جهاز السبكتروفوتوميتر (Spectrophotometer)

قال تعالى: (وَأَلْقِ مَا فِي يَمِينِكَ تَلْقَفْ مَا صَنَعُوا ۖ إِنَّمَا صَنَعُوا كَيْدُ سَاحِرٍ ۖ وَلَا يُفْلِحُ السَّاحِرُ حَيْثُ أَتَىٰ)

جهاز السبكتروفوتوميتر (Spectrophotometer): دليلك الشامل لفهمه واستخدامه

1. مقدمة عن جهاز السبكتروفوتوميتر

ما هو السبكتروفوتوميتر؟

جهاز السبكتروفوتوميتر (Spectrophotometer) هو أداة تحليلية تقيس كمية الضوء الممتص بواسطة مادة ما عند طول موجي معين. يستخدم بشكل شائع في التحاليل الكيميائية والحيوية ويعتمد على مبدأ الامتصاص الطيفي للضوء.

أهمية جهاز السبكتروفوتوميتر في الكيمياء والبيولوجيا

• تحديد تركيز المركبات الكيميائية بدقة.

• قياس البروتينات والأحماض النووية.

• دعم البحوث العلمية وتحاليل جودة المنتجات في الصناعات المختلفة.

2. مبدأ عمل جهاز السبكتروفوتوميتر

الامتصاص الطيفي للضوء

يعتمد الجهاز على مرور الضوء عبر محلول معين، حيث يتم امتصاص جزء منه ويُقاس الامتصاص المتبقي لتحديد تركيز المادة.

العلاقة بين الامتصاص والتركيز: قانون بير-لامبرت

القانون المستخدم هو:
A = ε × C × l

• A: الامتصاص

• ε: معامل الامتصاص المولي

• C: تركيز المادة

• l: طول المسار الضوئي

3. مكونات جهاز السبكتروفوتوميتر

1. مصدر الضوء: مصابيح تنجستين (للضوء المرئي) أو ديوتيريوم (للأشعة فوق البنفسجية).

2. الفلاتر (Filters): تقلل من التداخل الضوئي.

3. المونكروميتر (Monochromator): يفصل الأطوال الموجية باستخدام منشور أو Grating.

4. حجرة الكوفيت (Cuvette Holder): تحتوي على العينة.

5. الكاشف الضوئي: يحول الضوء إلى إشارات كهربائية.

6. وحدة التحكم والعرض: تعرض النتائج وتتحكم في الإعدادات.

4. أنواع أجهزة السبكتروفوتوميتر

حسب النطاق الطيفي:

• UV-Vis Spectrophotometer: يستخدم للأشعة فوق البنفسجية والمرئية (200–800 نانومتر).

• IR Spectrophotometer: للأشعة تحت الحمراء (أكثر من 800 نانومتر).

حسب عدد الحزم الضوئية:

• Single Beam: شعاع واحد عبر العينة.

• Double Beam: شعاعان؛ أحدهما للعينة والآخر للمحلول المرجعي.

5. استخدامات جهاز السبكتروفوتوميتر

• في المختبرات الكيميائية: تحليل الأيونات والمركبات.

• في التحاليل الحيوية: قياس البروتينات وDNA وRNA.

• في الصناعات: مراقبة جودة المنتجات الدوائية والغذائية.

• في التحاليل البيئية: قياس الملوثات مثل الفوسفات والنترات.

6. كيفية استخدام جهاز السبكتروفوتوميتر

خطوات التحضير والمعايرة:

1. تشغيل الجهاز وتركه للاستقرار.

2. تحديد الطول الموجي المناسب.

3. معايرة الجهاز بمحلول بلانك.

إجراء القياس:

1. وضع العينة في الكوفيت.

2. إدخال الكوفيت في الجهاز.

3. قراءة الامتصاص من الشاشة.

تفسير النتائج:

يُحسب التركيز اعتمادًا على قانون بير-لامبرت.

7. العوامل المؤثرة على دقة القياس

• نظافة الكوفيت والعينة

• الطول الموجي المستخدم

• التداخلات الكيميائية

8. صيانة ومعايرة جهاز السبكتروفوتوميتر

للحفاظ على الأداء:

• إجراء معايرات دورية باستخدام محاليل قياسية.

• تسجيل بيانات الصيانة.

التنظيف والتخزين:

• تنظيف الكوفيت بعد كل استخدام.

• تخزين الجهاز في بيئة نظيفة وجافة.

9. مميزات وعيوب جهاز السبكتروفوتوميتر

المميزات:

• دقة عالية وسهولة في الاستخدام.

• لا يتلف العينة أثناء التحليل.

العيوب:

• غير فعال مع العينات شديدة اللون.

• يحتاج إلى معايرة مستمرة.

10. مقارنة بين أجهزة التحليل الطيفي

• ربطه بالحواسيب والبرمجيات: لتحليل النتائج تلقائيًا.

• تطوير أجهزة محمولة: مناسبة للميدان والتحاليل السريعة.

• دمج الذكاء الاصطناعي: لتفسير النتائج بدقة أعلى.

 المراجع:

1. BiomedicalPost.com – Spectrophotometer Basics

2. ScienceDirect – Spectrophotometry Overview

3. PubMed Central – Applications in Biomedical Analysis

4. Thermo Fisher Scientific – UV-Vis Spectrophotometers

5. Harvard University – Lab Protocols

6. OpenStax – Analytical Chemistry

7. Wikipedia – Spectrophotometry