Φασματοσκοπία UV Visible

Όταν μιλάμε για φασματοσκοπία UV ή φασματοφωτομετρία UV-ορατής, μιλάμε για φασματοσκοπία απορρόφησης ή φασματοσκοπία ανάκλασης στο υπεριώδες και στα γειτονικά ορατά μέρη του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Αυτό σημαίνει ότι κάνει χρήση του φωτός που είναι ορατό και δίπλα του. Η απορρόφηση ή η ανάκλαση των χημικών ουσιών που εμπλέκονται στο ορατό φάσμα έχει άμεσο αντίκτυπο στο εμφανές χρώμα των ενώσεων. Σε αυτήν την περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος συμβαίνουν ηλεκτρονικές μεταβάσεις μεταξύ ατόμων και μορίων. Ως συνοδευτική τεχνική της φασματοσκοπίας φθορισμού, η φασματοσκοπία απορρόφησης εξετάζει τις μεταβάσεις ηλεκτρονίων από τη διεγερμένη κατάσταση στη θεμελιώδη κατάσταση, ενώ ο φθορισμός αφορά τις μεταβάσεις ηλεκτρονίων από τη διεγερμένη κατάσταση στη θεμελιώδη κατάσταση.

Μια σύντομη περιγραφή για την ορατή φασματοσκοπία UV 

Η φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού (UV-VIS spectroscopy) είναι μια αναλυτική τεχνική που αναλύει τον αριθμό των διακριτών μηκών κύματος υπεριώδους ή ορατού φωτός που απορροφάται ή μεταδίδεται μέσω ενός αντικειμένου σε σύγκριση με ένα αντικείμενο αναφοράς ή κενό. Ανάλογα με τη σύνθεση του δείγματος, αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί να είναι χρήσιμο για τον προσδιορισμό του τι υπάρχει στο δείγμα και σε ποια συγκέντρωση υπάρχει. Επειδή αυτή η προσέγγιση φασματοσκοπίας εξαρτάται από τη χρήση του φωτός, ας αναλύσουμε πρώτα μερικά από τα χαρακτηριστικά του ίδιου του φωτός.

Το φως έχει μια συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας που είναι αντιστρόφως ανάλογη με το μήκος κύματος του φωτός που εκπέμπει. Το αποτέλεσμα είναι ότι η ενέργεια που μεταφέρεται από μικρότερα μήκη κύματος φωτός είναι μεγαλύτερη από αυτή που μεταφέρεται από μεγαλύτερα μήκη κύματος φωτός. Η προώθηση των ηλεκτρονίων σε μια ουσία σε μια υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση, την οποία μπορούμε να ανιχνεύσουμε ως απορρόφηση, απαιτεί τη χρήση μιας ακριβούς ποσότητας ενέργειας. Για την προώθηση των ηλεκτρονίων σε μια υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση σε μια ουσία, τα ηλεκτρόνια σε διαφορετικά περιβάλλοντα δεσμού απαιτούν διαφορετική συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας από τα ηλεκτρόνια σε άλλα περιβάλλοντα δεσμού. Ως αποτέλεσμα, διαφορετικά μήκη κύματος φωτός απορροφώνται από διαφορετικές ουσίες, με αποτέλεσμα ποικίλους συντελεστές απορρόφησης. Οι άνθρωποι είναι ικανοί να δουν ένα φάσμα ορατού φωτός που κυμαίνεται σε μήκος κύματος από περίπου 380 nm, το οποίο αντιλαμβανόμαστε ως ιώδες, έως περίπου 780 nm, το οποίο αντιλαμβανόμαστε ως κόκκινο. Το υπεριώδες φως έχει μήκη κύματος μικρότερα από αυτά του ορατού φωτός και τα μήκη κύματός του είναι περίπου 100 nm. Ως αποτέλεσμα, μπορεί να οριστεί το μήκος κύματος του φωτός, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη φασματοσκοπία UV-Vis για τη μελέτη ή τον εντοπισμό διακριτών ενώσεων, προσδιορίζοντας τα ακριβή μήκη κύματος που αντιστοιχούν στη μέγιστη απορρόφηση.

