Máy quang phổ khả kiến UV-Vis

Nội dung chính

Quang phổ là gì?
Máy đo quang phổ (UV-Vis Spectrophotometer)
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Ứng dụng
Vì sao nên hiệu chuẩn máy đo quang phổ?
Quy trình hiệu chuẩn máy đo quang phổ

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.

1. Giới thiệu máy phân tích quang phổ

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.

2. Quang phổ

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.

3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động máy quang phổ hấp thụ

3.1 Cấu tạo Máy phân tích quang phổ

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

3.2 Nguyên lý hoạt động của Máy phân tích quang phổ

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:

4. Ứng dụng

Máy đo quang phổ UV VIS đáp ứng yêu cầu rất cao về độ chính xác và tin cậy của phép đo nên được ứng dụng nhiều trong ngành nghiên cứu sinh học, công nghiệp, dược phẩm, môi trường,…

– Dùng trong nghiên cứu dược phẩm: Xác định, định lượng các hợp chất trong dược phẩm, đảm bảo chất lượng và hiệu quả của chúng.

– Dùng trong các ngành công nghiệp như dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm: Kiểm soát và phân tích chất lượng và tính nhất quán của nguyên liệu và sản phẩm.

– Dùng trong phân tích môi trường, phân tích nguồn nước.

– Phát hiện các thành phần độc hại.

– Xác định độ tinh khiết.

– Phân tích các mẫu mà không phá hủy hay xử lý hóa học.

– Phân tích các mẫu vi thể tích nhỏ tới 0,5 microlit.

5. Tại sao nên hiệu chuẩn máy đo quang phổ?

Đây là thiết bị phân tích được sử dụng rất thường xuyên trong phòng thí nghiệm. Do đó, việc hiệu chuẩn máy đo quang phổ rất quan trọng không chỉ để đảm bảo rằng thiết bị hoạt động ổn định, cung cấp kết quả chính xác mà còn để xác định xem các bộ phận, đèn, cảm biến quang,…có xảy ra lỗi hay không để thiết bị có thể vận hành với trạng thái tốt nhất.

Ngoài ra, nếu thiết bị không được sử dụng, không được kiểm soát hay hiệu chuẩn trong thời gian dài, nhiều khả năng máy đo quang phổ sẽ bị ‘trôi’.

Độ trôi khiến thiết bị cung cấp kết quả đo không chính xác. Việc hiệu chuẩn sẽ giúp phát hiện vấn đề này và cho phép nhà phân tích khắc phục chúng.

6. Quy trình hiệu chuẩn máy quang phổ UV-Vis

HTPC-SUV-01_UV-Uvis -Calibration Procedure-V-02

6.1 Phạm vi áp dụng

Quy trình áp dụng cho quy trình hiệu chuẩn đối với thiết bị đo quang phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis có phạm vi đo (240 ÷ 683) nm và độ hấp thu từ (0 ÷ 2) Abs

6.2 Điều kiện môi trường

Nhiệt độ: (23 ± 2) °C
Độ ẩm không khí: ≤ 85 % RH

6.3 Lựa chọn phương tiện dùng để hiệu chuẩn

6.3.1. Chuẩn đo lường

Bộ chuẩn độ hấp thụ: Phạm vi đo độ hấp thụ: (0 ÷ 2) Abs trong vùng bước sóng: (279,8 ÷ 637,5) nm
Bộ kính lọc chuẩn Hellma 666-F0, -F1, -F2, -F3, -F4.

6.3.2. Phương tiện đo khác

Phương tiện đo nhiệt độ và độ ẩm môi trường: Nhiệt độ: (0 ÷ 50) oC; giá trị độ chia 1oC; độ ẩm không khí (25 ÷ 95) %RH; giá trị độ chia: 1%RH.

6.3.3. Phương tiện phụ

Hộp đựng chuyên dụng, vải cotton, chổi tóc mềm, găng tay, khẩu trang, giấy chuyên dụng.

6.4. Chuẩn bị hiệu chuẩn

Các bộ chuẩn được lau sạch bằng giấy chuyên dùng lau thấu kính quang học và chổi tóc mềm. Sau khi bộ chuẩn được lau sạch sẽ đặt lên khay.
Khởi động máy quang phổ UV-Vis cần hiệu chuẩn tối thiểu 30 phút trước khi làm các phép hiệu chuẩn.

6.5. Tiến hành hiệu chuẩn

6.5.1. Kiểm tra bên ngoài:

PTĐ đạt yêu cầu như: ký hiệu, nhãn hiệu rõ ràng, vỏ của phương tiện đo không bị nứt vỡ, các bộ phận cấu thành nên phương tiện đo quang phổ UV-Vis không bị vỡ, hỏng.

6.5.2. Kiểm tra kỹ thuật:

Kiểm tra trạng thái hoạt động bình thường theo tài liệu kỹ thuật.

6.5.3. Kiểm tra đo lường:

6.5.3.1. Kiểm tra độ chính xác của 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.

6.5.3.2. Kiểm tra độ chính xác của bước sóng

Kiểm tra độ chính xác độ hấp thụ
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.

6.6. Tài liệu tham khảo