UV – Visible Spectrophotometers Instrumentation - Instrumental Methods of Analysis B. Pharma 7th Semester

UV - కనిపించే స్పెక్ట్రోఫోటోమీటర్స్ ఇన్‌స్ట్రుమెంటేషన్

లక్ష్యాలు

సెషన్ ముగింపులో విద్యార్థులు చేయగలరు

• UV విజిబుల్ స్పెక్ట్రోఫోటోమీటర్ల యొక్క ముఖ్యమైన భాగాలను గుర్తించండి

• UV-కనిపించే స్పెక్ట్రోఫోటోమీటర్‌లలో ఉపయోగించే రేడియేషన్ మూలాలు మరియు డిస్పర్సివ్ డివైజ్‌ల నిర్మాణం మరియు పనిని వివరించండి

UV విజిబుల్ స్పెక్ట్రోఫోటోమీటర్

· స్పెక్ట్రోఫోటోమీటర్ల భాగాలు

మూలాలు
వేవ్ లెంగ్త్ సెలెక్టర్లు (ఫిల్టర్లు, మోనోక్రోమేటర్లు)
నమూనా కంటైనర్లు
డిటెక్టర్లు
రీడౌట్ పరికరాలు

ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ (స్పెక్ట్రోఫోటోమీటర్లు)

ఒక సింగిల్ బీమ్ స్పెక్ట్రోఫోటోమీటర్

స్పెక్ట్రోఫోటోమీటర్ యొక్క పై ఆవశ్యక లక్షణాలు మూలం నుండి పాలీక్రోమాటిక్ కాంతిని తరంగదైర్ఘ్యం ఎంపిక సాధనం ద్వారా తరంగదైర్ఘ్యం యొక్క ఇరుకైన బ్యాండ్‌గా (దాదాపు మోనోక్రోమటిక్ లైట్) వేరు చేసి , నమూనా కంపార్ట్‌మెంట్ గుండా వెళుతుంది మరియు నమూనా డిటెక్టర్ ద్వారా కొలిచిన తర్వాత ప్రసారం చేయబడిన తీవ్రత, P.

ఒకే కిరణ పరికరంలో , కాంతి పుంజం మూలం నుండి మోనోక్రోమేటర్‌కు, నమూనా సెల్‌కు మరియు చివరకు డిటెక్టర్‌కు ఒకే మార్గాన్ని అనుసరిస్తుంది.

1- కాంతి మూలాలు

UV-Vis స్పెక్ట్రోఫోటోమీటర్‌లలో ఉపయోగించే మూలాలు నిరంతర మూలాలు.

• నిరంతర మూలాలు వాటిని ఉపయోగించాల్సిన స్పెక్ట్రల్ ప్రాంతంలోని అన్ని తరంగదైర్ఘ్యాల రేడియేషన్‌ను విడుదల చేస్తాయి.

• రేడియేషన్ మూలాలు కూడా స్థిరంగా మరియు అధిక తీవ్రతతో ఉండాలి.

2. వేవ్ లెంగ్త్ సెలెక్టర్లు

ఆదర్శవంతంగా తరంగదైర్ఘ్యం ఎంపిక సాధనం యొక్క అవుట్‌పుట్ ఒకే తరంగదైర్ఘ్యం యొక్క రేడియేషన్ అవుతుంది .

నిజమైన తరంగదైర్ఘ్యం ఎంపిక సాధనం అనువైనది కాదు, సాధారణంగా రేడియేషన్ బ్యాండ్ పొందబడుతుంది.

ఈ బ్యాండ్‌విడ్త్ ఇరుకైనది , పరికరం యొక్క మెరుగైన పనితీరు.

స్పెక్ట్రోమెట్రీ కోసం వేవ్ లెంగ్త్ సెలెక్టర్లు

టైప్ చేయండి	తరంగదైర్ఘ్యం పరిధి (nm)	గమనిక
నిరంతరం మారుతూ ఉంటుంది
గ్రేటింగ్	100 ~ 40,000	వాక్యూమ్ UV కోసం 3000 లైన్లు/మిమీ, ఫార్ IR కోసం 50 లైన్లు/మి.మీ
ప్రిజం	120 ~ 30,000
నిరంతరాయంగా
జోక్యం ఫిల్టర్	200 ~ 14,000
శోషణ వడపోత	380 ~ 750

ఒక సాధారణ ప్రిజం(a) మరియు ఎచెల్లెట్ గ్రేటింగ్ (b) యొక్క ఫోకల్ ప్లేన్ AB వెంట రేడియేషన్ వ్యాప్తి.

