آنچه در این مقاله می‌خوانید
در اسپکتروفوتومترهای جذب و عبور مطالعات میزان جذب یا عبور نور در مواد نمونه، پایه بررسی مشخصات مولکولی ذرات و محلول های ناشناخته متعدد است و کووت ها برای نگهداری این نمونه ها طراحی شده اند.
در حقیقت، کووت های مختلف، به دلیل طراحی های ویژه و گستره انتقال کامل طیف الکترومغناطیسی نتایج دقیقی را در طیف سنجی امکان پذیر می کنند.
کووت ها برای نگهداری نمونه های طیفی طراحی شده اند، جایی که یک پرتو نور از داخل نمونه در داخل کووت عبور داده می شود تا جذب، عبور، شدت فلورسانس، قطبش فلورسانس یا طول عمر فلورسانس نمونه را اندازه گیری کند.
در آزمایشگاه ها، به لوله ها یا قالب های استانداردی که محلول در آن ریخته می شود، کووت یا سل (cuvette) می گویند که برخی از انواع آنها نیز به طور اختصاصی و در طرح های خاص در اسپکتروفتومتری به کار می روند.
انتخاب این سل ها (بر اساس جنس، شکل و حجم) پارامتری مهم و کلیدی در اندازه گیری جذب یا عبور نور در آزمایشگاه های طیف سنجی است.
انتخاب cuvette مناسب برای اندازه گیری جذب و عبور، نیاز به نهایت دقت دارد و کیفیت آن نباید به خطر بیفتد، زیرا در غیر این صورت نتایج آزمایشی (مستقیم و یا غیر مستقیم) تحت تأثیر قرار خواهند گرفت و دقیق نخواهند بود.
این لوله های آزمایش با سطح مقطع های مختلفی موجود هستند (معمولاً مربع، مستطیل یا گرد) که یک انتهای آنها کاملاً بسته است.
اینکه از کدام سل استفاده شود، بستگی به نوع طراحی هولدر دستگاه اسپکتروفتومتر دارد. برخی از دستگاه های اسپکتروفتومتر متناسب با تمامی اشکال کووت های رایج استاندارد هستند.
از بین انواع مختلف این قطعات، موارد دارای سطح مقطع مربع کاربردهای گسترده تری دارند زیرا هنگام عبور نور، مقدار کمتری از آن هدر می رود.
در واکنش های شیمیایی معمول، لوله های آزمایش معمولی مفید و کافی هستند، اما برای اندازه گیری میزان عبور یا جذب تابش در طول موج های خاص در اسپکتروفوتومترهای جذبی از cuvette استفاده می شود.
در طیف سنجی، مواد مختلف طول موج های مختلفی را جذب می کنند و بنابراین باید از cuvette های مختص در آن ناحیه طول موجی استفاده کرد که در جایگاه های مخصوص تعبیه شده بر روی دستگاه ها قرار می گیرند.
برای مثال، اگر ماده ای در ناحیه فرابنفش طیف الکترومغناطیسی نور را جذب می کند، باید از سلی استفاده شود که در این ناحیه جذب نداشته باشد زیرا در این صورت هیچ طیف قابل آنالیزی از نمونه عبور نخواهد کرد.
برای ماده ای که جذب در UV دارد، نباید از کووتی با جنش شیشه معمولی استفاده کرد زیرا نور UV را جذب می کند.
از آنجایی که در هنگام اسپکتروفوتومتری، محلول باید در مسیر نور قرار گیرد، درجه وضوح بالا و شکل های خاص سل ها این امکان را فراهم می کنند که پرتو نور از ماده نمونه عبور کند.
اغلب، این لوله ها تا 80 درصد حجمشان پر می شوند، اما حجم پر شدن برای انواع مختلف متفاوت است و نمونه مستقیماً با استفاده از میکروپیپت به داخل آنها تزریق می شود و آماده استفاده است.
شکل 1- انواع کووت اسپکتروفتومتری در ابعاد و جنس های مختلف
کووت های آزمایشگاهی با نام های مختلفی شناخته می شوند که از جمله پرکاربردترین آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
کووت های اسپکتروفتومتری معمولاً از دو یا چهار طرف صیقل داده می شوند و سمت صیقلی است که اجازه عبور حداکثری به نور را می دهد.
از آنجایی که در اسپکتروفوتومترهای جذبی، نور به صورت خطی از نمونه عبور می کند، صیقلی بودن تنها دو وجه مقابل یکدیگر کفایت می کند.
در مقابل، برای آزمایش های فلورسانس و پراکندگی که سیگنال در زاویه ای 90 درجه ای نسبت به نور فرودی دریافت می‌شود، هر چهار طرف باید صیقل داده شوند.
