امروزه انتخاب و خرید اسپکترومتر مناسب، یکی از مهم ترین چالش ها در اندازه گیری های دقیق طیف سنجی‎ نوری‎ است.‎ برای هر آزمایشگاه تحلیل طیفی، خرید اسپکترومتر امر مهمی است که باید دقت بسیاری در این زمینه داشت زیرا‎ تنوع بالای مدل ها، فناوری ها و مشخصات فنی پیچیده، خرید این دستگاه را دشوار کرده است. دستگاه های اسپکترومتر، کاربردهای مختلفی در حوزه های علمی و صنعتی دارند و هر کاربرد، نیازمند ویژگی های خاصی در دستگاه می باشد. بنابراین باید پارامترهای مختلفی را در هنگام خرید اسپکترومتر در نظر گرفت تا دستگاه پاسخگوی نیاز کاربر باشد.

در این مقاله، تلاش می کنیم با بررسی انواع اسپکترومتر، اجزای کلیدی، پارامترهای فنی مهم و معیارهای کاربردی آنها، به شما کمک کنیم تا مناسب ترین گزینه را متناسب با نیاز آزمایشگاهی یا صنعت خود انتخاب نمایید.

پیش از خرید اسپکتروفتومتر چه چیزی را باید مشخص کنیم؟
پیش از خرید اسپکترومتر، لازم است ابتدا نیاز واقعی خود را به درستی بشناسیم. بسیاری از اشتباهات در خصوص خرید این دستگاه زمانی رخ می دهد که مشخصات فنی بدون توجه به کاربرد موردنظر بررسی می شود. در صورتی که بهترین اسپکترومتر، لزوماً گران ترین یا پیشرفته ترین مدل نیست، بلکه دستگاهی است که بیشترین تطابق را با شرایط کاری و هدف اندازه گیری داشته باشد.

در گام نخست، باید مشخص کنیم که دستگاه اسپکترومتر برای چه نوع کاربرد طیف سنجی استفاده خواهد شد؛ آیا هدف یک تحلیل یا آموزش دانشگاهی است یا تحقیقات با دقت و حساسیت بسیار بالا؟ سپس، محدوده طول موج مورد نیاز (UV، VIS، NIR و یا ترکیبی از آنها) باید تعیین گردد، زیرا عاملی است که مستقیماً به نوع منبع نور، طرح اپتیکی و آشکارساز تأثیر می گذارد.
شرایط محیطی محل کاربرد دستگاه نیز نقش مهمی در انتخاب دستگاه دارد. عواملی مانند دمای محیط، میزان رطوبت، لرزش، گرد و غبار و میزان پایداری برق همگی می توانند بر عملکرد و طول عمر اسپکترومتر اثرگذار باشند.
در نهایت باید میزان دقت، حساسیت و تکرارپذیری مورد انتظار به صورت واقع بینانه مشخص شود تا از انتخاب دستگاهی کمتر از حد نیاز مطلوب (و یا گاهی بیش از نیاز) جلوگیری شود.

اسپکترومتر و اجزای اصلی آن

دستگاه‎ اسپکترومتر (طیف سنج‎ نوری) ابزاری است که برای ثبت‎ و‎ اندازه گیری مشخصاتی‎ مانند‎ شدت‎ نور در طیف‎ های‎ خاصی‎ از‎ امواج الکترومغناطیسی استفاده می شود که در زمینه های مانند شیمی، فیزیک، نجوم و علوم محیطی کاربردهای گسترده ای دارند.‎ این‎ دستگاه‎ ها،‎ بر اساس تفکیک نور به طول موج یا فرکانس اجزای آن عمل می کنند و در نهایت اسپکترومتر شدت را به عنوان تابعی از طول موج نشان خواهد داد.‎ ‎در حقیقت، یک اسپکترومتر در سه مرحله کلی آنالیز انجام می دهد:

• دریافت نور
• تفکیک نور و ارسال نور به سیستم آشکارسازی
• ثبت و آنالیز اطلاعات دریافتی

برای خرید اسپکترومتر، ابتدا لازم است که با اجزای آن و عملکرد هرکدام آشنایی مختصری داشته باشیم. ابزار دقیق یک اسپکترومتر معمولاً شامل چند جزء اصلی است‎ که‎ در‎ ادامه‎ به‎ معرفی‎ مهم‎ ترین‎ آنها‎ می‎ پردازیم.

