Спектрофотометр: что это и как он работает

Спектрофотометр – высокотехнологичный прибор, который предназначен для измерения степени светопоглощения, пропускания, а также оптической плотности и концентрации материалов, вещества и растворов. Это незаменимый инструмент в научных и промышленных лабораториях для анализа пищевых продуктов, пластмассовых медицинских изделий, фармацевтических препаратов, красок, текстиля и др.

Прибор спектрофотометр в зависимости от технологии создания может работать как в видимой части спектра, так и в ультрафиолетовой, инфракрасной и других областях спектра. Результаты, полученные с его помощью, используются для измерения концентрации вещества, определения его структуры и идентификации. Это важно для многих областей науки и промышленности, таких как химия, биология, фармацевтика, пищевая промышленность и т.д. В этой статье вы узнаете, как работает спектрофотометр, в чем заключается его принцип и устройство, каковы сферы применения прибора.

Принцип работы спектрофотометра

Принцип работы спектрофотометра базируется на законе Бугера-Ламберта. Он гласит, что количество поглощенного света в образце пропорционально концентрации вещества, через которое проходит свет. Спектрофотометр направляет на образец пучок света из источника и затем измеряет интенсивность света, прошедшего через него. Измерения выполняются на разных длинах волн, что позволяет установить процент поглощения изучаемым материалом. Таким образом, можно установить точный состав вещества, подлежащего анализу.

Когда свет попадает на образец в кювете для спектрофотометров, некоторая его часть поглощается, а оставшаяся – проходит сквозь него. Измерение происходит на разных длинах волн света, что позволяет получить спектр поглощения образца. Чтобы понять, сколько света прошло через материал, спектрофотометр использует детектор. Различают:

• фотометрические,
• фототрубочные,
• фотодиодные детекторы.

Детектор света измеряет интенсивность светового луча на выходе и преобразует информацию в электрический сигнал, который обрабатывается и отображается на экране прибора. Оптические свойства материалов, такие, как поглощение, пропускание и рассеивание зависят от длины волны света. Данные помогают установить не только концентрацию веществ в исследуемых образцах, но и также их точный состав и природу происхождения.

Виды спектрофотометров

К наиболее распространенным видам спектрофотометров относят:

• УФ – используются для анализа образцов в УФ-спектре в диапазоне длин волн от 190 до 1100 нм.
• ИК – применяются для степени пропускания лучей инфракрасного спектра и определения химической структуры веществ.
• Флуоресцентные – необходимы для установки степени поглощения света образцами.
• Атомно-абсорбционные – используются для анализа содержания металлов и их частиц в образцах, а также обнаружения атомов, которые поглощают свет на определенных длинах волн.
• Кольцевые – необходимы для выяснения замутненности растворов, например, для определения концентрации белков в жидкостях.

Каждый вид спектрофотометра имеет свои конструктивные особенности, преимущества и ограничения в области применения. Но все приборы являются важными инструментами для научных исследований и промышленного производства.

Дифференциация спектрофотометров базируется также на числе источников света. Согласно этому принципу выделяют:

• однолучевые – с единственным источником света для вычисления коэффициента отражения;
• двухлучевые – имеют два луча, обеспечивают высокую точность измерений, удобнее в применении, учитывают малейшие изменения в окружающей среде.

Сферы применения прибора

Спектрофотометры лабораторные – незаменимые инструменты для анализа материалов на молекулярном уровне. Это позволяет решать с их помощью множество задач в научных, промышленных и медицинских областях:

• В химии и биологии приборы – для анализа химических соединений и белков в растворах, определения их концентрации и состава, изучения реакций.
• В фармакологии – для анализа лекарственных препаратов, в том числе для определения их концентрации в крови и тканях.
• В промышленности – для контроля качества и цвета материалов, анализа свойств материалов, таких как прочность, прозрачность, устойчивость к воздействию солнечного света и т.д.
• В медицине – для вычисления процентного содержания белков, глюкозы и других метаболитов в крови и тканях, что позволяет диагностировать различные заболевания.
• В астрономии – для анализа спектров света, который излучают звезды и галактики, что помогает ученым изучать свойства и состав Вселенной.

Советы по выбору лучшего спектрофотометра

Выбор лучшего спектрофотометра зависит от цели использования, величины бюджета, требований к точности и диапазону измерений. При выборе модели прибора следует учитывать следующие факторы:

• диапазон измерений: от УФ до ИК диапазона, подбирайте тип соответственно характеру проводимых с помощью прибора измерений;
• точность: для получения 100% достоверных результатов стоит остановить выбор на устройствах с высоким разрешением и минимальной вероятностью искажений;
• программное обеспечение: прибором должно быть легко, понятно и удобно пользоваться;
• доступность сервисного обслуживания: перед покупкой уточните ремонтопригодность модели, скорость восстановления работоспособности спектрофотометра, если он выйдет из строя;
• бюджет: цена оборудования зависит от функциональности, точности и диапазона измерений.

Теперь вы знаете, как работает спектрофотометр, для чего он необходим и в каких областях используется. Учитывать все перечисленные факторы вы сможете выбрать оборудование, которое наилучшим образом соответствует назначению и цели применения.