Hiệu chuẩn máy đo quang phổ

Máy đo quang phổ UV-Vis, tên gọi đầy đủ là máy quang phổ tử ngoại khả kiến, là thiết bị chuyên dụng phân tích nồng độ các chất trong mẫu (dung dịch) được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học khác nhau.

Trước khi tìm hiểu về máy đo quang phổ, chúng ta cần hiểu được quang phổ là gì.

- Quang phổ là một dải màu giống như sắc cầu vồng hứng được trên màn ảnh khi có hiện tượng tán sắc ánh sáng và nó được các nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng khi chia ánh sáng thu được bằng lăng kính hoặc lưới nhiễu xạ thành các màu khác nhau của nó hoặc bước sóng.

- Thiết bị đo quang phổ được gọi là máy quang phổ, máy đo quang phổ hoặc máy phân tích quang phổ.

Máy UV-Vis Spectrophotometer, tên gọi đầy đủ là máy quang phổ tử ngoại khả kiến, sau đây gọi tắt là máy đo quang phổ. Máy đo quang phổ được dùng để thu, phân li và ghi lại phổ của một vùng phổ quang học nhất định, đo sự hấp thụ ánh sáng của một chất để xác định nồng độ, độ tinh khiết và tính chất vật lý của nó, là một thiết bị chuyên dụng trong việc phân tích nồng độ các chất có trong mẫu chất lỏng. Đây là một trong những thiết bị quen thuộc trong các PTN hóa sinh, phân tích, kiểm nghiệm, chúng là thiết bị lý tưởng để sử dụng trong dược phẩm, công nghệ sinh học, thực phẩm và đồ uống, và các ngành công nghiệp hóa chất.

1. Một dung dịch mẫu được đặt bên trong máy quang phổ.

2. Nguồn sáng: có nhiệm vụ cung cấp bức xạ tương thích với quá trình đo và nguồn sáng này thường là chùm bức xạ đa sắc.

3. Bộ khuếch đại đơn sắc phân tách ánh sáng thành từng màu, hay nói đúng hơn là từng bước sóng riêng lẻ. Một khe có thể điều chỉnh chỉ cho phép một bước sóng ánh sáng cụ thể đi qua dung dịch mẫu. Bộ khuếch đại bao gồm kính lọc, lăng kính hoặc cách tử(grating) và khe sáng.

4. Bước sóng ánh sáng chiếu vào mẫu, được giữ trong một vật chứa nhỏ gọi là ống cuvet (cần phải cực kì cẩn thận khi xử lý ống cuvet vì ngay cả một dấu vân tay nhẹ cũng có thể cản trở kết quả).

5. Buồng đo: Khoang hấp thu quang phổ chính là vùng tối nằm nơi cuối cùng của đường truyền. Khi mà tia bức xạ đơn sắc được phân tách, nó sẽ đi đến đó.

6. Bộ phận detector sẽ ghi nhận và xử lý tín hiệu quang thành tín hiệu điện,có tác dụng cảm nhận bức xạ điện từ sau khi bị hấp thụ và chuyển chúng thành dòng điện. Bất kỳ ánh sáng nào đi qua mẫu đều được đọc và hiển thị trên màn hình đầu ra.

– Khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, ta chiếu một chùm tia sáng có những bước sóng xác định vào chúng sẽ khiến chúng hấp thụ các bức xạ tương ứng với bức xạ chúng có thể phát ra.

– Lúc này, nguyên tử sẽ được chuyển đến trạng thái kích thích và mang năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản.

– Toàn bộ quá trình trên được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử hơi tự do và sẽ tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố đó.

– Ứng với mỗi giá trị năng lượng mà nguyên tử đã hấp thu, ta sẽ có một vạch phổ hấp thụ. Để tính toán được độ hấp thụ, ta sử dụng định luật Lambert – Beer.