గ్రేటింగ్ నుండి డిఫ్రాక్షన్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం.

n l = (a-b)

d sin q = a

– d sin f = b

n l = d (sin q + sin f )

i- ఫిల్టర్లు

• ఫిల్టర్‌లు కొన్ని తరంగదైర్ఘ్య బ్యాండ్‌లను (~ 50 nm బ్యాండ్‌విడ్త్) గుండా వెళ్ళడానికి అనుమతిస్తాయి.

• వడపోత యొక్క సరళమైన రకం శోషణ ఫిల్టర్లు , ఈ రకమైన ఫిల్టర్లలో అత్యంత సాధారణమైనది రంగు గాజు ఫిల్టర్లు .

• అవి కనిపించే ప్రాంతంలో ఉపయోగించబడతాయి.

• రంగు గాజు స్పెక్ట్రం యొక్క విస్తృత భాగాన్ని (పరిపూరకరమైన రంగు) గ్రహిస్తుంది మరియు ఇతర భాగాలను (దాని రంగు) ప్రసారం చేస్తుంది.

ప్రతికూలత

• అవి చాలా మంచి వేవ్ లెంగ్త్ సెలెక్టర్లు కావు మరియు పరిశోధనలో ఉపయోగించే సాధనాల్లో ఉపయోగించబడవు.

• ఎందుకంటే బీర్ చట్టం నుండి విచలనాలకు అవకాశం కల్పించే విస్తృత బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను వారు అనుమతించారు.

• అవి కావలసిన రేడియేషన్‌లో గణనీయమైన భాగాన్ని గ్రహిస్తాయి.

(a) జోక్యం ఫిల్టర్ యొక్క స్కీమాటిక్ క్రాస్ సెక్షన్.

(బి) నిర్మాణాత్మక జోక్యానికి షరతులను చూపించడానికి స్కీమాటిక్

ఇంటర్‌ఫరెన్స్ ఫిల్టర్‌ల ట్రాన్స్‌మిషన్ స్పెక్ట్రా.

(ఎ) వైడ్ బ్యాండ్ పాస్ ఫిల్టర్ 3- 50 5- మీ మీ తరంగదైర్ఘ్యం పరిధిలో ~90% ప్రసారాన్ని కలిగి ఉంది, అయితే ఈ పరిధి వెలుపల <0.01% ట్రాన్స్‌మిటెన్స్.

(బి) ఇరుకైన బ్యాండ్-పాస్ ఫిల్టర్ 4 మీ మీ చుట్టూ కేంద్రీకృతమై 0.1 మీ మీటర్ల ప్రసార వెడల్పును కలిగి ఉంటుంది .

కాంప్లిమెంటరీ రంగులు - ఫిల్టర్ల ఎంపిక

ii- మోనోక్రోమేటర్లు

Ø అవి స్పెక్ట్రల్ స్కానింగ్ కోసం ఉపయోగించబడతాయి (గణనీయమైన పరిధిలో రేడియేషన్ యొక్క తరంగదైర్ఘ్యం మారుతూ ఉంటుంది).

Ø వాటిని UV/Vis ప్రాంతం కోసం ఉపయోగించవచ్చు.

Ø యాంత్రిక నిర్మాణంలో అన్ని మోనోక్రోమేటర్లు సమానంగా ఉంటాయి.

Ø అన్ని మోనోక్రోమేటర్లు చీలికలు, అద్దాలు, లెన్సులు, గ్రేటింగ్‌లు లేదా ప్రిజమ్‌లను ఉపయోగిస్తాయి.

1-గ్రేటింగ్ మోనోక్రోమేటర్లు

ప్రతిబింబం గ్రేటింగ్

ఎం ఎంట్రన్స్ స్లిట్ నుండి పాలీక్రోమాటిక్ రేడియేషన్ ఒక పుటాకార అద్దాల ద్వారా కొలిమేట్ చేయబడింది (సమాంతర కిరణాల పుంజం వలె చేయబడింది)

ఎం ఈ కిరణాలు ప్రతిబింబ గ్రేటింగ్‌పై పడతాయి, ఆ తర్వాత వివిధ తరంగదైర్ఘ్యాలు వివిధ కోణాల్లో ప్రతిబింబిస్తాయి.