شکاف ورودی

شکاف‎ ورودی‎ یا دیافراگم، یک دهانه باریک (معمولاً عمودی) است که تنها به بخش کوچکی از پرتو نور اجازه ورود به سیستم طیف سنج‎ نوری‎ را می دهد.‎ در‎ برخی از‎ مدل ها،‎ اندازه شکاف ورودی، جهت کنترل میزان نور ورودی به سیستم، قابل تنظیم است و عرض یا پهنای آن تأثیر مستقیم و چشمگیری بر میزان وضوح و رزولوشن آن دارد.

در هنگام خرید اسپکترومتر، توجه به این نکته ضروری است که شکاف های باریک تر، میزان نور سرگردان را کاهش داده و رزولوشن بالاتری را فراهم می کنند.‎ در حالی که شکاف های عریض تر، شدت نور بیشتری را تأمین می کنند (با وضوح کمتر و نور سرگردان بیشتر).

عدسی جمع کننده (یا موازی ساز)

در طراحی‎ اسپکترومترها، معمولاً از یک عدسی جمع کننده نور استفاده می شود که وظیفه آن این است که نور را از شکاف ورودی گرفته و آن را موازی کند که برای آنالیز صحیح، امری ضروری است.‎ بهترین انواع آنها، لنزهای آکروماتیک هستندکه از ترکیب چندین لنز مختلف با ضریب شکشست های مختلف ساخته می شوند و ابیراهی رنگی ندارند.

عناصر تفکیک کننده نور (توری پراش یا منشور)

وظیفه اصلی یک تفکیک کننده در‎ اسپکترومتر‎ این است که یک‎ پرتو‎ کلی‎ نور‎ دریافتی‎ را به طول‎ موج‎ های کوچک‎ تر و مجزا جدا می کند (در زوایای مختلف)‎‎ ‎و‎ ‎معمولاً‎ ‎توسط‎ ‎توری‎ ‎پراش‎ ‎انجام‎ ‎می‎ ‎شود.‎ توری پراش، یک صفحه تقریباً شفاف است که از خطوط یا شیارهای بسیاری با فاصله نزدیک تشکیل شده است که نور را پراکنده می کند، در حالی که عملکرد تفکیک نوری توسط یک منشور، براساس شکست نور است.‎ ‎به دلیل حساسیت منشورها، در سیستم های مدرن بیشتر از توری های پراش استفاده می شود که در دو ساختار مسطح و مقعر وجود دارند و نوع مقعر به دلیل کاهش همپوشانی و ابیراهی ها کاربرد بیشتری دارد.‎ در‎ ‎هنگام‎ ‎خرید‎ ‎اسپکتروفتومتر،‎ ‎باید‎ به‎ ویژگی‎ ‎های‎ ‎توری‎ ‎پراش،‎ ‎مانند‎ ‎چگالی‎ ‎خط‎ ‎و‎ ‎زوایای‎ ‎پراش‎ ‎توجه‎ ‎کرد.‎ ‎برای آشنایی بیشتر با انواع توری ها، مقاله "انواع توری پراش اسپکتروفتومتری" را مطالعه بفرمایید.

لنز یا آینه متمرکز کننده

این قطعه (لنز یا یک آینه مقعر) نور را از توری پراش یا منشور جمع آوری کرده و بر روی یک آشکارساز متمرکز می کند.‎ معمولاً در طراحی های مدرن اسپکترومتر، از این قطعات کمتر استفاده می شود زیرا که باعث از بین رفتن درصد قابل توجهی از نور در حین بازتاب آن می شوند و در نتیجه، شدت نور را کاهش می دهند.‎ ‎ برای آشنایی بیشتر با انواع لنزها، مقاله "انواع لنز اسپکتروفتومتری" را مطالعه بفرمایید.

