نحوه رسم نمودار اسپکتروفتومتری در اکسل

غلظت سنجی برای یک آنالیت

نمودار اسپکتروفتومتری، منحنی کالیبراسیون یا منحنی استاندارد نوعی نمودار است که به کمک آن آنالیزهای کمی انجام می‌گیرد. در این روش ابتدا چندین نمونه با خصوصیات شناخته شده اندازه‌گیری می‌شوند. به این صورت که میزان جذب نمونه‌ها با غلظت‌های مشخص توسط اسپکتروفتومتر تعیین می‌شود. سپس نمودار استاندارد برای این نمونه‌ها رسم می‌شود. بر اساس نمودار رسم شده می‌توان با استفاده از درون‌یابی، غلظت مجهول را برای نمونه‌ها به دست آورد.

طبق قانون بیر لامبرت در شرایط ایده‌آل غلظت ماده و میزان جذب آن با یک دیگر متناسب هستند. به طوری که با افزایش غلظت آنالیت در یک محلول، میزان جذب نور نیز افزایش می‌یابد و برعکس. قانون بیر لامبرت به شکل زیر تعریف می‌شود:

A = εlc

در رابطه بالا A میزان جذب، ε ضریب جذب مولی، l طول مسیر نوری و c غلظت است.

تعیین غلظت مواد برای بسیاری از صنایع سودمند است. از این روش در داروسازی، تولید رنگ، ساخت پلاستیک، تولید مواد شیمیایی، صنایع مواد غذایی و … استفاده می‌شود.

اولین مرحله برای اندازه‌گیری غلظت مجهول یک آنالیت، تهیه نمونه‌هایی از همان آنالیت با غلظت مشخص است. پس ابتدا نحوه تهیه محلول‌های استاندارد را بررسی می‌کنیم.

تهیه محلول های استاندارد

محلول استاندارد محلولی است که غلظت یک عنصر یا یک ماده در آن محلول کاملا مشخص است. به بیانی دیگر رابطه بین مقدار ماده حل‌ شده و محلول یا رابطه بین مقدار ماده حل ‌شده و حلال به نحوی معلوم باشد. با معلوم بودن مقدار ماده حل‌شونده و مقدار حلال تشکیل دهنده محلول، غلظت محلول مشخص می‌گردد.

برای تهیه محلول استاندارد ابتدا مقدار مشخصی از یک محلول استوک در یک محلول با حجم مشخص حل می‌شود. محلول استوک محلولی است که به صورت بسیار غلیظ از ماده مورد نظر تهیه شده تا در صورت نیاز به کمک یک محلول رقیق شود. سپس برای تهیه چند محلول استاندارد، محلول به دست آمده را رقیق می‌کنند. به این صورت چند محلول با غلظت معلوم به دست می‌آید.

تعیین غلظت مجهول

دومین مرحله برای تعیین غلظت نمونه‌هایی که دارای یک آنالیت هستند، رسم منحنی کالیبراسیون محلول‌هایی با غلظت شناخته شده است. منحنی استاندارد برای این نمونه‌ها غالبا یک خط است. بنابراین به راحتی می‌توان غلظت نمونه مجهول (C_x) را از این نمودار به دست آورد. در اکثر موارد به این روش می‌توانید غلظت ماده مورد نظر خود را به دست آورید.

برای رسم نمودار کالیبراسیون ابتدا از نمونه مورد نظر در غلظت‌های مختلف تهیه می‌شود. معمولا نمونه در ۵ غلظت آماده سازی می‌گردد. سپس با استفاده از اسپکتروفتومتر میزان جذب این نمونه‌ها در یک طول موج ماکزیمم به دست می‌آید (چون در این حالت خطاهای ناشی از غیرخطی بودن نمودار کالیبراسیون به کمترین حالت خود نسبت به طول موج های دیگر می رسد). جدول زیر غلظت و میزان جذب برای یک نمونه را نشان می‌دهد.

سپس نموداری مانند نمودار ۱ برای نمونه‌ها رسم می‌کنیم. که در این نمودار محور افقی نشان دهنده غلظت و محور عمودی نشان دهنده میزان جذب نور است.

در نهایت میزان جذب نمونه مجهول را اندازه‌گیری می‌کنیم و به کمک نمودار ۱ غلظت را به دست می‌آوریم.

در برخی موارد برای صرفه جویی در ماده و زمان، از یک نمونه با غلظت مشخص (C_R) برای اندازه‌گیری غلظت مجهول (C_X) استفاده می‌شود. در این حالت غلظت نمونه استاندارد به گونه‌ای انتخاب می‌شود که میزان جذب آن (A_R) کمی بیشتر از میزان جذب محلول مجهول (A_X) باشد.

 سپس برای تعیین غلظت رابطه زیر به کار گرفته می‌شود:

C_X = C_R A_x / A_R

رابطه بالا زمانی درست است که آنالیت موجود در محلول خالص باشد. در غیر این صورت رابطه بالا دچار خطا می‌شود. برای همین به منظور اطمینان یافتن از خلوص نمونه از آنالیزی به نام confirmatory analysis استفاده می‌کنند. این آنالیز به این صورت است که برای یک ترکیب معین ضریب جذب را در دو طول‌موج مختلف محاسبه می‌کنند. اگر آنالیت خالص باشد، ضریب جذب برای دو طول‌موج یکسان خواهد بود.

