Is modh é speictreafótaiméadracht chun an méid a ionsúnn substaint cheimiceach solas a thomhas trí dhéine an tsolais a thomhas de réir mar a théann léas solais trí thuaslagán samplach. Is é an bunphrionsabal ná go ndéanann gach cumaisc solas a ionsú nó a tharchur thar raon áirithe tonnfhad. Is féidir an tomhas seo a úsáid freisin chun méid substainte ceimiceach aitheanta a thomhas. Tá speictreafótaiméadracht ar cheann de na modhanna anailíse cainníochtúla is úsáidí i réimsí éagsúla mar cheimic, fisic, bithcheimic, innealtóireacht ábhar agus cheimiceach agus feidhmeanna cliniciúla.

Réamhrá

Déanann gach comhdhúil cheimiceach solas (radaíocht leictreamaighnéadach) a ionsú, a tharchur nó a fhrithchaitheamh thar raon áirithe tonnfhad. Is tomhas é speictreafótaiméadracht ar an méid a ionsúnn nó a tharchuireann substaint cheimiceach. Úsáidtear speictrophotiméadracht go forleathan le haghaidh anailís chainníochtúil i réimsí éagsúla (m.sh., ceimic, fisic, bitheolaíocht, bithcheimic, innealtóireacht ábhar agus cheimiceach, feidhmeanna cliniciúla, feidhmeanna tionsclaíocha, srl). Is féidir le haon iarratas a dhéileálann le substaintí nó ábhair cheimiceacha an teicníc seo a úsáid. Sa bhithcheimic, mar shampla, úsáidtear é chun imoibrithe einsím-catalyzed a chinneadh. In iarratais chliniciúla, úsáidtear é chun fola nó fíocháin a scrúdú le haghaidh diagnóis chliniciúil. Tá roinnt éagsúlachtaí ann freisin ar an speictreafótaiméadracht amhail speictreafótaiméadracht ionsúcháin adamhach agus speictreafótaiméadracht astaithe adamhach.

Is ionstraim é speictreafótaiméadar a thomhaiseann an méid fótón (déine an tsolais) a shúitear tar éis dó dul trí thuaslagadh samplach. Leis an speictreafótaiméadar, is féidir méid substainte ceimiceach ar a dtugtar (tiúchana) a chinneadh freisin trí dhéine an tsolais a bhraitear a thomhas. Ag brath ar raon tonnfhad na foinse solais, is féidir é a aicmiú i dhá chineál éagsúla:

• Speictreafótaiméadar infheicthe UV : úsáideann solas thar an raon ultraivialait (185 – 400 nm) agus raon infheicthe (400 – 700 nm) de speictream radaíochta leictreamaighnéadach.
• Speictreafótaiméadar IR : úsáideann sé solas thar an raon infridhearg (700 – 15000 nm) de speictream radaíochta leictreamaighnéadach.

I speictrophotiméadracht infheicthe, is féidir ionsú nó tarchur substainte áirithe a chinneadh de réir an dath breathnaithe. Mar shampla, tá cuma dhubh go teoiriciúil ar shampla réitigh a ionsúnn solas thar gach raon infheicthe (.i. ní tharchuireann aon cheann de na tonnfhaid infheicthe). Ar an láimh eile, má tharchuirtear gach tonnfhad infheicthe (ie, nach n-ionsúnn sé rud ar bith), is cosúil go bhfuil an sampla tuaslagáin bán. Má ionsúnn sampla tuaslagáin solas dearg (~700 nm), feictear glas air mar is é glas an dath comhlántach ar dearg. Úsáideann speictrifhótaiméadair infheicthe, go praiticiúil, priosma chun raon áirithe tonnfhad a chaolú (chun tonnfhaid eile a scagadh) ionas go n-aistrítear an léas solais ar leith trí shampla réitigh.

Gléasanna agus meicníocht

Léiríonn Fíor 1 bunstruchtúr na speictreafótaiméadair. Tá sé comhdhéanta de fhoinse solais, collimator, monacrómach, roghnóir tonnfhad, cuvette le haghaidh réiteach samplach, brathadóir fótaileictreach, agus taispeáint digiteach nó méadar. Déantar cur síos ar mheicníocht mhionsonraithe thíos. Taispeánann Fíor 2 speictreafótaiméadar samplach (Múnla: Spectronic 20D).

Tá speictreafótaiméadar, go ginearálta, comhdhéanta de dhá fheiste; speictriméadar agus fótaiméadar. Is gléas é speictriméadar a tháirgeann, a scaipeann agus a thomhaiseann solas. Léiríonn fótaiméadar an brathadóir fótaileictreach a thomhaiseann déine an tsolais.