آشکارساز

آشکارساز،‎ قطعه‎ ای‎ اپتیکی‎ است که شدت نور را در هر طول موج ثبت و اندازه گیری می کند. انواع رایج آشکارسازها عبارت اند از فتودیودها، سنسورهای های CCِD ،PMT و CMOS، که هر کدام مکانیزم عملکردی ویژه ای دارند.‎ در حقیقت یک آشکارساز، انرژی طیف الکترومغناطیسی را دریافت کرده و آن را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند تا قابل خواندن شود.‎ ‎‎برای آشنایی بیشتر با انواع آشکارساز ها، مقاله "آشکارساز اسپکتروفتومتری" را مطالعه بفرمایید.

معیارهای‎ خرید‎ اسپکترومتر

برای خرید اسپکترومتر مناسب، ابتدا بهتر است که ویژگی های مهم و اصلی یک دستگاه اسپکترومتر را بدانیم. در اینجا به‎ مهم‎ ترین‎ ویژگی های‎ دستگاه‎ اشاره شده است که در هنگام خرید اسپکترومتر لازم است بدانید:

محدوده طول موج

در هنگام خرید‎ اسپکترومتر، بازه طول موجی دستگاه یکی از پارامترهای مهم به شمار می آید‎ زیرا‎ هر اسپکترومتر،‎ تنها‎ محدوده خاصی از طول موج ها را پوشش می دهد، که رایج ترین موارد آنها معمولاً در نواحی مرئی تا فروسرخ نزدیک عمل می کنند (nm 200-1100).‎ از آنجایی که مواد مختلف، در طیف های مختلفی از امواج الکترومغناطیسی جذب یا نشر دارند، لذا لازم است که بسته به مواد مورد بررسی و نوع کاربرد موردنظر، دستگاهی با دامنه طیفی مشخص را انتخاب نمایید.

وضوح (رزولوشن)

قدرت تفکیک (رزولوشن)، توانایی اسپکترومتر را برای تمایز بین قله های طیفی با فاصله نزدیک مشخص می‌کند. به عبارت دیگر، اسپکترومترهای با وضوح بالاتر قادر به جداسازی ویژگی های طیفی با فاصله نزدیک تر هستند.‎ با توجه به کاربردهای مختلف، رزولوشن مورد نیاز برای هر کاربرد ممکن است متفاوت باشد‎ و‎ در‎ هنگام‎ خرید‎ باید‎ به‎ این‎ نکته‎ توجه‎ ویژه‎ داشت. برای مثال، برای آنالیز ترکیبات شیمیایی پیچیده و شناسایی تفاوت‌ های کوچک در ساختار مولکولی، رزولوشن بالاتر لازم است، اما برای کاربردهایی مانند کنترل کیفیت در صنایع شیمیایی و دارویی، رزولوشن پایین‌ تر کافی است.

همچنین، لازم است توجه داشته باشید که علاوه بر رزولوشن، سایر ویژگی‌ های دستگاه مانند دقت، پایداری و سرعت جمع‌ آوری طیف نوری نیز برای انتخاب بهترین اسپکترومتر بسیار مهم هستند.‎

در اسپکترومتر ایرانی BloorSpec، رزولوشن تا 0.01 nm قابل ارتقاء و تنظیم است (به صورت سفارشی) و دستگاه حساسیت قابل قبولی دارد.

حساسیت

حساسیت (Sensitivity) یک‎ سیستم‎ طیف‎ سنجی،‎ تعیین می کند که یک سیگنال چقدر ضعیف است و بنابراین، اسپکترومترهای حساس تر، قادر به تشخیص سیگنال های ضعیف تری هستند.‎ برای خرید اسپکترومتر با حساسیت مناسب، ابتدا باید نیازهای خود را مشخص کنید. برای مثال، اگر شما قصد آنالیز نمونه‌ های خیلی کمی از مواد مختلف را دارید، باید به دنبال یک اسپکترومتر با حساسیت بالا بگردید.‎ به علاوه، حساسیت اسپکترومتر قویاً به محیط اطراف و فرآیند اندازه‌ گیری وابسته است. بنابراین، در‎ هنگام‎ خرید اسپکترومتر، باید به این نکات هم توجه کنید.