رسم نمودار استاندارد در اکسل

تا این قسمت در مورد نحوه محاسبه غلظت مجهول بحث کردیم. اکنون می‌خواهیم با ارائه یک مثال نحوه محاسبات غلظت مجهول در اکسل را مورد بررسی قرار دهیم.

جدول ۱ را در نظر بگیرید. در یک ستون مقادیر غلظت و در ستون مقابل میزان جذب مربوط به هر غلظت را می‌نویسیم. ستون اول محور x و ستون دوم محور y است.

مرحله بعدی رسم نمودار استاندارد است. برای رسم نمودار ابتدا داده‌های دو ستون را با کشیدن ماوس انتخاب می‌کنیم. بعد به برگه Insert می‌رویم.

به منوی Charts می‌رویم و گزینه نخست را در منوی بازشدنی Scatter انتخاب می‌کنیم.

نموداری به شکل زیر ظاهر می‌شود.

قسمت + که سمت راست نمودار قرار دارد را انتخاب می‌کنیم و گزینه Trendline  را فعال می‌کنیم. به این ترتیب یک خط بر روی نمودار رسم می‌شود که نقاط ابتدا و انتها را به هم متصل می‌کند.

همچنین با انتخاب More Options می‌توانیم معادله خط را نیز نمایش دهیم.

در قسمت + با کلیک بر روی Axis Title عناوین محورها را فعال می‌کنیم. با کلیک بر روی هر کدام، عنوان محورها را مشخص می‌کنیم.

برای تغییر دادن عنوان نمودار می‌توانیم روی آن کلیک کرده و متن را انتخاب کنیم.

مرحله بعدی اندازه‌گیری غلظت مجهول است. غلظت را برای میزان جذب ۰.۷۸ محاسبه می‌کنیم. برای این کار، خانه مقابل غلظت مجهول را انتخاب می‌کنیم. در نوار فرمول )trend= را تایپ می‌کنیم. سپس اعداد ستون اول را انتخاب می‌کنیم.

سپس ویرگول را تایپ کرده و اعداد ستون دوم را انتخاب می‌کنیم. در نهایت دوباره ویرگول را تایپ کرده و عدد میزان جذب غلظت مجهول را انتخاب می‌کنیم. پرانتز را می‌بندیم و Enter را می‌زنیم. به این ترتیب غلظت مجهول محاسبه می‌شود.

میزان غلظت مجهول را می‌توانیم از طریق معادله خط نیز محاسبه کنیم. به این صورت که عدد ۰.۷۸ را به جای y قرار می‌دهیم و مقدار x یا غلظت مجهول را به دست می‌آوریم.

ویدئو رسم نمودار اسپکتروفتومتری

در این قسمت تمام مراحلی که در بالا به صورت متن آورده شد را برای شما به صورت ویدئو نمایش داده‌ایم.

اکنون که با نحوه رسم نمودار اسپکتروفتومتری به صورت کامل آشنا شده‌اید، می‌توانیم به شما ویدئوهای انواع کالیبراسیون را معرفی کنیم. همان طور که می‌دانید، کالیبره کردن یکی از دغدغه‌های اصلی هر فردی است که با آنالیز کمی سر و کار دارد. کالیبراسیون پیچیده‌تر از چیزی است که در نگاه اول به نظر شما می‌رسد. کارشناسان طیف سنجی شرکت تکسان تصمیم گرفتند تا به این نیاز شما پاسخ دهند و آموزش تخصصی آن را در قالب چندین ویدئو در اختیار شما قرار دهند. شما در این ویدئوها با کالیبراسیون‌های داخلی و خارجی، خطاهای مرتبط با آن‌ها و اهمیت استفاده از آن‌ها آشنا می‌شوید. از همه مهم‌تر این که روش کالیبراسیون افزایش استاندارد که یک راهکار موثر در حذف اختلال‌های به وجود آمده در اندازه گیری است، به شما معرفی می‌شود. شما این ویدئوها را می‌توانید در این پست از کانال تلگرام شرکت تکسان مشاهده کنید.

جمع‌ بندی

توسط اسپکتروفتومتر می‌توان آنالیزها را به صورت کمی انجام داد. برای این منظور نمودار کالیبراسیون رسم می‌شود و بر اساس این نمودار غلظت محاسبه می‌گردد. در این مقاله ما نحوه رسم این نمودار را شرح دادیم. گفتیم که چند نمونه با غلظت مشخص تهیه می‌کنیم. سپس میزان جذب این نمونه را به وسیله اسپکتروفتومتر اندازه‌گیری می‌کنیم. در مرحله بعدی نمودار کالیبراسیون را برای این نمونه رسم می‌کنیم. برای به دست آوردن غلظت مجهول ابتدا میزان جذب آن را اندازه‌گیری می‌کنیم. در نهایت از روی نمودار استاندارد و با در دست داشتن میزان جذب، غلظت مجهول را به دست می‌آوریم. برای این که با این روند به طور کامل آشنا شوید یک مثالی ارائه کردیم و آن را به وسیله اکسل جلو بردیم.

منابع

1. https://zaya.io/zzlv7
2. https://zaya.io/sf2y1
3. https://zaya.io/i9pvy
4. https://zaya.io/ayg2v