مقياسات الطيف الأشعة فوق البنفسجية المزدوجة: مبادئ العمل والهندسة المعمارية البصرية والتطبيقات الصناعية

1- مقدمة

Aمقياس الضوء الطيفي للأشعة فوق البنفسجية المزدوجة المرئية (UV-VIS)هو أداة تحليلية مصممة لقياس نقل الضوء أو امتصاص عينة عبر الأشعة فوق البنفسجية (190 - 380 نانومتر) والمناطق الطيفية المرئية (380 - 1100 نانومتر). على عكس التكوينات ذات الشعاع الواحد، تقسم الهياكل المعمارية الضوئية ذات الشعاع المزدوج باستمرار أو تتناوب مسار الضوء بين عينة وفارغ مرجعي. هذا التصميم المزدوج المسار يعوض تقلبات كثافة مصدر الضوء وانجراف المكونات ، مما يضمن استقرار خط الأساس المتفوق والدقة الضوئية.

2. الهندسة المعمارية البصرية ومكونات النظام

يدمج نظام شعاع مزدوج قياسي الأنظمة الفرعية الأساسية التالية:

مصادر الضوء: مزيج من مصباح الديوتيريوم (للأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية، 190 - 350 نانومتر) ومصباح التنغستن الهالوجين (للمناطق المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء، 330 - 1100 نانومتر).

أحادي اللون: يستخدم شبكة الانحراف وشقوق الدخول / الخروج الدقيقة لعزل الإشعاع أحادي اللون من عرض النطاق الترددي الطيفي الضيق (عادة 0.5 - 4 نانومتر).

شعاع مقسم / آلية المروحة:

مقسم شعاع ثابت: يستخدم مرآة شبه شفافة (مقسم 50/50) لإرسال الضوء في وقت واحد على طول مسارين متوازيين.

الديناميكية الدوارة المروحة: يستخدم مرآة مقسمة دوارة لتبديل شعاع أحادي اللون بين مسار العينة والمسار المرجعي على تردد ثابت.

مقصورات العينات والمراجع: حاملات كوفيت مزدوجة مكونة لاستيعاب خلايا الكوارتز أو الزجاج البصري القياسية بطول المسار 10 مم.

أجهزة الكشف: أنابيب مضاعفة الضوء (PMTs) أو أجهزة الكشف الضوئي السيليكون المكونة كأجهزة الكشف المزدوجة أو أجهزة الكشف المتعددة المتزامنة مع المقطوعة البصرية.

3. مبدأ التشغيل ومعالجة الإشارة

يعتمد الأساس الكمي للقياس الطيفي بالأشعة فوق البنفسجية على قانون بير لامبرت:

A = lg(I) ₀ / I) = ε · c · L

أين:

A = الامتصاص (بدون وحدة)

I₀ = كثافة الضوء الحادث (مقاس من خلال الفراغ المرجعي)

I = كثافة الضوء المنقول (مقاس من خلال العينة)

ε = الامتصاص المولي (L·mol) ⁻ ¹·سم ⁻¹)

c = تركيز المحلل (mol·L) ⁻¹)

L = طول المسار (سم)

في أداة شعاع مزدوج، أنا ₀ وأنا اكتسبت باستمرار أو في التناوب المليلي ثانية السريعة. معالج إشارة الأداة يحسب نسبة I / I ₀ لتحديد الإرسال (T) والامتصاص (A) في الوقت الحقيقي. لأن كلا المسارين يعانون من اختلاف مصدر الضوء المتطابق ، وضوضاء الكاشف ، والانحراف الحراري ، فإن هذه الأخطاء المنهجية تلغي تلقائيًا.

4. مزايا الأداء الرئيسية على أدوات شعاع واحد

انجراف خط الأساس:

نظام شعاع واحد: يتطلب إعادة صفر يدوي متكرر. عرضة لانجراف المصباح.

نظام شعاع مزدوج: تصحيح الانجراف التلقائي في الوقت الحقيقي. مستقر على مسحات طويلة.

وقت التدفئة:

نظام شعاع واحد: طويل (عادة 20 - 30 دقيقة) للوصول إلى التوازن الحراري.

نظام شعاع مزدوج: الحد الأدنى من وقت التدفئة المطلوب.

سرعة القياس:

نظام شعاع واحد: أبطأ أثناء المسح الطيفي متعدد الأطوال الموجية.

نظام شعاع مزدوج: عالية السرعة، القدرة على المسح الطيفي المستمر.

دقة الضوئية:

نظام شعاع واحد: معتدل؛ عرضة لتقلبات الجهد الخط.

نظام شعاع مزدوج: دقة عالية ونسبة إشارة إلى ضوضاء عالية (SNR).

5. قطاعات التطبيق الأساسية

مراقبة الجودة الصيدلانية: قياس كمية المكونات الصيدلانية النشطة (API) واختبار الذوبان والتحقق من النقاء وفقا لمعايير الدوائية (USP / EP).

رصد البيئة: الكشف عن النترات والفوسفات والمعادن الثقيلة والطلب الكيميائي على الأكسجين (COD) في عينات المياه ومياه الصرف الصحي.

تحليل كيميائي وبتروكيميائي: تتبع حركة التفاعل وقياس تركيز الصبغات وتوصيف الهيدروكربونات.

علوم الحياة والتكنولوجيا الحيوية: تقييم نقاء الحمض النووي / الحمض النووي الريبي (نسبة 260/280 نانومتر) وتحديد تركيز البروتين عن طريق اختبارات قياس الألوان (على سبيل المثال، برادفورد، BCA).