Спектрофотометр: что это, принцип действия лабораторного спектрофотометра

Что такое спектрофотометр?

Спектрофотометр, как и титратор, – это  инструмент, который используется во многих исследовательских центрах мира. Он измеряет количества света, поглощенного или пропущенного через образец при определенной длине волны. Этот прибор состоит из нескольких основных частей. Источник света генерирует пучок света, который проходит через образец. Монохроматор отбирает определенную длину волны, необходимую для измерения. Кювета содержит образец, через который проходит свет. Детектор измеряет интенсивность света, прошедшего через образец.

История создания спектрофотометра, как и изобретение различных видов рефрактометра, – это увлекательный рассказ о научном прогрессе, прослеживающий путь от наблюдения цвета до измерения света. Все началось с наблюдений Исаака Ньютона в 1666 году, когда он разложил белый свет на спектр цветов с помощью призмы. Это открытие заложило фундамент для изучения света и его свойств. В 1814 году Йозеф фон Фраунгофер заметил тёмные линии в солнечном спектре, которые позднее были названы линиями Фраунгофера.

Это открытие дало ключ к пониманию химического состава звёзд и других небесных тел. В середине XIX века Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен использовали спектральный анализ для идентификации химических элементов в образцах. Их работа привела к открытию новых элементов, таких как цезий и рубидий. В 1900-х годах Артур Конан Дойл и Фридрих Пашен изобрели первые спектрофотометры. Эти устройства использовали фотоэлектрические элементы для измерения интенсивности света в разных частях спектра.

Сферы применения

Спектрофотометр, подобно бактерицидной камере для хранения стерильных инструментов,  – это незаменимый инструмент, который широко применяется в различных научных областях и отраслях промышленности. Данный прибор используется для анализа крови, мочи и других биологических жидкостей, позволяя обнаружить различные патологии, такие как анемия, инфекции и нарушения обмена веществ. Также спектрофотометр позволяет изучать состав и свойства клеток, тканей и биологических образцов.

Это устройство нашло себя в точном определении концентрации и чистоты лекарственных препаратов, а также для контроля качества. В химии инструмент необходим для определения состава различных химических веществ, как органических, так и неорганических. В области экологии и охраны окружающей среды спектрофотометры нужны для определения состава и концентрации загрязняющих веществ в воде, почве и воздухе.

Помимо прочего, прибор применяют для изучения физико-химических свойств пищевых продуктов, например, для определения содержания белков, жиров, анализатор которого находится у нас в средней ценовой категории, углеводов и других веществ. Сегодня ученые продолжают совершенствовать спектрофотометры, делая их ещё более точными, чувствительными и портативными. В будущем эти устройства, вероятно, найдут применение в новых областях, таких как персонализированная медицина, экологический мониторинг и космические исследования.

Принцип работы

Работа спектрофотометра основана на принципе того, что различные вещества поглощают свет по-разному в зависимости от его длины волны. Прибор  использует источник света, который излучает свет в широком диапазоне длин волн. Свет от источника проходит через монохроматор, который отбирает узкий диапазон длин волн, называемый монохроматическим светом, что  направляется на пробу, нуждающуюся в точном измерении.

Часть света проходит через пробу и попадает на детектор, который измеряет интенсивность прошедшего света. В процессе спектрофотометр сравнивает интенсивность света, прошедшего через пробу, с интенсивностью света, прошедшего через эталонный раствор (который не содержит анализируемого вещества). После этого инструмент приступает к анализу. На основе полученных данных о поглощении или пропускании света рассчитывается концентрация анализируемого вещества в пробе.

У использования спектрофотометра есть неоспоримые преимущества. Он способен измерять очень малые концентрации веществ. Анализ может быть выполнен за короткий промежуток времени. И, несмотря на достаточно запудрённый процесс измерения, данные приборы относительно просты в использовании. Спектрофотометр позволяет определить концентрацию анализируемого вещества с высокой точностью и чувствительностью.

Виды спектрофотометров

В зависимости от конкретной задачи и спектрального диапазона, с которым работает прибор, существуют различные типы спектрофотометров. Среди основных видов можно выделить шесть разновидностей. Ультрафиолетовый-видимый (УФ-ВИД) спектрофотометр измеряет поглощение света в УФ и видимом диапазоне. Спектральный диапазон  инфракрасного (ИК) спектрофотометра – 700-4000 см. Его механизм действия схож с принципом работы ик фурье спектрометра, цена которого в нашем интернет-магазине вполне приемлема.

Спектральный диапазон атомно-абсорбционного спектрофотометра (ААС) специфичен для каждого элемента. Измеряя поглощение света атомами вещества в газовой фазе, он  определяет концентрацию металлов в растворах, почвах и биологических образцах. Флуоресцентный спектрофотометр имеет широкий спектральный диапазон – в зависимости от возбуждающего и эмиссионного диапазонов. Он измеряет интенсивность флуоресценции вещества при облучении его светом.

Спектральный диапазон  рентгеновского спектрофотометра – 0,1-10 нм. Прибор измеряет поглощение и излучение рентгеновских лучей веществом. Его используют для анализа химического состава материалов, определения элементных концентраций, изучения структуры кристаллической решетки, исследования свойств поверхностей. Лазерный спектрофотометр использует лазерный луч для возбуждения вещества и измерения спектра излучения. Без него нельзя провести высокоточную спектроскопию, изучить молекулярную динамики и измерить скорость химических реакций.