Boja je svugdje u svakodnevnom životu. Znate li da zapravo možete mjeriti boju? Spektrofotometar je ključan alat za biolozi i tehničare pri analiziranju kemijskih i bioloških uzoraka.
Ovaj blog će pogledati neke osnove spektrofotometrije i različitih konfiguracija.
Svjetlo i boja
Jednostavno rečeno, boje ovise o svjetlu. Mi zapravo ne vidimo boje, radije ono što vidimo kao boja je efekt svjetlosnog sjaja na objektu. Kada bijelo svjetlo osvijetli objekt, može se odražavati, apsorbirati ili prenositi. Staklo prenosi većinu svjetla koja dolazi u dodir s njom, tako da se čini bezbojno. Snijeg odražava sve svjetlo i izgleda bijelo. Crna tkanina upija sve svjetlo, i tako izgleda crno. Crveni komad papira reflektira crveno svjetlo bolje nego što odražava druge boje. Većina objekata pojavljuje se u boji jer njihova kemijska struktura upija određene valne dužine svjetlosti i odražava druge.
Kada raspravljamo o svjetlu, obično se odnosi na bijelo svjetlo. Tanka linija svjetlosti se zove zraka; zraka se sastoji od mnogih zraka svjetlosti. Kada bijelo svjetlo prolazi kroz prizmu (trokutasti prozirni objekt) boje koje čine bijelo svjetlo raspršiti u sedam traka boje. Ovi obojeni pojasi nazivaju se spektrom. Sedam boja čine bijelo svjetlo: crvena, narančasta, žuta, zelena, plava, indigo i ljubičasta. U bilo kojem spektru, trake boja su uvijek organizirane u ovom redoslijedu s lijeva na desno.
Pretpostavimo da obasemo zraku bijelog svjetla na supstanci koja upija plavo svjetlo. Budući da je plava komponenta bijelog svjetla apsorbira tvar, svjetlo koje se prenosi je uglavnom žuta, komplementarna boja plave. Ovo žuto svjetlo dolazi do naših očiju, a mi “vidimo” tvar kao žutu tvar u boji.
Varijacija boja sustava koji prelazi promjenu koncentracije neke komponente je osnova bojimetrijske analize.
Što je Kolorimetrija?
Kolorimetrija je jednostavno mjerenje boje. Bojenje je određivanje koncentracije tvari mjerenjem relativne apsorpcije svjetlosti u odnosu na poznatu koncentraciju tvari. U vizualnim bojama, prirodno ili umjetno bijelo svjetlo obično se koristi kao izvor svjetlosti i odrednica se obično rade s jednostavnim instrumentom koji se naziva bojilimetor ili komparator boja. Kada je oko zamijenjen fotoelektričnom ćelijom, instrument se naziva fotoelektričnim bojila.
Bojna analiza temelji se na načelu da mnoge tvari reagiraju jedni s drugima i formiraju boju koja može ukazivati na koncentraciju tvari koja se mjeri. Kada je tvar izložena zraku intenziteta svjetlosti (I₀), dio zračenja apsorbira molekule tvari i emitira zračenje određenog intenziteta (I). Ova razlika u intenzitetu koristi se za određivanje bojenja.
Količina radijacije koja se apsorbira daje se zakonom Beer-Lambert:
A = Ɛ · I · C
Gdje:
- A je apsorbancija
- Ɛ je koeficijent molarnog izumiranja [L/(mol·cm)]
- l je duljina puta (cm)
- C je koncentracija (mol/litra)
Fotometar vs Spektrofotometar
Fotometar
Fotometar izolira specifičnu valnu dužinu svjetlosti pomoću filtera. Kolorimetar koristi rubne filtre, ili neki sličan sustav, za odvajannja svjetla u komponente boja, a zatim odgovara onima za podudaranje krivulje na temelju ljudskog oka, proizvede se vrijednosti boja na temelju onoga što će ljudsko oko vidjeti.
To je idealno za podudaranje ljudskom vizualnom odgovoru, ali ne govori ništa o podacima nevidljivim ljudskom oku, kao što su emisijski šiljci na uskim točkama u spektru; To su spektralni podaci, i zahtijevaju spektrofotometar.
Upoznajte naš Multiparametarski fotometar i pH metar-HI83300.
Spektrofotometar
Spektrofotometar se razlikuje od fotometara jer oni omogućuju mjerenje u spektru svih valnih dužina vidljive svjetlosti, a ne samo unaprijed specificirane valne duljine. Spektrofotometri rade tako da izoliraju svjetlo na određenim valnim duljinama od bijele svjetlosti.
Spektrofotometar razbija svjetlo u spektru, koristeći rešetkom u boji ili sličan sustav. Onda niz senzora čita svaki dio spektra, stvarajući spektralne podatke.
Ovo je idealno ako analizirate spektralne emisije žarulje, zvijezde ili neki drugi izvor svjetlosti, zbog čega se spektrofotometri često koriste kao znanstveni uređaji.
Upoznajte naš Spektrofotometar Iris-HI801.
Optičke konfiguracije spektrofotometra
Jedna zraka
U konvencionalnom spektrofotometru jednostrukog zraka, prazni i uzorci mjereni su uzastopno, s razmakom od nekoliko sekundi za mjerenje jedne valne duljine i do nekoliko minuta za mjerenje punog spektra s konvencionalnim instrumentom. Pomak žarulje može rezultirati značajnim pogreškama tijekom dugih vremenskih intervala.
Dvostruka zraka
Dvostruki ili dual-snop, Spektrofotometar je razvijen kako bi se kompenzirale te promjene intenziteta žarulje između mjerenja na prazno i uzorak cuvetta. U ovoj konfiguraciji, izvor svjetlosti emitira jedan svjetlosni snop koji je podijeljen svjetlom helikopterom, stvarajući dvije grede jednake energije s jednakim optičkim stazama. Jedna zraka prolazi kroz referencu dok druga zraka prolazi kroz uzorak.
U usporedbi s dizajnom s jednim zrakom, instrumenti s dvostrukim zrakom sadrže više optičkih komponenti, što smanjuje protok i osjetljivost. Za visoku osjetljivost može biti potrebno dugo mjerenje vremena. Osim toga, složeniji mehanički dizajn dual-zrake Spektrofotometar može rezultirati siromašnom pouzdanosti.
Podjela zraka
Spektrofotometar s razdjelnikom svjetlosnog snopa (Split-beam) nalikuje dual-zraci spektrofotometru, ali koristi snop razdjelnika umjesto razdjelnika za slanje svjetla po praznom putu i uzorku istovremeno na dva odvojena, ali identičnih detektora. Ova konfiguracija omogućuje istovremeno mjerenje slijepe probe i uzorka. Dizajn podjele zraka mehanički je jednostavniji od pravog instrumenta s dvostrukom zrakom i zahtijeva manje optičkih elemenata.
Najbolja moguća uporaba spektrofotometra
Današnji spektrofotometri dizajnirani su da budu izdržljivi i prenosivi, nudeći fleksibilnost u uporabi. Dok su aplikacije gotovo beskrajne, neke od najboljih koristi uključuju:
- elementarno određivanja kvalitete vode
- enzimska analiza u vinu
- Analiza svojstava gnojiva za poljoprivredu
To su samo neke od mnogih potencijalnih koristi za Spektrofotometar.