لازم به ذکر است که حساسیت اسپکترومتر با دقت و رزولوشن آن نیز مرتبط است. به طور کلی، با افزایش دقت و رزولوشن یک اسپکترومتر، حساسیت آن نیز افزایش می‌یابد.

دقت

دقت (Accuracy) یک اسپکترومتر، به میزان مطابقت اندازه گیری های آن با مقادیر واقعی اشاره دارد و این موضوع، برای اندازه گیری های کمی بسیار مهم است.‎ عوامل متعددی می توانند بر دقت یک اسپکترومتر تأثیر بگذارند، از جمله وضوح طیفی، حساسیت آشکارساز، سطح نور سرگردان و کالیبراسیون.

سرعت‎ ‎آنالیز

سرعتی که اسپکترومتر می‌ تواند داده‌ ها را جمع آوری و پردازش کند، برای برنامه‌ هایی که نیاز به نظارت آنی است، مهم است.‎ دستگاه های اسپکترومتر با اسکن سریع، در عرض چند ثانیه طیف خروجی را ارائه می دهند که این امر موجب مدیریت داده ها می شود.‎ به طور کلی، طیف‌ سنج‌ های مدرن می‌ توانند طیف‌هایی را با سرعت‌ های بسیار بالا، از چند میکروثانیه تا چند میلی‌ثانیه در هر طیف، بدست آورند. با این حال، سرعت واقعی به ابزار خاص و شرایط آزمایشی بستگی دارد.

اگر به آنالیزهایی‎ با‎ اسکن های کمتر از میلی ثانیه احتیاج دارید، شرکت بلورآزما تولید‎ کننده‎ بهترین‎ اسپکترومترهای ایرانی  با توجه به نیاز شما می‎ باشد.

طراحی اپتیکی

یکی از پارامترهای مهمی که بر ویژگی های عملکردی یک اسپکترومتر (مانند وضوح، حساسیت و محدوده طول موج ) تأثیر دارد، طراحی اپتیکی‎ آن است.‎ چیدمان‎ اپتیکی‎ اجزای‎ یک طیف سنج‎ نوری‎‎ شامل انتخاب و چیدمان اجزای نوری برای امکان اندازه گیری اطلاعات طیفی در مورد یک نمونه است. از نظر ساختاری، طرح های مختلفی قابل اجرا هستند که از رایج ترین آنها، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• طرح رولند
• طوح زرنی-ترنر
• طرح لیترو

برای آشنایی بیشتر با انواع چیدمان ها، مقاله "انواع رایج پیکربندی اسپکتروفتومتر" را مطالعه بفرمایید.

نوع آشکارساز

نوع آشکارساز مورد استفاده در یک طیف سنج بر حساسیت و عملکرد نویز آن تأثیر می گذارد. انواع آشکارسازهای رایج عبارتند از CCD ها، PMT ها و فتودیودها. توجه داشته باشید که آشکارسازهای سیلیکونی بیشترین حساسیت را در بازه مرئی دارند.

میزان نور سرگردان کل

در یک اسپکترومتر، نور سرگردان‎ (Stray‎ Light)  نیز به‎ طور‎ مستقیم‎ یا‎ غیر‎ مستقیم‎ می تواند بر دقت اندازه گیری تأثیر بگذارد که حاصل نور پراکنده یا منعکس شده از اجزای دستگاه می باشد و می تواند منجر به سیگنال های کاذب شود که در اندازه گیری اختلال ایجاد می کند.‎ برای به حداقل رساندن این اثر، اسپکترومترهایی مجهز به فیلترهای نوری و بافل‌ ها طراحی شده‌ اند که از رسیدن نور سرگردان به آشکارساز جلوگیری می‌ کنند.

نرم‌افزار‎دستگاه

نرم‌ افزاری که اسپکترومتر را کنترل می‌کند، داده‌ ها را آنالیز می‌کند و با ابزارهای دیگر ارتباط برقرار می‌کند، یکی از نکات مهم برای کاربران است،‎ زیرا‎ در‎ حین‎ کار‎ با‎ دستگاه،‎ دائماً‎ با‎ آن‎ سر‎ و‎ کار‎ دارند. نرم افزار باید کاربرپسند، انعطاف پذیر و قابل اعتماد باشد.