ఎం రిఫ్లెక్షన్ గ్రేటింగ్ యొక్క విన్యాసాన్ని మోనో-క్రోమేటర్ యొక్క నిష్క్రమణ చీలికకు ఎల్_{2 అనే ఒక ఇరుకైన బ్యాండ్ తరంగదైర్ఘ్యాలను మాత్రమే నిర్దేశిస్తుంది}

ఎం గ్రేటింగ్ యొక్క భ్రమణ వివిధ తరంగదైర్ఘ్యాలు, l₁ , నిష్క్రమణ చీలిక గుండా వెళుతుంది

రిఫ్లెక్షన్ గ్రేటింగ్ మోనోక్రోమేటర్ పరికరంలో ప్రవేశ మరియు నిష్క్రమణ చీలికలు, అద్దాలు మరియు కాంతిని వెదజల్లడానికి ఒక గ్రేటింగ్ ఉంటాయి.

స్కేల్ రిఫ్లెక్షన్ గ్రేటింగ్

1. రిఫ్లెక్షన్ గ్రేటింగ్‌ని పునరావృత దూరంతో దగ్గరగా ఉండే, సమాంతర పొడవైన కమ్మీల శ్రేణితో నియమిస్తారు d.

2. గ్రేటింగ్ ప్రతిబింబించేలా చేయడానికి అల్ తో కప్పబడి ఉంటుంది.

3. గ్రేటింగ్ నుండి బహువర్ణ కాంతి ప్రతిబింబించినప్పుడు, ప్రతి గాడి రేడియేషన్ యొక్క కొత్త పాయింట్ సోర్స్‌గా ప్రవర్తిస్తుంది.

4. ప్రక్కనే ఉన్న కాంతి కిరణాలు దశలో ఉన్నప్పుడు, అవి ఒకదానికొకటి బలపరుస్తాయి (నిర్మాణాత్మక జోక్యం).

5. ప్రక్కనే ఉన్న కాంతి కిరణాలు దశలో లేనప్పుడు, అవి పాక్షికంగా లేదా పూర్తిగా ఒకదానికొకటి రద్దు చేస్తాయి (విధ్వంసక జోక్యం).

నిర్మాణాత్మక లేదా విధ్వంసక జోక్యాలను అనుసరించే ప్రతిబింబం

గమనిక: మరింత వివరాల కోసం స్కూగ్ టెక్స్ట్ బుక్ p. 159-160

ఎచెల్లెట్ గ్రేటింగ్ సమీకరణం

• n l = d (sin q_i + sin q_r ) ఇక్కడ n = 1, 2, 3,….

• సంఘటన కోణం q_i = స్థిరమైనందున; అందువలన l µ q_r

• ప్రతి ప్రతిబింబ కోణం q_r కోసం , ఒక నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యం గమనించబడుతుంది

2- ప్రిజం మోనోక్రోమేటర్లు

జి ప్రిజం ద్వారా వ్యాప్తి కాంతి వక్రీభవనంపై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇది తరంగదైర్ఘ్యంపై ఆధారపడి ఉంటుంది

ఎ అధిక శక్తి (తక్కువ తరంగదైర్ఘ్యం) కలిగిన వైలెట్ రంగు చాలా వరకు విక్షేపం చెందుతుంది లేదా వంగి ఉంటుంది

బి తక్కువ శక్తితో ఎరుపు కాంతి (ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్యం విక్షేపం లేదా కనీసం వంగి ఉంటుంది

F ఫలితంగా, పాలీ-క్రోమాటిక్ వైట్ లైట్ దాని వ్యక్తిగత రంగులకు చెదరగొట్టబడుతుంది

మోనోక్రోమేటర్ స్లిట్ వెడల్పును తగ్గించడం వల్ల కలిగే ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలు

మోనోక్రోమేటర్ ఎగ్జిట్ స్లిట్ యొక్క పరిమాణం మోనోక్రోమేటర్ నుండి విడుదలయ్యే రేడియేషన్ ( బ్యాండ్‌విడ్త్ ) వెడల్పును నిర్ణయిస్తుంది .

