Máy Quang Phổ UV-VIS - Nguyên Lý - Cấu Tạo - Ứng Dụng

Máy quang phổ hấp thu UV-VIS là một trong những trang thiết bị không thể thiếu trong các phòng thí nghiệm, phòng sạch. Hôm nay Mephalab xin giới thiệu đến các bạn máy quang phổ háp thu UV-VIS là gì, phương pháp để đo quang phổ UV-VIS, nguyên lý hoạt động và lĩnh vực ứng dụng của chiếc máy này.

Máy quang phổ là gì ?

- Máy quang phổ là thiết bị hoạt động dựa trên phân tích quang phổ của ánh sáng. Thiết bị này sẽ phân tích chùm sáng phức tạp thành những chùm sáng đơn sắc. Từ đó, 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.

- Máy quang phổ xác định phân bố cường độ ánh sáng theo bước sóng của ánh sáng do khối vật chất tự phát ra, hoặc phản xạ hay truyền qua nó. Những khối vật chất khác nhau có đặc tính phát quang hay hấp thụ ánh sáng với các bước sóng, hay mức năng lượng của photon, xác định. Chúng thường được gọi là các vạch quang phổ.

- Khi đo cường độ ánh sáng ở các bước sóng đặc trưng này cho phép xác định tỷ lệ , hàm lượng của chất tương ứng trong mẫu vật cần nghiên cứu.

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 các điện tử hóa trị trong các liên kết d, p và đôi điện tử n ở trong phân tử hay nhóm phân tử của các chất với chùm tia sáng kích thích thích hợp tạo ra

- Quang phổ UV/VIS đã trở thành một phương pháp tiêu chuẩn được sử dụng hàng ngày trong nhiều phòng thí nghiệm khoa học đời sống. Tối ưu sự đơn giản; nó không yêu cầu chuẩn bị mẫu phức tạp, dễ thực hiện và cho ra kết quả trong vài giây.

- Một phép đo điển hình chỉ yêu cầu một lượng mẫu nhỏ. Và vì nó là phương pháp không phá hủy mẫu nên có thể được sử dụng cho các phân tích sau. Lĩnh vực khoa học đời sống thường áp dụng quang phổ UV/VIS. Như trong việc phân tích axit nucleic, protein và nuôi cấy tế bào vi khuẩn.

Cấu tạo máy phổ UV-VIS

Máy quang phổ UV-VIS về cơ bản được cấu tạo từ các 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 định vào chúng, khiến chúng hấp thụ các bức xạ tương ứng với bức xạ chúng có thể phát ra.

- Lúc này, nguyên tử được chuyển đến trạng thái kích thích, mang 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.

- Ứng với mỗi giá trị năng lượng mà nguyên tử đã hấp thu, ta sẽ có 1 vạch phổ hấp thụ. Ta sử dụng định luật Lambert – Beer để tính toán được độ hấp thụ.

- Nằm ở vùng phổ UV-Vis là vùng nằm ở cận UV cho đến cận IR. Điểm này được xác định từ khoảng 180-1100nm. Đây cũng chính là vùng phổ đã được nghiên cứu nhiều và được áp dụng nhiều về mặt định lượng.

Ứng dụng máy quang phổ hấp thụ UV-VIS

- Máy quang phổ hấp thụ UV-VIS với thiết kế đơn giản, dễ sử dụng, giá thành không quá cao, phù hợp với nhu cầu phân tích nhiều chất có hàm lượng nhỏ. Chính vì vậy mà máy quang phổ UV-VIS được ứng dụng khá rộng rãi, dưới đây là một số lĩnh vực 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.

Quy trình hiệu chuẩn máy quang phổ UV-VIS

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.

1. Thiết bị sử dụng

- Bộ kính lọc chuẩn Hellma 666-F0, -F1, -F2, -F3, -F4.

- Găng tay y tế, khăn không bụi.

2. Chuẩn bị

- 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.

3. Kiểm tra độ chính xác bước sóng

- 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.

4. Kiểm tra độ chính xác độ hấp thu

- 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.