خلاصه‎ مراحل کلی خرید اسپکترومتر

بسته به نیازهای خاص شما، گزینه های مختلفی برای خرید اسپکترومتر وجود دارد.‎ ‎به‎ ‎طور‎ ‎کلی‎ ‎برای‎‎ ‎یک‎ ‎انتخاب‎ ‎مناسب،‎ ‎باید‎ ‎مراحل‎ ‎زیر‎ ‎را‎ ‎انجام‎ ‎دهید:

1-‎ نوع اسپکترومتر مورد نیاز خود را‎ بر‎ حسب‎ کاربرد‎ خود‎ تعیین کنید:‎ انواع مختلفی از اسپکترومترها مانند UV-Vis و FTIR، Raman در دسترس هستند. باید در نظر بگیرید که کدام نوع برای کاربرد شما مناسب تر است.

2-‎ بودجه خود را تعیین کنید:‎ اسپکترومترها بسته به ویژگی ها و قابلیت هایشان می توانند از نظر قیمت بسیار متفاوت باشند. بودجه ای را برای خود تعیین کنید و طیف سنج ها را در محدوده قیمت خود تحقیق کنید.

3-‎ برندها و مدل ها را بشناسید:‎ به دنبال شرکت های معتبری باشید که در تولید تجهیزات طیف سنجی با کیفیت تخصص دارند. بررسی ها را بخوانید و مشخصات محصول را مقایسه کنید تا اسپکترومتر مورد نیازتان را پیدا کنید.

4-‎ با تامین کنندگان تماس بگیرید:‎ هنگامی که اسپکترومترهای بالقوه را شناسایی کردید، با تأمین کنندگان تماس بگیرید و قیمت ها را درخواست کنید. مطمئن شوید که در مورد هر گونه هزینه اضافی مانند هزینه حمل و نقل یا نصب سوال کنید.

5-‎ خرید اسپکترومتر:‎  پس از بررسی ها و انتخاب اسپکترومتر، اقدام به خرید کنید.

6-‎ اقدام‎ به‎‎ نصب:‎ ‎دستگاه‎ ‎را‎ ‎طبق‎ ‎دستورالعمل‎ ‎سازنده‎ ‎نصب‎ ‎کنید‎ ‎یا‎ ‎از‎ ‎تیم‎ ‎پشتیبان‎ ‎سازنده‎ درخواست‎ ‎ ‎کنی‎د‎ تا‎ ‎نصب‎ ‎را‎ ‎انجام‎ ‎دهند.‎ ‎ حتماً دستورالعمل های سازنده را به دقت دنبال کنید تا از عملکرد مطلوب اطمینان حاصل کنید.

سخن‎‎ ‎پایانی‎ ‎

در‎ پایان توصیه می شود اگر در‎ هنگام‎ خرید‎ اسپکترومتر‎ مطمئن نیستید که چه اسپکترومتری برای نیازهای شما مناسب تر است، با متخصصین طیف سنجی مشورت کنید. مشاورین شرکت بلورآزمای سنجش نور، که یکی از بزرگترین مجریان پروژه های اسپکترومتری و اپتیکی در ایران است، بهترین گزینه برای این مهم هستند.‎ لازم به ذکر است که شرکت بلورآزما تولید کننده انواع اسپکترومتر ایرانی، با کیفیت و دقتی کاملاً قابل مقایسه با برندهای معتبر داخلی و خارجی است.‎

اسپکترومترهای تولید شرکت بلورآزما این قابلیت را دارند تا مطابق با نیاز شما طراحی شوند (چه به لحاظ سخت افزاری و چه از نظر نرم افزاری).‎ برای مثال،‎ طراحی اسپکترومتر ایرانی BloorSpec تولید شرکت بلورآزما، به گونه ای است که کل بازه طول موجی UV-Vis-NIR را پوشش می دهد ( 170-1100 nm) و براساس سفارش های ویژه، هم می توان طول بازه را تغییر داد و هم رزولوشن دستگاه را تا حد زیادی تقویت کرد (تا nm 0.01).