– Nằm ở vùng phổ UV-VIS chính là vùng nằm ở cận UV cho đến cận IR. Điểm này sẽ được xác định từ khoảng 180 – 1100nm. Và đây cũng chính là vùng phổ đã được nghiên cứu nhiều và có nhiều áp dụng về mặt định lượng.

Máy đo quang phổ UV VIS đáp ứng yêu cầu rất cao về độ chính xác và tin cậy của phép đo nên được ứng dụng nhiều trong ngành nghiên cứu sinh học, công nghiệp, dược phẩm, môi trường,...

- Dùng trong nghiên cứu dược phẩm: Xác định, định lượng các hợp chất trong dược phẩm, đảm bảo chất lượng và hiệu quả của chúng.

- Dùng trong các ngành công nghiệp như dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm: Kiểm soát và phân tích chất lượng và tính nhất quán của nguyên liệu và sản phẩm.

- Dùng trong phân tích môi trường, phân tích nguồn nước.

- Phát hiện các thành phần độc hại.

- Xác định độ tinh khiết.

- Phân tích các mẫu mà không phá hủy hay xử lý hóa học.

- Phân tích các mẫu vi thể tích nhỏ tới 0,5 microlit.

Đây là thiết bị phân tích được sử dụng rất thường xuyên trong phòng thí nghiệm. Do đó, việc hiệu chuẩn máy đo quang phổ rất quan trọng không chỉ để đảm bảo rằng thiết bị hoạt động ổn định, cung cấp kết quả chính xác mà còn để xác định xem các bộ phận, đèn, cảm biến quang,...có xảy ra lỗi hay không để thiết bị có thể vận hành với trạng thái tốt nhất.

Ngoài ra, nếu thiết bị không được sử dụng, không được kiểm soát hay hiệu chuẩn trong thời gian dài, nhiều khả năng máy đo quang phổ sẽ bị 'trôi'.

Độ trôi khiến thiết bị cung cấp kết quả đo không chính xác. Việc hiệu chuẩn sẽ giúp phát hiện vấn đề này và cho phép nhà phân tích khắc phục chúng.

Dưới đây là bản trình bày tóm tắt quy trình hiệu chuẩn Máy đo quang phổ tham khảo từ văn bản kỹ thuật ĐLVN 372:2020. Quy trình hiệu chuẩn thiết bị trên thực tế sẽ có những điểm khác biệt nhất định trong phương pháp (quy trình nội bộ) so với quy chuẩn chung ĐLVN 372:2020.

- Bộ chuẩn bước sóng

- Bộ chuẩn truyền qua (Bộ chuẩn độ hấp thụ)

- Các thiết bị phụ trợ (Hộp đựng chuyên dụng, vải cotton, chổi tóc mềm, găng tay, khẩu trang, giấy chuyên dụng)

Khi tiến hành hiệu chuẩn, phải đảm bảo các điều kiện môi trường sau đây:

- Nhiệt độ: (23 ± 2) ^oC 

​- Độ ẩm: ≤ 85 %R.H.

- Chuẩn bị các bộ chuẩn: lau sạch bằng giấy chuyên dùng lau thấu kính quang học và chổi tóc mềm. Sau khi bộ chuẩn được lau sạch sẽ đặt lên khay.

- Chuẩn bị phương tiện đo quang phổ UV-Vis: Bật phương tiên đo và để ổn định trước khi tiến hành hiệu chuẩn ít nhất 30 phút.

​- Ký, nhãn hiệu: Phương tiện đo quang phổ phải thể hiện ký, nhãn hiệu và hãng sản xuất.

- Vỏ bảo vệ của phương tiện đo không nứt vỡ, các bộ phận cấu thành phương tiện đo quang phổ UV-Vis không bị vỡ, hỏng.

- Phải kiểm tra kỹ thuật theo các yêu cầu sau đây:

- Tiến hành kiểm tra trạng thái hoạt động bình thường và các chức năng kỹ thuật, các tính năng của phương tiện đo quang phổ UV-Vis cần hiệu chuẩn theo đúng tài liệu kỹ thuật của phương tiện đo.