విశాలమైన చీలిక వెడల్పు అధిక సున్నితత్వాన్ని ఇస్తుంది ఎందుకంటే అధిక రేడియేషన్ తీవ్రత నమూనాకు వెళుతుంది కానీ మరోవైపు, ఇరుకైన చీలిక వెడల్పు స్పెక్ట్రమ్‌కు మెరుగైన రిజల్యూషన్‌ను ఇస్తుంది.

సాధారణంగా, ఒక ప్రయోగంలో ఉపయోగించడానికి చీలిక వెడల్పు ఎంపిక తప్పనిసరిగా ఈ కారకాలతో రాజీపడాలి . అయినప్పటికీ, డిటెక్టర్ యొక్క సున్నితత్వాన్ని పెంచడం ద్వారా చిన్న చీలిక యొక్క తక్కువ సున్నితత్వం సమస్యను మనం అధిగమించవచ్చు .

బ్యాండ్‌విడ్త్ ఎంపిక

3- నమూనా కంపార్ట్‌మెంట్ (కణాలు)

Ø కనిపించే మరియు UV స్పెక్ట్రోస్కోపీ కోసం, ఒక ద్రవ నమూనా సాధారణంగా cuvette అని పిలువబడే సెల్‌లో ఉంటుంది .

Ø UV రేడియేషన్‌ను గ్రహిస్తుంది కాబట్టి గ్లాస్ కనిపించడానికి అనుకూలంగా ఉంటుందికానీ UV స్పెక్ట్రోస్కోపీకి కాదు. క్వార్ట్జ్ UV లోఅలాగే కనిపించే స్పెక్ట్రోస్కోపీలో

4- డిటెక్టర్లు

$ డిటెక్టర్లు రేడియంట్ ఎనర్జీని ఎలక్ట్రికల్ సిగ్నల్‌గా మార్చే పరికరాలు.

$ డిటెక్టర్ సున్నితంగా ఉండాలి మరియు తరంగదైర్ఘ్యాల యొక్క గణనీయమైన పరిధిలో వేగవంతమైన ప్రతిస్పందనను కలిగి ఉండాలి.

$ అదనంగా, డిటెక్టర్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుత్ సిగ్నల్ తప్పనిసరిగా ప్రసారం చేయబడిన తీవ్రతకు (లీనియర్ రెస్పాన్స్) నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉండాలి.

i- ఫోటోట్యూబ్

ఫోటోట్యూబ్ కనిపించే లేదా UV రేడియేషన్ ద్వారా కొట్టబడినప్పుడు ఫోటోసెన్సిటివ్, ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన కాథోడ్ నుండి ఎలక్ట్రాన్‌లను విడుదల చేస్తుంది

రేడియేషన్ తీవ్రతకు అనులోమానుపాతంలో ఉండే విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయడానికి ఎలక్ట్రాన్లు వాక్యూమ్ ద్వారా యానోడ్‌కు ప్రవహిస్తాయి.

ఎ) అవరోధ-పొర ఫోటోసెల్:

బారియర్ లేయర్ సెల్
సరళమైన డిటెక్టర్‌లలో ఒకటి, దీనికి విద్యుత్ సరఫరా అవసరం లేదు, అయితే కరెంట్‌ని ఇస్తుంది, ఇది కాంతి తీవ్రతకు నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. ఇది ఒక లోహపు పలకను కలిగి ఉంటుంది, సాధారణంగా రాగి లేదా ఇనుము, దానిపై సెలీనియం పొరను నిక్షిప్తం చేస్తారు.

మంచి వాహక లోహం యొక్క అత్యంత సన్నని పారదర్శక పొర, ఉదా. వెండి, ప్లాటినం లేదా రాగి, సెలీనియంపై ఒక ఎలక్ట్రోడ్‌గా పని చేయడానికి ఏర్పడుతుంది, లోహపు ప్లేట్ మరొకదాని వలె పనిచేస్తుంది. కాంతి సెమిట్రాన్స్పరెంట్ వెండి పొర గుండా వెళుతుంది, ఇది ఎలక్ట్రాన్ విడుదలకు కారణమవుతుంది, ఇది కలెక్టర్కు వలసపోతుంది.

