کیمیاگر

 

مقدمه

 

- خواص عمومي تابش الكترومغناطيسي

براي اينكه بتوانيم بسياري از خواص  تابش الكترومغناطيسي را مشخص نماييم بهتر است كه طبيعت موجي براي نشر آن در نظر بگيريم واين امواج را توسط پارامترهايي نظير سرعت فركانس طول موج ودامنه ترسيم كنيم.بنابراين در مقايسه با ساير پديده هاي موجي نظير صدا تابش الكترومغناطيسي احتياجي به محيط مادي براي عبور ندارد و به آساني از درون خلاء ميگذرد.

الگوي موجي تابش در توجيه پديده هاي مربوط به جذب و نشر انرژي تابشي با شكست كامل روبه رو است. براي توجيه اين فرايند لازم است كه به تابش الكترومغناطيسي بصورت ذرات مجزاي انرژي به نام فوتون بنگريم. اين نگرش دوگانه به تابش به صورت ذره اي وموجي منحصربه فرد نيست. در واقع ظهور اين دوگانگي توسط مكانيك موجي وبه طور كامل به اثبات رسيده است.

- تابش

تابش معمولي دسته اي از امواج الكترومغناطيسي است كه در آنها ارتعاشات بطور يكسان بين يك سري صفحات كه در طول مسير تابش قرار دارند توزيع شده اند. اگر به قسمت انتهايي اين دسته شعاع تكفام نگاه كنيم يك پرتو تكفام را  ميتوان به صورت يك دسته بردارهاي الكتريكي ديد.كه اندازه ي آن از صفر تا ماكزيمم دامنه نوسان A  متغير است.

 

 

- طيف هاي خطي

طيف هاي خطي در ناحيه ي فرابنفش و مرئي هنگامي حاصل ميشود كه گونه هاي تابش كننده ذرات اتمي مجزا تشكيل شده باشند و به خوبي در فاز گازي تفكيك شوند. ذرات  مجزا در گاز رفتار مستقل نسبت به يكديگر داشته و طيف ها حاوي يك سري خطوط تيز خواهند بود.

 

 

- طيف سنج هاي نوري

طيف سنج هاي نوري بيشماري از منابع تجاري در دسترس هستند. بعضي تنها براي محدوده ي مرئي طراحي شده اند و بقيه در محدوده هاي مرئي و فرابنفش قابل استفاده هستند. معمول ترين كاربرد اين دستگاه ها براي تجزيه كمي است. گرچه بعضي از آنها توليد طيف هاي جذبي خيلي خوبي نيز مي نمايند.

يك طيف سنج ارزان و ساده اسپكترونيك است كه اين دستگاه ها بيش از هر طيف سنج نوري تك پرتوي ديگر در جهان به كار ميرود.

 

 

 

 

  

- اسپكتروفتومتر ناحيه مريی وفرا بنفش  Spectrophotometer

روشهاي طيف سنجي براساس 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 مي گردد.

 علاوه بر اين انرژي نوراني در بر هم كنش با ماده و جذب آن توسط ماده، باعث برانگيختن 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 مي گردد 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 روشهاي 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 g_max براي شناسايي مواد استفاده مي شود كه طول موجي است كه در آن حداكثر جذب صورت مي گيرد و براي تعيين غلظت جسم مجهول g_max  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.

 

 

 

 

 

 

 

- 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 200 تا 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. و كووت ها برحسب نوع شيشه و شكل چند نوع مي باشند.

1- كووتهاي مكعبي: سطح مقطع اين كووت ها مربع بوده و از جنس شيشه خالص (براي نورهاي مرئي) و كوارتز( براي نور ماوراء بنفش) مي باشند. 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.

2- 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.

 

 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 مي تاباند. رنگ اين نور مكمل رنگ محلول است. اگر رنگ محلول سبز- آبي (مثل تعيين مقدار گلوكز بوسیله اتو تولوييدين) به طول موج nm  495-475 باشد رنگ فيلتر- 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 به وسيله 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 و فتومولتي 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. دياگرام زير، طرح يك اسپكتروفتومتر ساده را نشان مي دهد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- وسايل ومحلولهاي مورد نياز

 

1.    بالن هاي حجم سنجي 50 مياي ليتري 6 عدد

2.    پي پتهاي مدرج 5 و10 ميلي ليتري

3.    دستگاه طيف نورسنج فوق بنفش-مرئي

4.    محلول مس (II) سولفات M1/0به مقدار 50 ميلي ليتر

5.    محلول آمونياك M 4.5 به مقدار 50 ميلي ليتر

6.    محلول مجهول مس در يك بالن حجم سنجي 50 ميلي ليتري

 

 

- روش كار

شش بالن حجم سنجي 50 ميلي ليتري را با B .1. 2. 3. 4. 5 علامت گذاري ميكنيم. مقدار 5 ميلي ليتر محلول آمونياك به هر يك از بالن ها اضافه ميكنيم . به بالن 1تا 5 به ترتيب 5/2 .5. 5/7. 10. 5/12. ميلي ليتر محلول مس(II) سولفات اضافه و سپس بالن ها را با آب مقطر به حجم ميرسانيم.

دستگاه طيف نودسنج را روشن و جذب محلول شماره ي 4 را در محدوده ي 500 الي 700 به صورت زير ثبت ميكنيم:

 

 

 

A=2-log %T*

 

 

براي تعيين دقیق تر طول موج ماكزيمم دو اندازه گيري بالاتر و پايه تر از طول موج ماكزيمم تقریب به فاصله ي 5 نان متر انجام میدهم:

 

 

 

 

 

بعد از تعيين طول موج 605 به عنوان طول موج ماكزيمم دستگاه را رويه اين طول موج تنظیم ميكنيم و جذب همه ي محلول ها را از رقیق به غلیظ خوانده و ثبت ميكنيم:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- خواسته هاي آزمايش

 

1.  نمايش تغييرات جذب نسبت به طول موج و تعيين طول موج ماكسيمم

 

 

2.نمايش تغييرات جذب نسبت به غلظت و تعيين غلظت نمونه ي مجهول

 

 

3.نمايش تغييرات درصد عبور نسبت به طول موج

 

 

 

 

4.نمايش تغييرات درصد عبور نسبت به غلظت

 

 

 

 

5.نمايش تغييرات ضرب جذب نسبت به طول موج (A=3bc)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-       منابع

 

اصول تجزيه ي دستگاهي /تاليف اسكوگ/ ترجمه دكتر دلالي وترابي

سايت علمي شيمي دانان جوان