Absorptionsspektroskopi

Absorptionsspektroskopi fungerer som et analytisk kemisk værktøj, der kan afgøre, om et bestemt stof er til stede i en prøve, og ofte også kvantificere, hvor meget af stoffet der er til stede. Nær-infrarød (NIR) og ultraviolet-synlig (UV-VIS) spektroskopi er særlig almindelig i den slags analytiske anvendelser.

Der er mange forskellige tilgange til måling af absorptionsspektre i spektrofotometri. Den mest almindelige er at rette en lysstråle mod en prøve og registrere intensiteten af den stråling, der går igennem den. absorbans defineres som det negative af logaritmen (base 10) af den relative transmission. En transmission på 10 % svarer til en absorbans på 1 absorptionsenhed (AU), og en transmission på 1 % svarer til 2 AU.

Især ved UV-VIS-spektroskopi er det almindeligt at bruge Beer-Lamberts lov til at beregne koncentrationen af et bestemt molekyle ud fra de målte absorbans. Til NIR-spektroskopi skal der dog bruges mere sofistikerede softwaremetoder, der kaldes kemometri, på grund af overlappende spektre.

UV-detektoren i et spektrofotometer til absorptionsspektroskopi kan implementeres på tre fundamentalt forskellige måder

• Detektor med fast bølgelængde
• Tunbar bølgelængdedetektor
• Fuldspektret detektor

Nedenfor kan du læse nogle mere detaljerede beskrivelser af hver enkelt.

En detektor med fast bølgelængde består af et optisk båndpasfilter, der lader en bestemt bølgelængde (f.eks. 254 nm) passere igennem til en fotodetektor af silicium. Alle andre bølgelængder end filterets bølgelængde blokeres. De største fordele ved denne løsning er dens enkelhed, robusthed og relativt lave omkostninger. Den største ulempe er, at bølgelængden er fast, og at man kun kan analysere ved én bestemt bølgelængde ad gangen. Det betyder, at denne type løsning er bedst egnet til systemer, hvor man skal lave den samme analyse på det samme materiale igen og igen - som i en produktionsopstilling på en fabrik. Nogle systemer gør det muligt at udskifte filteret manuelt eller inkludere flere filtre i UV-detektoren. Under alle omstændigheder er du stadig begrænset til et fast sæt af analysebølgelængder. Derfor kan det være svært at fejlfinde, hvis noget går galt - f.eks. hvis din prøve er forurenet, og der er absorption ved en anden bølgelængde end den, du måler ved.

I en detektor med afstemmelig bølgelængde er filtreringselementet en såkaldt gittermonokromator, der kan justeres (af instrumentets kontrolsoftware) for at vælge den bølgelængde, du vil bruge til analyse. Fordelen ved dette er helt klart, at man frit kan vælge en hvilken som helst analysebølgelængde. Men som med filteret med fast bølgelængde ovenfor kan det være svært at foretage fejlfinding, når man kun har data ved én bølgelængde.

Gittermonokromatoren kan også bruges til at scanne gennem hele bølgelængdeområdet for hver måling. Det betyder, at du har mange data, som kan bruges til at fejlfinde eller analysere mere komplekse absorptionsspektre med mange toppe ved forskellige bølgelængder. Scanningen er dog ret langsom - en fuld scanning vil ofte tage omkring 1 minut. Derfor er det ofte ikke en brugbar metode til tidskritiske eksperimenter.

Gittermonokromatorer kan tilbyde et stort absorbans - endda op til 5 AU for de mere avancerede.

En sidste ting, der skal nævnes om monokromatorer, er, at detektoren har bevægelige dele indeni, som kan blive slidt med tiden.

En diodearray-detektor (ofte forkortet DDA) registrerer absorbans ved alle bølgelængder i spektret samtidigt. Denne type analyse er derfor meget mere alsidig end de to andre metoder, fordi man altid får absorbans ved alle bølgelængder i ét "skud". Typisk kan et fuldt spektrum opnås på få millisekunder. Det er især nyttigt, hvis du bruger dit instrument til mange forskellige prøver - som i udviklingen af nye lægemidler eller i CRO-laboratorier (Contract Research Organisation). Og selv hvis du kun er interesseret i absorbans ved én bølgelængde, vil adgangen til det fulde spektrum gøre det meget nemmere at fejlfinde, hvis noget går galt.

En DDA er også robust og kompakt, da den ikke indeholder nogen bevægelige dele.

Sammenlignet med filtre og monokromatorer er DDA's største ulempe, at de typisk kun kan måle absorbans op til 2,5 - 3 AU.