میزان جذب نور، مستقیماً با طول مسیر نوری متناسب است و مسافت طی شده توسط پرتو نور از نمونه به عنوان طول مسیر شناخته می شود.
به عبارت دیگر، طول بین دیواره های داخلی کووت که نور از آن عبور می کند، به عنوان مسیر نوری در نظر گرفته می شود.
در حقیقت، فاصله داخلی بین پنجره های جلو و عقب، مسیر نوری یا طول مسیر خواهد بود و به گونه ای انتخاب می شود که اطمینان حاصل شود که با خوانش جذب، از دامنه دینامیکی آشکارساز تجاوز نکند.
ابعاد یک کووت معمولی استاندارد mm 5/12*5/12 است و طول مسیر آن mm 10 است. با این حال، سل هایی با مسیر نوری کوتاه تر یا طولانی تر نیز موجود هستند و به طور کلی ارتفاع مسیرهای نوری mm 5/8 یا mm 15 است.
شکل 2- ابعاد یک کووت mm 10
شکل 3- طول مسیر یک کووت نوعی mm 10 از نمای بالا
با توجه به طول مسیر و ارتفاع، حجم نمونه می تواند در محدوده میکرولیتر تا میلی لیتر متغیر باشد و حداکثر مقدار نمونه ای که می تواند یک کووت با خیال راحت حمل کند، حجم آن نامیده می شود.
حجم استاندارد با طول مسیر mm10، برابر با mL 5/3 است. فرمولی که معمولاً برای محاسبه حجم مورد استفاده قرار می گیرد، به شرح زیر است:
%80 ارتفاع داخلی × عرض داخلی × طول مسیر نوری = حجم کووت
برای مثال، برای یک کووت اسپکتروفتومتر استاندارد mm 10 فرمول بالا به صورت زیر خواهد شد:
10 (Path Length) × 10 (Inner Width) × 43.75 (Inner Height) × 80% = 3.5 mL
مقدار 80% برای این منظور است که یک سل هرگز نباید بیش از 80% پر شود زیرا اگر نمونه ها خیلی نزدیک به انتهای بالایی آن باشند، ممکن است سرریز شوند و موقعیت خطرناکی ایجاد شود (به ویژه در مورد نمونه های اسیدی).
پاسخ به این پرسش به نوع کووت که استفاده می شود و ابعاد Z دستگاه بستگی دارد که یکی از مهم ترین مشخصات آنها است.
معمولاً هر دستگاه اسپکتروفوتومتر یا فلورومتر، دارای ارتفاع پرتوهای مختلف بر اساس تصمیمات مهندسی خاص می باشد.
بُعد Z، فاصله از کف تا مرکز عبور پرتو نور است. به عبارت ساده‌تر، Z، فاصله از پایین یک کووت تا مرکز پنجره نمونه است و در حقیقت، این مقدار مربوط به ارتفاع پرتو نور تولید شده توسط دستگاه است.
به طور معمول، ابعاد Z یا ارتفاع مرکز پنجره که رایج هستند، یکی از این سه موارد است: mm 5/8، mm 15 و mm 20. بسیار مهم است که مطمئن شوید که کووت با ابعاد Z مناسب سفارش می دهید.
شکل4- ابعاد رایج Z
سل های مورد استفاده در اسپکتروفوتومتری، برای پشتیبانی از محدوده های طول موجی مختلف و نیازهای طول مسیر در انواع مختلفی از مواد شفاف تولید می شوند. جنس های محبوب، موارد زیر می باشند:
این نوع کووت ها، اغلب در سنجش های سریع طیف سنجی نوری استفاده می شوند، جایی که سرعت بالا مهم تر از دقت بالا است.
در حقیقت، این نوع سل ها را می توان در آزمایشگاه هایی استفاده کرد که شدت پرتو نور آنقدر زیاد نیست.
محدوده طول موج قابل استفاده این نوع سل، بازه nm 380-780 (طیف مرئی) را پوشش می دهند و بسیاری از آنها یکبار مصرف هستند تا از آلودگی ناشی از استفاده مجدد جلوگیری شود.
ساخت و خرید آنها ارزان است و اغلب از مواد پلی متیل متاکریلات (PMMA) و پلی استایرن (PS) برای ساختن آنها استفاده می شود.
شکل5- نمونه ای از سل های پلاستیکی
این نوع سل، از پلی استایرن (PS)، پلی متیل متاکریلات (PMMA) و شیشه ساخته می شوند. این مواد برای استفاده در محدوده تشعشع مرئی خوب هستند و دارای محدوده انتقال متوسطی از nm 340 تا nm 2500 هستند.