• Speictriméadar : Táirgeann sé raon inmhianaithe tonnfhad an tsolais. Ar dtús, tarchuireann collimator (lionsa) léas díreach solais (fótóin) a théann trí mhonacrómadóir (priosma) chun é a roinnt ina roinnt tonnfhad comhpháirte (speictream). Ansin ní tharchuireann roghnóir tonnfhad (slit) ach na tonnfhaid atá ag teastáil, mar a thaispeántar i bhFíor 1.
• Fótaiméadar : Tar éis don raon tonnfhad solais atá ag teastáil dul tríd an réiteach sampla i cuvette, aimsíonn an fótaiméadar méid na bhfótón a ionsúitear agus ansin cuireann sé comhartha chuig galbhánaiméadar nó taispeáint dhigiteach, mar a léirítear i bhFíor 1.

Teastaíonn speictriméadar uait chun tonnfhaid éagsúla a tháirgeadh mar is fearr a ionsúnn comhdhúile difriúla ag tonnfhaid éagsúla. Mar shampla, tá an ionsú uasta ag p-nitrophenol (foirm aigéad) ag thart ar 320 nm agus is fearr an t-ionsú p-nitrophenolate (bunfhoirm) ag 400nm, mar a thaispeántar i bhFíor 3.

Ag féachaint ar an ngraf a thomhaiseann ionsúiteacht agus tonnfhad, is féidir pointe isosbestic a fheiceáil freisin. Is é is pointe isosbestic ann an tonnfhad ina bhfuil ionsúcht dhá speiceas nó níos mó mar an gcéanna. Léiríonn cuma phointe isosbestic in imoibriú NACH bhfuil idirmheánach ag teastáil chun táirge a fhoirmiú ó imoibreán. Léiríonn Fíor 4 sampla de phointe isosbestic.

Ag tagairt ar ais go Figiúr 1 (agus Fíor 5), tá an méid fótón a théann tríd an cuvette agus isteach sa bhrathadóir ag brath ar fhad an cuvette agus tiúchan an tsampla. Nuair a bheidh déine an tsolais ar eolas agat tar éis dó dul tríd an cuvette, is féidir leat é a cheangal le tarchur (T). Is éard is tarchur ann an codán den solas a théann tríd an sampla. Is féidir é seo a ríomh ag baint úsáide as an gcothromóid:

\(Iompar (T) = \dfrac{I_t}{I_o} \)

An áit a bhfuil mé an déine solais tar éis don léas solais dul tríd an _gcuvette agus is é I _o déine an tsolais sula dtéann léas an tsolais tríd an gcuvette. Baineann tarchur le hionsú ag an slonn:

\(Asú (A) = – log(T) = – log(\dfrac{I_t}{I_o} )\)

Nuair is ionann ionsúiteacht agus an méid fótón a shúitear. Leis an méid ionsúcháin atá ar eolas ón gcothromóid thuas, is féidir leat tiúchan anaithnid an tsampla a chinneadh trí úsáid a bhaint as Dlí Beer-Lambert. Léiríonn Fíor 5 tarchur solais trí shampla. Úsáidtear an fad \(l\) le haghaidh Dlí Beer-Lambert a bhfuil cur síos air thíos.

Dlí Beoir-Lambert

Deir Dlí Beoir-Lambert (ar a dtugtar Dlí Beoir freisin) go bhfuil gaol líneach idir ionsúchán agus tiúchan sampla. Ar an gcúis seo, ní féidir Dlí Beoir a chur i bhfeidhm ach amháin nuair a bhíonn caidreamh líneach ann. Scríobhtar Dlí Beoir mar:

\(A = \ epsailón{lc} \)

cá

• Is é \(A\) an tomhas ionsúcháin (gan aonaid),
• Is é \(\epsilon\) an chomhéifeacht díothaithe molar nó an ionsúiteacht mhólar (nó an chomhéifeacht ionsúcháin),
• Is é \(l\) fad an chosáin, agus
• Is é \(c\) an tiúchan.

