nồng độ mẫu phân tích.

bề dày mẫu l [cm], nồng độ mẫu c [mol/l], e khả năng hấp thụ mol [ l.cm/mol]

Đại lượng e là khả năng hấp thụ mol; trong tài liệu cũ, đôi khi nó được gọi là hệ số tắt. Khả năng hấp thụ mol là khác nhau với từng bước sóng ánh sáng được sử dụng trong đo lường. Các phổ hấp thụ đôi khi hiển thị theo e vs lamda hơn là A và lamda.

Truyền qua lại là một đại lượng dễ dàng hơn để hiểu hơn hấp thu. Nếu T = 30%, thì 30% photon đi qua các mẫu đạt đến đầu dò và 70% khác được hấp thu bởi các mẫu. Hấp thụ thì kém trực quan hơn, nếu A = 0, không có photon được hấp thụ, và nếu A = 1,00, thì 90% photon được hấp thu; chỉ có 10% đến đầu dò. Nếu A = 2,00, thì 99% photon được hấp thu; chỉ 1% đến đầu dò. Đó là hấp thụ, tuy nhiên, nó hiển thị một cách dễ dàng phụ thuộc vàol và c [Định luật Beer], và như vậy, hầu hết các nhà phân tích chọn dữ liệu báo cáo là hấp thụ hơn là truyền qua.

Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của spectrophotometry là để xác định nồng độ mẫu lỏng. Thử nghiệm khai thác Định luật Beer, đó là đường dự báo mối quan hệ giữa độ hấp thụ của mẫu lỏng và nồng độ phân tích [giả sử tất cả các tham số thực nghiệm không thay đổi].

Trong thực tế, một loạt các mẫu chuẩn được chuẩn bị. Một mẫu chuẩn là một mẫu mà nồng độ phân tích được biết một cách chính xác. Phổ hấp thụ của các mẫu chuẩn đã đo lường và được dùng làm đường cong hiệu chỉnh, mà trong trường hợp này là một đồ thị của độ hấp thụ và nồng độ. Các điểm trên đường cong hiệu chỉnh nên cân chỉnh thẳng hàng.

Các mẫu lỏng chưa biết được phân tích sau đó. Phổ hấp thụ của chất chưa biết được giao với đường cong hiệu chỉnh để xác định nồng độ. Các dữ liệu thu được từ các tiêu chuẩn được sử dụng để vẽ đường thẳng. Độ dốc và các giao điểm của những đường này cung cấp một mối quan hệ giữa hấp thụ và nồng độ: A = slope c + intercept