Εφαρμογή

• Για τον ποσοτικό προσδιορισμό διαφόρων αναλυτών ή δειγμάτων, όπως ιόντα μετάλλων μεταπτώσεως, οργανικές ενώσεις υψηλής συζυγίας και βιολογικά μακρομόρια, η φασματοσκοπία υπεριώδους/ορατής (UV/VIS) χρησιμοποιείται συνήθως στην αναλυτική χημεία. Αν και η φασματοσκοπική ανάλυση συνήθως εκτελείται σε διαλύματα, μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί σε στερεά και αέρια.
• Ανάλυση ποτών:Μια άλλη κοινή εφαρμογή της φασματοσκοπίας UV-Vis είναι η αναγνώριση συγκεκριμένων ουσιών στα ποτά. Για να είναι νόμιμη, η συγκέντρωση καφεΐνης πρέπει να διατηρείται κάτω από καθορισμένα νόμιμα όρια για τα οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί το υπεριώδες φως για να βοηθήσει στον ποσοτικό προσδιορισμό. Χρησιμοποιώντας την απορρόφηση UV-Vis, ορισμένες κατηγορίες πολύχρωμων χημικών ουσιών, όπως οι ανθοκυανίνες (που βρίσκονται στα βατόμουρα, τα σμέουρα, τα βατόμουρα και τα κεράσια), μπορούν εύκολα να ανιχνευθούν ταιριάζοντας τα γνωστά μήκη κύματος απορρόφησής τους στο κρασί για ποιοτικό έλεγχο, ο οποίος μπορεί να γίνει γρήγορα και αποτελεσματικά.
• Βακτηριακή καλλιέργεια:Σε βακτηριακή καλλιέργεια, χρησιμοποιείται συχνά η υπεριώδης-ορατή φασματοσκοπία (UV-VIS). Οι μετρήσεις OD διεξάγονται τακτικά και γρήγορα χρησιμοποιώντας ένα μήκος κύματος 600 nm για την εκτίμηση της συγκέντρωσης των κυττάρων και για την παρακολούθηση της ανάπτυξης προκειμένου να εκτιμηθεί η συγκέντρωση των κυττάρων και να παρακολουθηθεί η ανάπτυξη. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το μήκος κύματος των 600 nm χρησιμοποιείται και επιλέγεται λόγω των οπτικών ιδιοτήτων των συνθηκών βακτηριακής καλλιέργειας στις οποίες παράγονται και για να αποφευχθεί η θανάτωση των κυττάρων σε περιπτώσεις όπου είναι απαραίτητα για τη συνέχιση της δοκιμής.
• Ανάλυση DNA και RNA:Μια εφαρμογή που είναι ιδιαίτερα δημοφιλής είναι η ταχεία επαλήθευση της καθαρότητας και της συγκέντρωσης των δειγμάτων RNA και DNA. Για μεταγενέστερες εφαρμογές, όπως η αλληλούχιση, είναι συχνά απαραίτητο να ελέγχεται ότι τα δείγματα DNA ή RNA δεν έχουν μολυνθεί μεταξύ τους ή με πρωτεΐνες ή χημικές ουσίες που έχουν μεταφερθεί από τη διαδικασία απομόνωσης κατά την προετοιμασία.

Συμπέρασμα

Η φασματοσκοπία UV-Vis είναι επίσης ευεργετική σε ορισμένες πιο εξειδικευμένες έρευνες λόγω των ποιοτικών της ιδιοτήτων. Οι αλλαγές στο μήκος κύματος που αντιστοιχούν στη μέγιστη απορρόφηση μπορούν να παρακολουθούνται, κάτι που είναι πολύτιμο για τη διερεύνηση συγκεκριμένων αλλαγών δομικών πρωτεϊνών και τον προσδιορισμό της σύνθεσης των μπαταριών, για παράδειγμα. Η αυξημένη ευαισθησία στις μετατοπίσεις στα μήκη κύματος κορυφαίας απορρόφησης μπορεί επίσης να είναι σχετική σε πιο σύγχρονες εφαρμογές, όπως ο χαρακτηρισμός εξαιρετικά μικρών νανοσωματιδίων και άλλων νανοϋλικών. Οι δυνατότητες για αυτήν τη μέθοδο είναι πολλές και φαίνεται να είναι σχεδόν απεριόριστες.

Αυτή η τεχνική είναι επίσης εφαρμόσιμη σε διάφορους άλλους τομείς. Είναι χρήσιμο να παρακολουθείτε το λάδι μετασχηματιστή, για παράδειγμα, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι η ηλεκτρική ενέργεια παρέχεται με ασφαλή και αξιόπιστο τρόπο. Η ικανότητα μέτρησης της απορρόφησης της αιμοσφαιρίνης για τον υπολογισμό των συγκεντρώσεων της αιμοσφαιρίνης μπορεί να είναι χρήσιμη στην έρευνα για τον καρκίνο. Χρησιμοποιώντας τη φασματοσκοπία UV-Vis στην επεξεργασία λυμάτων, μπορούν να διεξαχθούν μελέτες κινητικής και παρακολούθησης για να διασφαλιστεί ότι συγκεκριμένες χρωστικές ή υποπροϊόντα βαφής έχουν εξαλειφθεί αποτελεσματικά από τα λύματα συγκρίνοντας τα φάσματα τους με την πάροδο του χρόνου. Είναι επίσης εξαιρετικά χρήσιμο στη διερεύνηση της γνησιότητας των τροφίμων και στην παρακολούθηση της ποιότητας του αέρα.