Cùng Techmaster tìm hiểu về Quy trình hiệu chuẩn máy phân tích quang phổ UV-Vis Spectrophotometer thông qua bài viết sau!
Máy UV-Vis Spectrophotometer, tên gọi đầy đủ là máy quang phổ tử ngoại khả kiến, là một thiết bị chuyên dụng trong việc phân tích nồng độ các chất có trong mẫu chất lỏng. Đây là một trong những thiết bị quen thuộc trong các PTN hóa sinh, phân tích, kiểm nghiệm.
1. Giới thiệu máy phân tích quang phổ
Máy UV-Vis Spectrophotometer, tên gọi đầy đủ là máy quang phổ tử ngoại khả kiến, là một thiết bị chuyên dụng trong việc phân tích nồng độ các chất có trong mẫu chất lỏng. Đây là một trong những thiết bị quen thuộc trong các PTN hóa sinh, phân tích, kiểm nghiệm.
Máy phân tích quang phổ có khả năng tách lọc chùm tia ban đầu từ nguồn sáng, chọn ra dải bước sóng phù hợp với mẫu chất cần kiểm tra. Tia sáng đi qua mẫu bị hấp thụ một phần người ta có thể đo đạc được nồng độ của chất cần kiểm tra trong mẫu. Để thu được kết quả chính xác hơn, người ta sẽ xác lập đường chuẩn của một tập hợp các mẫu biết trước.
2. Quang phổ
Để biết rõ hơn về máy phân tích quang phổ, chúng ta cần hiểu được quang phổ là gì. Trước đây, khái niệm quang phổ chỉ giới hạn trong vùng ánh sáng khả kiến, khi phân tách chùm tia sáng đi qua lăng kính.
Sau này, các nghiên cứu khoa học phát triển hơn, khái niệm quang phổ còn áp dụng cho việc đo lường cường độ bức xạ như là một hàm của bước sóng.
Để dễ hình dung, quang phổ là một tập hợp các dải bước sóng trong phổ điện từ:
Đối với máy phân tích quang phổ UV-Vis, thì bước sóng ánh sáng tạo ra chủ yếu trong khoảng 190nm~1100nm, dạng phổ thu được là phổ hấp thụ. Do đó máy UV-Vis Spectrophotometer còn có tên gọi là máy quang phổ hấp thụ.
3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động máy quang phổ hấp thụ
3.1 Cấu tạo Máy phân tích quang phổ
Để dễ hình dung, chúng ta cùng bắt đầu với máy quang phổ hấp thụ 1 chùm tia.
Máy bao gồm những bộ phận sau đây:
- Nguồn sáng: từ đèn D2 (deuterium) và đèn Halogen, sẽ cho ra các bước sóng ánh sáng trong vùng tử ngoại (Ultra Violet Wavelength: Vùng UV) và vùng khả kiến (Visible Wavelength: Vùng Vis).
- Khe vào: hứng ánh sáng từ đèn, đi qua khe này thành dạng 1 chùm tia đẳng hướng
- Hệ tán sắc: lăng kính hoặc cách tử, có tác dụng tách chùm tia ban đầu ra các tia đơn sắc.
- Khe ra: khe này có thể điều chỉnh để hứng chùm tia đơn sắc ứng với bước sóng ánh sáng đã chọn.
- Cảm biến quang học: thu nhận cường độ ánh sáng qua mẫu.
- Bộ khuếch đại: khuếch đại tín hiệu từ cảm biến để đưa qua bộ chuyển đổi A/D
- Bộ chuyển đổi A/D: có tác dụng chuyển đổi tín hiệu từ dạng Analog sang Digital, đưa về màn hình hiển thị giá trị đo.
3.2 Nguyên lý hoạt động của Máy phân tích quang phổ
Ánh sáng từ nguồn sáng, được định hướng ở khe vào, đi qua hệ tán sắc, khe hẹp đầu ra điều chỉnh để hứng tia sáng ứng với bước sóng đã chọn. Bước sóng ánh sáng đi qua mẫu trắng sẽ có cường độ ánh sáng là Io, còn khi đi qua mẫu chất bị hấp thụ một phần sẽ có cường độ I. Tỷ lệ I / Io được gọi là độ truyền qua và thường được biểu thị bằng phần trăm (% T):
Độ hấp thụ A, được tính dựa trên độ truyền qua:
Dựa trên định luật Beer-Lambert, nồng độ của mẫu chất sẽ được xác định:
Hình ảnh minh họa đường đi của chùm tia từ nguồn sáng đến mẫu:
LM: gương chuyển đổi đèn
D2: đèn Deuterium, WI: đèn halogen
GR: cách tử
S1: khe vào, S2: khe ra
F: kính lọc
M1 ~ M5: các gương phản chiếu
BS: gương bán phản chiếu, cho phép tách 1 tia sáng thành 2 tia
Ref: khay chứa mẫu tham chiếu hoặc mẫu trắng
Sam: khay chứa mẫu cần đo
P.D: cảm biến quang đo cường độ ánh sáng.