لازم به ذکر است که بیشتر آزمایش ها در این محدوده قرار می گیرند. بنابراین، اگر پول کمی برای خرید کووت اختصاص داده شده است، بهتر است به سراغ خرید انواع شیشه ای نوری بروید.
شکل6- نمونه ای از یک سل شیشه ای
این نوع، به طور اختصاصی برای اندازه گیری در محدوده طول موجی فرابنفش قابل استفاده هستند، زیرا شیشه و بیشتر پلاستیک ها نور فرابنفش را جذب می کنند و بنابراین در نتایج نهایی تداخل ایجاد می کنند.
کوارتز قابلیت انتقال نور بیشتر و شفافیت بیشتری دارد و بنابراین، برای آزمایش های حساس از آن استفاده می شود. البته، امروزه انوع پلاستیکی یکبار مصرف خاصی نیز وجود دارد که در برابر اشعه فرابنفش شفاف هستند.
سل های کوارتز، دوام بیشتری نسبت به پلاستیک یا شیشه دارند. گران تر از نوع شیشه ای معمولی هستند، اما محدوده طول موجی گسترده ای از nm 190-2500 را پوشش می دهند که در محدوده طیف سنجی UV قرار دارد. بنابراین، برای اندازه گیری طیف UV، به طور اجباری مورد نیاز است.
علاوه بر این ویژگی ها، کوارتز دارای بالاترین مقاومت حرارتی در بین موارد دیگر است و در هنگام انتخاب کووت نیز توجه به آن ضروری است.
شکل7- نمونه ای از کووت کوراتز
نوع کوارتز IR یکی از انتخاب های مفید برای استفاده در اسپکتروفتومترهای UV-Vis-IR هستند. محدوده قابل ارائه، بازه طیفی nm 220-3500 می باشد که علاوه بر ناحیه IR، برخی از مناطق UV را نیز می تواند تحت پوشش قرار دهد.
شکل8- نمونه کووت IR
یاقوت کبود بسیار سخت است و خراشیدن آن را سخت می کند. در واقع، این نوع سل در برابر آسیب های ناشی از برق، گرما و خوردگی شیمیایی بسیار مقاوم است.
محدوده طول موجی بسیار گسترده ای از nm 250-5000 را پوشش می دهد و از آنجایی که محدوده نوری گسترده تر و کیفیت مواد بالاتر است، یکی از گران ترین مواد است.
شکل9- مقایسه طیفی یاقوت کبود، شیشه و کوارتز
جدول زیر، محدوده پوشش دهی طول موجی انواع مختلف کووت را به طور خلاصه نشان می دهد.
شکل زیر، طیف های عبور به دست آمده برای انواع مختلف کووت نمونه را نشان می دهد. مشاهده می شود که هیچ جذبی در محدوده طول موجی ارائه شده در جدول بالا وجود ندارد.
شکل10- طیف عبوری کووت هایی از جنس مختلف
برای اندازه گیری جذب در اسپکتروفوتومتر، انتخاب کووت مناسب یک امر ضروری است زیرا همانطور که در بالا توضیح داده شد، هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند و بسته به کاربرد انتخاب می شوند.
کووت یک ظرف کوچک لوله مانند با اضلاع صاف است که در سطح مقطع های مختلفی در بازار موجود است.
یک انتهای cuvette کاملاً بسته است و از مواد شفاف و شفافی مانند پلاستیک، شیشه یا کوارتز ذوب شده ساخته شده است.
کووت ها برای نگهداری نمونه ها برای اندازه گیری و آنالیز طیف سنجی طراحی شده اند، جایی که یک پرتو نور از داخل نمونه در داخل کووت عبور داده می شود تا خصوصیاتی از ماده اندازه گیری شود.
در این مقاله انواع کووت اسپکتروفتومتری و محدوده های پوشش طول موجی آنها را به تفصیل شرح دادیم. امیدواریم که این مقاله برای شما مفید بوده است. 😊 مقالات دیگر در مورد اسپکتروفتومتر را از دست ندهید.
به شما کاربر عزیز پیشنهاد می کنیم که محصولات شرکت دانش بنیان بلورآزما را مشاهده کنید و در صورت نیاز، می توانید کاتالوگ هر محصول را به صورت جداگانه دانلود نمایید. 😍
منتظر نظرات، پیشنهادات و انتقادات شما هستیم، تیم بلورآزما🌻
Kenkel, J. Analytical Chemistry for Technicians, Fourth Edition, 2013.
Tkachenko, N.V., Optical Spectroscopy: Methods and Instrumentations, Elsevier Science, 2006.
Choice of cuvette material can influence spectroscopic leakage and permeability experiments with liposomes.
مقالات منتشر شده در ساعاتی قبل
چه خوب و جامع
مقاله کووت یا سل عالی بود ، ممنون از شما