- Chọn dải phổ quét của phương tiện đo quang phổ UV-Vis, khoảng bước sóng chạy (step), độ rộng phổ, chế độ đo độ hấp thụ (Abs mode) và tiến hành chạy chế độ quét đường nền (baseline hoặc zero).

- Sau khi thực hiện chế độ quét đường nền xong. Tiến hành đặt chuẩn bước sóng vào vị trí gá mẫu (sample holder) của phương tiện đo quang phổ UV-Vis.

- Thực hiện chế độ quét (scan mode).

- Sau khi thực hiện phép đo, tiến hành xác định các đỉnh bước sóng (điểm bước sóng mà tại đó độ hấp thụ đạt giá trị cực đại) theo đặc trưng kỹ thuật của bộ chuẩn trong dải phổ đã thiết lập trước đó, từ đó xác định được các đỉnh bước sóng tương ứng và ghi lại kết quả đo được. Kiểm tra tối thiểu 05 đỉnh bước sóng được phân bố đều trong dải phổ (200 ÷ 900) nm.

- Thực hiện 5 lần phép đo và tính giá trị trung bình kết quả đo được tại các đỉnh bước sóng xác định được.

- So sánh các giá trị trung bình được xác định từ phương tiện đo quang phổ UV-Vis với giấy chứng nhận của bộ chuẩn bước sóng, từ đó xác định sai số bước sóng của phương tiện đo.

- Sai số bước sóng của phương tiện đo quang phổ tại tất cả các điểm kiểm tra nếu không lớn hơn sai số bước sóng cho phép của phương tiện đo quang phổ UV-Vis cần hiệu chuẩn (theo đặc trưng kỹ thuật của phương tiện đo) thì phương tiện đó đạt chỉ tiêu về sai số bước sóng

- Chọn dải phổ quét của phương tiện đo quang phổ UV-Vis, khoảng bước sóng chạy (step), độ rộng phổ, chế độ đo độ hấp thụ (Abs mode) và tiến hành chạy chế độ quét đường nền (baseline hoặc zero).

- Sau khi thực hiện chế độ quét đường nền xong. Tiến hành đặt tấm chuẩn độ hấp thị vào vị trí gá mẫu (sample holder) của phương tiện đo.

- Thực hiện chế độ quét (scan mode).

- Sau khi thực hiện phép đo, tiến hành xác định các giá trị độ hấp thụ tại các bước sóng phân bố đều trong dải phổ (200 ÷ 900) nm theo đặc trưng kỹ thuật của tấm chuẩn độ hấp thụ trong dải phổ đã đặt, từ đó xác định được giá trị độ hấp thụ tại các bước sóng tương ứng và ghi lại kết quả đo được. Tiến hành kiểm tra ít nhất tại 03 giá trị độ hấp thụ phân bố trong phạm vi (0 ÷ 2) Abs.

- Thực hiện lặp lại 5 lần phép đo và tính giá trị trung bình kết quả đo được độ hấp thụ tại các bước sóng tương ứng.

- So sánh kết quả giá trị trung bình đo được từ phương tiện đo quang phổ UV-Vis với giấy chứng nhận của bộ chuẩn độ hấp thụ, từ đó xác định sai số phép đo độ hấp thụ của phương tiện đo quang phổ UV-Vis.

- Sai số độ hấp thụ của phương tiện đo quang phổ UV-Vis tại tất cả các điểm kiểm tra nếu không lớn hơn sai số độ hấp thụ cho phép của phương tiện đo quang phổ UV-Vis cần hiệu chuẩn (theo đặc trưng kỹ thuật của phương tiện đo của NSX) thì phương tiện đo đó đạt chỉ tiêu về sai số độ hấp thụ.

Phương tiện đo quang phổ UV-Vis sau khi hiệu chuẩn được dán tem, cấp giấy chứng nhận hiệu chuẩn kèm kết quả hiệu chuẩn.

Chu kỳ hiệu chuẩn được khuyến nghị: 01 năm