Dưới đây là ví dụ minh họa kết quả quét mẫu Holmium Oxit:
3.3 Sự khác nhau giữa máy quang phổ 1 chùm tia và 2 chùm tia
Máy quang phổ 1 chùm tia thường ứng dụng trong các loại cầm tay, vì thiết kế nhỏ gọn dễ di chuyển. Giá thành loại này thường rẻ hơn, độ chính xác tương đối.
Máy quang phổ 2 chùm tia thường ứng dụng trong các loại máy lớn để bàn, có cấu trúc phức tạp hơn, độ chính xác cao hơn, nhiều tính năng hơn và giá thành cũng cao hơn.
Như hình minh họa ở trên, với máy 1 chùm tia phải đo mẫu tham chiếu trước, sau đó mới đến mẫu cần đo. Còn đối với máy 2 chùm tia, máy thực hiện đo cùng lúc mẫu tham chiếu và mẫu đo, thời gian đo được rút ngắn và độ chính xác cao hơn rất nhiều.
4. Những ứng dụng phổ biến của máy quang phổ
Máy quang phổ được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau, một số ứng dụng nổi bật của loại máy này có thể kể đến như:
– Kiểm tra ngưỡng độc hại của các nguyên tố độc hại trong ngành điện – điện tử.
– Xác định cấu trúc phân tử của chất nghiên cứu.
– Dùng để nghiên cứu động học phản ứng.
– Xác định độ tinh khiết của các chất khi tiến hành thí nghiệm.
– Phân tích được các nguyên tố trong nghiên cứu hóa học.
– Phân tích các mẫu vật mà không cần phá hủy hay xử lý hóa học.
5. Vì sao nên hiệu chuẩn máy phân tích quang phổ
Đây là thiết bị được sử dụng rất thường xuyên trong các PTN. Qua quá trình sử dụng lâu dài, tuổi thọ đèn, cảm biến quang cũng như các yếu tố khác có thể ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của máy. Để đảm bảo máy quang phổ luôn hoạt động ổn định và đưa ra những kết quả chính xác, người dùng cần định kỳ tiến hành hiệu chuẩn để thiết bị có thể vận hành với trạng thái tốt nhất.
6. Tiến hành hiệu chuẩn
Tùy theo chủng loại, chức năng máy mà có thể có nhiều thông số cần kiểm tra hiệu chuẩn.
Sau đây chúng tôi xin giới thiệu quy trình kiểm tra cơ bản dành cho máy quang phổ UV-Vis, gồm 2 phần chính là kiểm tra bước sóng và kiểm tra độ hấp thu với bộ kính chuẩn Hellma.
6.1 Thiết bị sử dụng
- Bộ kính lọc chuẩn Hellma 666-F0, -F1, -F2, -F3, -F4.
- Găng tay y tế, khăn không bụi.
6.2 Chuẩn bị
- Sử dụng khăn không bụi để vệ sinh kính lọc, đeo găng tay khi thao tác.
- Khởi động máy đo trước ít nhất 1 giờ để làm nóng, hoặc theo hướng dẫn nhà sản xuất.
6.3 Kiểm tra độ chính xác bước sóng
- Đặt kính lọc zero 666-F0 vào vị trí mẫu trắng của buồng đo (nếu cần thiết), hoặc đảm bảo buồng đo không có vật gì, sau đó đậy nắp lại.
- Chọn dải bước sóng quét phù hợp, ở tốc độ thấp nhất, độ phân giải nhỏ nhất. Có 5 bước sóng cần đo là: 279.2nm, 360.8nm, 453.45nm, 536.35nm, 637.6nm. Việc kiểm tra nên thực hiện từ bước sóng dài (năng lượng thấp) đến bước sóng ngắn (năng lượng cao). Ví dụ: thực hiện ở bước sóng 637.6nm trước, dải quét từ 650nm về 620nm.
- Dựa theo hướng dẫn sử dụng của máy, khử nhiễu nền ở dải quét đó.
- Sau khi khử nhiễu nền xong, thay kính 666-F0 bằng kính 666-F1, đậy nắp đo lại, bấm đo.
- Khi quét xong, tìm giá trị cực đại hấp thu và bước sóng ứng với nó, so sánh với giá trị chuẩn. Độ sai lệch không vượt quá sai số cho phép của nhà sản xuất, hoặc theo thông số kỹ thuật khách hàng cung cấp.
- Lặp lại cho các bước sóng còn lại.
6.4 Kiểm tra độ chính xác độ hấp thu
- Đặt kính lọc zero 666-F0 vào vị trí mẫu trắng của buồng đo (nếu cần thiết), hoặc đảm bảo buồng đo không có vật gì, sau đó đậy nắp lại.
- Việc kiểm tra độ hấp thu được thực hiện ở từng bước sóng riêng rẽ: 440nm, 465nm, 546.1nm, 590nm, 635nm.
- Bấm zero khi thực hiện đo độ hấp thu cho mỗi bước sóng.
- Sau khi zero, thay kính 666-F0 bằng kính 666-F2, đậy nắp đo lại, bấm đo.
- So sánh các giá trị độ hấp thu đo được với mẫu chuẩn. Độ lệch phải nằm trong giới hạn thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, hoặc theo thông số kỹ thuật khách hàng cung cấp.
- Lặp lại thao tác đo cho các kính lọc còn lại: F3, F4.
