المقدمة
يُعد جهاز الامتصاصية للأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV–Vis Spectrophotometer) واحدًا من أهم الأجهزة المستخدمة في المختبرات الكيميائية والبايولوجية. يعتمد هذا الجهاز على قياس كمية الضوء الممتص بواسطة المادة عند أطوال موجية محددة، مما يتيح تقدير تركيز المواد وتحليل خصائصها الكيميائية والفيزيائية بدقة عالية.
مبدأ عمل الجهاز
يعتمد الجهاز على قانون بير–لامبرت (Beer–Lambert Law)، الذي يربط بين الامتصاصية A وتركيز المادة C والمسافة التي يمر بها الضوء L ومعامل الامتصاص المولاري ε:
عندما يمر الضوء عبر العينة، تمتص الجزيئات جزءًا منه. وكلما زاد تركيز المادة، زادت الامتصاصية.
مكونات الجهاز
يتكون جهاز UV–Vis من عدة أجزاء رئيسية:
1. مصدر الضوء
ضوء فوق بنفسجي: يستخدم مصابيح الديوتيريوم (Deuterium lamp).
ضوء مرئي: يستخدم مصابيح التنجستن–هالوجين (Tungsten-Halogen lamp).
2. المونوكروميتر (Monochromator)
يعمل على اختيار طول موجي محدد بتحويل الضوء الأبيض إلى أطوال موجية منفصلة باستخدام:
منشور (Prism)
شبكة حيود (Diffraction grating)
3. حجرة العينات
توضع فيها الكوفيت (Cuvette) التي قد تكون:
بلاستيكية (للمنطقة المرئية)
زجاجية
كوارتز (للمنطقة فوق البنفسجية)
4. الكاشف (Detector)
مثل:
Photodiode
Photomultiplier tube
يقوم بتحويل الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائية تُقاس كقيمة الامتصاص.
5. نظام القراءة والمعالجة
شاشة أو برنامج حاسوبي لعرض الطيف والحسابات.
أنواع القياسات في UV–Vis
قياس الامتصاص (Absorbance)
لتحديد التركيزات باستخدام المنحنى القياسي (Standard Curve).
قياس النفاذية (Transmittance)
نسبة الضوء المار عبر العينة.
المسح الطيفي (Scanning)
للحصول على طيف المادة ومعرفة أعلى طول موجي امتصاصي λ_max.
التطبيقات في الكيمياء الحيوية
1. قياس البروتينات
مثل بروتينات المصل عند 280 nm أو باستخدام صبغات مثل:
Bradford
Lowry
BCA
2. قياس الأحماض النووية (DNA, RNA)
عند 260 nm لتحديد النقاوة والتركيز.
3. قياس الأنزيمات
من خلال متابعة معدل التفاعل وتغير الامتصاص بمرور الوقت.
4. قياس العوامل الحيوية في الدم
مثل:
الزنك
المغنيسيوم
الحديد
النحاس
باستخدام طرق ملونة (Colorimetric methods).
أمثلة لاستخدام الجهاز
قياس الزنك Zn
باستخدام كاشف 5-Br-PAPS الذي يعطي معقدًا ملونًا يقاس عند طول موجي 560 nm.
قياس المغنيسيوم Mg
باستخدام كاشف Xylidyl Blue ويقاس عند 520 nm.
تحليل المنحنى القياسي
يُجهّز عدد من المحاليل القياسية بتركيزات معلومة، ثم تُقاس الامتصاصية وترسم العلاقة بين A و C لتكوين خط قياسي يُستخدم لحساب تركيز العينات المجهولة.
المزايا
سرعة ودقة عالية.
حساسية جيدة.
يستخدم كميات قليلة جدًا من العينة.
مناسب للتحاليل الروتينية والبحثية.
العيوب
يتأثر بشدة بنقاء العينة.
يتطلب معايرة جيدة.
لا يميز بين المواد ذات الأطياف المتشابهة.
الخاتمة
يمثل جهاز UV–Vis أداة حيوية وأساسية في الكيمياء الحيوية والتحليل السريري. قدرته على قياس الامتصاص بدقة، وسهولة استخدامه، تجعله الجهاز الأول في مختبرات التحليل البحثي والسريري، خصوصًا لقياس العناصر الحيوية والإنزيمات والبروتينات.
جامعة المستقبل الأولى على الجامعات العراقية الأهلية