కలెక్టర్‌పై ఎలక్ట్రాన్ పేరుకుపోవడం వల్ల బేస్ మరియు కలెక్టర్ మధ్య సంభావ్య వ్యత్యాసం ఏర్పడుతుంది, దీనిని తక్కువ రెసిస్టెన్స్ గాల్వనోమీటర్ సర్క్యూట్ ద్వారా కొలవవచ్చు.
సెలీనియం ఫోటోసెల్ యొక్క ఉపయోగకరమైన పని పరిధి 380-780 nm. ఫోటోట్యూబ్ మరియు ఫోటో మల్టిప్లైయర్ ట్యూబ్‌తో పోలిస్తే వాటి సున్నితత్వం లేకపోవడం, వాటి వినియోగాన్ని చౌకైన కలర్‌మీటర్‌లు మరియు ఫ్లేమ్ ఫోటోమీటర్‌లకు పరిమితం చేస్తుంది.

బి) ఫోటో ఎమిసివ్ ట్యూబ్: ఇది ఒక యానోడ్ మరియు క్యాథోడ్‌ను కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఒక ఖాళీ చేయబడిన గాజు ట్యూబ్‌లో మూసివేయబడుతుంది, ఇది UV కొలత కోసం క్వార్ట్జ్ లేదా సిలికా విండోను కలిగి ఉండవచ్చు.

ఫోటో ఎమిసివ్ ట్యూబ్: కాథోడ్ ఫోటాన్‌ల శోషణపై ఎలక్ట్రాన్‌లను విడుదల చేసే లైట్ సెన్సిటివ్ మెటీరియల్ పొరతో పూత పూయబడింది. విద్యుత్ సరఫరా కాథోడ్‌కు సంబంధించి యానోడ్‌ను సానుకూలంగా నిర్వహిస్తుంది, తద్వారా ఫోటోఎలెక్ట్రాన్లు యానోడ్ వద్ద సేకరించబడతాయి. ఈ విద్యుత్తు కాంతి తీవ్రతకు నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. స్పెక్ట్రమ్ యొక్క మొత్తం UV/కనిపించే ప్రాంతంలో ఉపయోగించడానికి ఫోటోట్యూబ్‌లు అందుబాటులో ఉన్నాయి, కానీ ఏ ఒక్క ట్యూబ్ మొత్తం పరిధిని సంతృప్తికరంగా కవర్ చేయదు. అందువల్ల ఫోటోట్యూబ్ డిటెక్టర్‌లతో కూడిన అనేక సాధనాలు మొత్తం స్పెక్ట్రమ్‌పై తగినంత సున్నితత్వాన్ని అందించడానికి మార్చుకోగలిగిన నీలం మరియు ఎరుపు సెన్సిటివ్ ఫోటోట్యూబ్‌ను ఉపయోగిస్తాయి.

సి) ఫోటో గుణకం ట్యూబ్:

ఇది చాలా తక్కువ ప్రతిస్పందన సమయాలతో చాలా సున్నితమైన డిటెక్టర్. ఇది ఫోటో కాథోడ్ మరియు డైనోడ్‌ల శ్రేణిని కలిగి ఉంటుంది, ఇవి ఫోటోసెన్సిటివ్ కూడా.

ఫోటోట్యూబ్

తొమ్మిది డైనోడ్‌లతో ఫోటోమల్టిప్లియర్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం.

ii. ఫోటోమల్టిప్లియర్ ట్యూబ్

Ø ఇది చాలా సున్నితమైన పరికరం, దీనిలో ఫోటోసెన్సిటివ్ కాథోడ్ నుండి విడుదలయ్యే ఎలక్ట్రాన్లు డైనోడ్ అని పిలువబడే రెండవ ఉపరితలంపై దాడి చేస్తాయి , ఇది అసలు క్యాథోడ్‌కు సంబంధించి సానుకూలంగా ఉంటుంది.

Ø ఎలక్ట్రాన్లు ఈ విధంగా వేగవంతం చేయబడతాయి మరియు డైనోడ్ నుండి ఒకటి కంటే ఎక్కువ ఎలక్ట్రాన్లను నాకౌట్ చేయగలవు.

Ø పైన పేర్కొన్న ప్రక్రియ చాలాసార్లు పునరావృతమైతే , మొదటి కాథోడ్‌ను కొట్టే ప్రతి ఫోటాన్‌కు 10 కంటే ఎక్కువ ^{6 ఎలక్ట్రాన్‌లు చివరకు సేకరించబడతాయి.}