Spektroskopia UV/Vis

Od kontroli jakości żywności, przez monitoring wód i ścieków, po analizę substancji farmaceutycznych, spektroskopia UV/Vis należy do najczęściej wykorzystywanych technik analitycznych na świecie. Metoda pozwala określać stężenie, skład oraz właściwości chemiczne substancji, dlatego znajduje zastosowanie w laboratoriach przemysłowych, badawczych i kontrolnych.

Szczególnie ważną rolę odgrywa w branży farmaceutycznej, chemicznej, spożywczej oraz w ochronie środowiska. Spektrofotometry UV/Vis są wykorzystywane zarówno do rutynowych pomiarów, jak i zaawansowanych badań naukowych.

Na czym polega spektroskopia UV/Vis?

Spektroskopia to grupa metod wykorzystujących promieniowanie elektromagnetyczne do badania właściwości materii. W przypadku UV/Vis analizowane jest oddziaływanie światła ultrafioletowego (UV) oraz widzialnego (Vis) z cząsteczkami badanej próbki.

Gdy promieniowanie pada na substancję, może zostać:

• pochłonięte (absorpcja),
• odbite (refleksja),
• rozproszone (rozpraszanie).

Spektroskopia UV/Vis koncentruje się przede wszystkim na zjawisku absorpcji światła. Pochłonięta energia powoduje wzbudzenie elektronów do wyższych poziomów energetycznych. Analiza długości fali i intensywności absorpcji dostarcza informacji o składzie oraz właściwościach próbki.

Nowoczesne spektrofotometry mogą obejmować nie tylko zakres UV i Vis, ale również bliską podczerwień (NIR).
 

Jakie informacje można uzyskać dzięki UV/Vis?

Analiza długości fali

• identyfikację substancji,
• ocenę właściwości barwnych materiałów.

Analiza absorpcji

• określenie ilości pochłoniętego światła,
• wyznaczanie stężenia substancji.

Analiza względnej absorpcji sygnałów

• kontrola czystości próbek,
• badania kinetyki reakcji chemicznych.

Podstawy teoretyczne. Prawo Lamberta-Beera

Podstawą ilościowej analizy UV/Vis jest prawo Lamberta-Beera.

A = ε × l × c

_{A: absorbancja (zdolność roztworu do pochłaniania światła, brak jednostki)
ε: molowy współczynnik absorpcji (stała dla danej substancji przy danej długości fali)
l: długość drogi optycznej (grubość warstwy roztworu, np. szerokość kuwety w centymetrach)
c: stężenie molowe substancji w roztworze}

Zgodnie z tym prawem absorbancja jest proporcjonalna do liczby cząsteczek absorbujących światło. Oznacza to bezpośrednią zależność pomiędzy stężeniem substancji a ilością pochłoniętego promieniowania.

Każdy związek chemiczny posiada charakterystyczny współczynnik absorpcji, dzięki któremu możliwe jest dokładne określenie jego stężenia w próbce.

Budowa spektrofotometru UV/Vis

Typowy spektrofotometr UV/Vis składa się z kilku podstawowych elementów:

1. Źródła światła (np. lampa deuterowa lub halogenowa),
2. Układu rozszczepiającego światło (filtry, pryzmaty lub siatki dyfrakcyjne),
3. Komory pomiarowej na próbkę,
4. Detektora rejestrującego sygnał,
5. Oprogramowania sterującego i analizującego dane.

Całość uzupełnia układ optyczny kierujący promieniowanie przez poszczególne elementy aparatu.

Rodzaje spektrofotometrów UV/Vis

Spektrofotometry z monochromatorem

W systemach monochromatorowych światło jest rozdzielane na poszczególne długości fali jeszcze przed dotarciem do próbki.

Droga optyczna obejmuje:

1. źródło światła,
2. szczelinę wejściową,
3. monochromator lub układ filtrów,
4. szczelinę wyjściową,
5. komorę próbki,
6. detektor.

Do próbki dociera wyłącznie światło o wybranej długości fali, co zapewnia bardzo wysoką dokładność pomiarów.

Spektrofotometry z polichromatorem

W systemach polichromatorowych pełne widmo światła najpierw przechodzi przez próbkę, a dopiero później zostaje rozłożone na poszczególne długości fali.

Detekcja odbywa się zazwyczaj przy użyciu matrycy diodowej DAD (ang. Diode Array Detector). Rozwiązanie to zapewnia bardzo szybkie pomiary widm.

Źródła promieniowania stosowane w UV/Vis

Lampa deuterowa

• stabilna praca w zakresie UV,
• wysoka dokładność pomiarów ultrafioletowych.

Lampa halogenowa

• optymalna dla zakresu światła widzialnego,
• dobra stabilność długoterminowa.

Lampa ksenonowa

• pokrywa jednocześnie zakres UV i Vis,
• zapewnia dużą intensywność światła,
• stosowana w specjalistycznych aplikacjach wymagających wysokiej energii promieniowania.

Analiza różnych rodzajów próbek

Najczęściej analizowane są próbki ciekłe umieszczane w kuwetach pomiarowych. Dzięki odpowiednim akcesoriom możliwe jest również badanie:

• ciał stałych,
• gazów,
• próbek przepływowych.

Dostępne są m.in.:

• kuwety do bardzo małych objętości próbek,
• kuwety przepływowe,
• uchwyty do kuwet o różnych długościach drogi optycznej,
• mieszadła i systemy kontroli temperatury,
• automatyczne zmieniacze kuwet,
• systemy do pomiarów przepływowych.

Oprogramowanie do analizy UV/Vis

Nowoczesne systemy UV/Vis oferują zaawansowane funkcje analityczne, takie jak:

• fotometria,
• analiza widmowa,
• badania kinetyczne,
• analizy zależne od temperatury,
• pomiary barwy.

Dodatkowo mogą wspierać walidację metod, zarządzanie użytkownikami oraz spełnianie wymagań regulacyjnych obowiązujących w laboratoriach farmaceutycznych.

Oprogramowanie do analizy UV/Vis

Nowoczesne systemy UV/Vis oferują zaawansowane funkcje analityczne, takie jak:

• fotometria,
• analiza widmowa,
• badania kinetyczne,
• analizy zależne od temperatury,
• pomiary barwy.

Dodatkowo mogą wspierać walidację metod, zarządzanie użytkownikami oraz spełnianie wymagań regulacyjnych obowiązujących w laboratoriach farmaceutycznych.