Tugtar an chomhéifeacht díothaithe molar mar thairiseach agus athraíonn sé do gach móilín. Ós rud é nach n-iompraíonn ionsúchán aon aonaid, ní mór do na haonaid do \(\epsilon\) na haonaid faid agus tiúchana a chealú. Mar thoradh air sin, tá na haonaid ag \(\epsilon\): L·mol ^-1 ·cm ^-1 . Déantar fad an chosáin a thomhas ina cheintiméadair. Toisc go n-úsáideann speictriméadar caighdeánach cuvette atá 1 cm ar leithead, glactar leis i gcónaí go bhfuil \(l\) comhionann le 1 cm. Ós rud é go bhfuil ionsú, \(\epsilon\), agus fad cosáin ar eolas, is féidir linn tiúchan \(c\) an tsampla a ríomh.

Sampla 1

Tá ionsúiteacht uasta de 275 nm ag Guanóisín . \( \ epsilon_{275} = 8400 m^{-1} cm^{-1} \) agus is é 1 cm fad an chosáin. Ag baint úsáide as speictreafótaiméadar, aimsíonn tú an ceann sin \(A_{275} = 0.70\). Cad é an tiúchan guanóisín?

Réiteach

Chun an fhadhb seo a réiteach, ní mór duit Dlí Beoir a úsáid.

\[A lc />

0.70 = (8400 M ^-1 cm ^-1 )(1 cm)(\(c\))

Ansin, roinn an dá thaobh ar [(8400 M ^-1 cm ^-1 )(1 cm)]

\(c\) = 8.33×10 ^-5 mol/L

Sampla 2

Tá substaint i dtuaslagán (4 g/lítear). Is é 2 cm fad an cuvette agus ní tharchuirtear ach 50% den bhíoma solais áirithe. Cad é an comhéifeacht ionsú?

Réiteach

Trí úsáid a bhaint as Dlí Beoir-Lambert, is féidir linn an chomhéifeacht ionsúcháin a ríomh. Mar sin,

\(- \log \clé(\dfrac{I_t}{I_o} \right) = – \log(\dfrac{0.5}{1.0}) = A ={8} \eipeasón\)

Ansin faighimid é sin

\(\epsilon\) = 0.0376

Sampla 3

I sampla 2 thuas, cé mhéad a tharchuirtear an léas solais nuair a bhíonn 8 g/lítear ?

Réiteach

Ós rud é go bhfuil \(\epsilon\ ar eolas againn), is féidir linn an tarchur a ríomh trí úsáid a bhaint as Dlí Beer-Lambert. Mar sin,

\(\log(1) – \log(I_t) = 0 – \log(I_t)\) = 0.0376 x 8 x 2 = 0.6016

\(\log(I_t)\) = -0.6016

Mar sin, \(I_t\) = 0.2503 = 25%

Sampla 4

I sampla 2 thuas, cad é an comhéifeacht ionsú molar má tá an meáchan móilíneach 100?

Réiteach

Is féidir é a fháil go simplí tríd an gcomhéifeacht ionsúcháin a iolrú faoin meáchan móilíneach. Mar sin,

\(\epsilon\) = 0.0376 x 100 = 3.76 L·mol ^–1 ·cm ^–1

Sampla 5

Is é an comhéifeacht ionsú de choimpléasc glycogen-iaidín 0.20 ag solas 450 nm. Cad é an tiúchan nuair a bhíonn an tarchur 40 % i cuvette 2 cm?

Réiteach

Is féidir é a réiteach freisin trí úsáid a bhaint as Dlí Beoir-Lambert. Mar sin,

\[- \log(I_t) = – \log(0.4) = 0.20 \times c \times 2\]

Ansin \(c\) = 0.9948

Tagairtí

1. Atkins, Peadar agus Julio de Paula. Ceimic Fhisiceach do na hEolaíochtaí Beatha. Nua-Eabhrac: Oxford University Press, 2006.
2. Chang, Raymond. Ceimic Fhisiceach do na hEolaíochtaí Bitheacha. SAM: Leabhair Eolaíochta na hOllscoile, 2005.
3. Gura, a Mhichíl. Speictreafótaiméadracht & Speictrifhluairiméadracht. Nua-Eabhrac: Oxford University Press, 2000.
4. Price, Nicholas agus Dwek, Raymond agus Wormald, Mark. Prionsabail agus Fadhbanna sa Cheimic Fhisiciúil do Bhithcheimiceoirí. RG Ratcliffe. Nua Eabhrac: Oxford University Press, 1997.
5. Irwin H. Segel, Ríomhaireachtaí Bithcheimiceacha (Conas a Réitíonn Fadhbanna Matamaitice sa Bhithcheimic Ghinearálta), 2ú eagrán, John Wiley & Sons, 1975
6. http://www.nist.gov/pml/div685/grp03/spectrophotometry.cfm

Ranníocóirí agus Tréithe

• Kevin Vo (UCD)

Foinse