UV-Vis Spectroscopy
SPECTROSCOPY
Ultraviolet သို့မဟုတ် Visible light များ Sample (Molecule) ပေါ် ကျရောက်သောအခါ Molecular effect တခုဖြစ်သော Electronic transitions များကိုဖြစ်ပေါ်စေသည်။ တချို့သော Wavelength များသည် Molecule ၏စုပ်ယူခြင်းကိုခံရပြီး ကျန် Wavelength များသည် Molecule ကိုဖြတ်သန်းသွားကြသည်။ ယင်းဖြစ်စဉ်များကို လေ့လာသောပညာရပ်ကို UV-Vis Spectroscopy ဟုခေါ်သည်။ UV-Vis Spectroscopy ကို ဆေးဝါးများ၊ ပိုးသတ်ဆေးများစစ်ဆေးခြင်း၊ ပရိုတင်း၊ DNA၊ RNA များစစ်ဆေးခြင်း၊ Polymer များ၏ Conjugation အတိုင်းအတာများ စစ်ဆေးခြင် အစရှိသည်တို့တွင် တွင်ကျယ်စွာအသုံးပြုကြသည်။
UV-Vis Spectroscopy အကြောင်းကောင်းစွာနားလည်ရန် ဤစာမျက်နှာကို အောက်ပါခေါင်းစဉ်ခွဲများဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားပါသည်။
(၁) Electronic transition
(၂) Beer Lambert's law
(၃) UV-Vis Spectrophotometer တည်ဆောက်ပုံ
(၄) UV-Vis Spectra များ
(၅) UV-Vis Spectroscopy အပေါ် လွှမ်းမိုးသောအချက်များ
(၆) Maximum wavelength ကိုခန့်မှန်းတွက်ချက်ခြင်း
(၇) UV-Vis Spectra intrepretation
UV-Vis Spectroscopy
Quantum သဘောတရားအရ Electronic Transition ဆိုသည်မှာ Molecule တခုအတွင်းရှိ Electrons များ energy level အနည်းမှအများပြောင်းလဲသွားခြင်းဖြစ်သည်။ Molecule များသည် မူရင်းအခြေအနေတွင် Ground State တွင်ရှိသည်။ UV သို့ Visible Wavelength များရရှိသောအခါ တိကျသော wavelength တခုကို စုပ်ယူလိုက်ပြီး အပို Energy ကိုရရှိသွားကာ Excited State အဖြစ်ကိုရောက်ရှိသွားသည်။ ထို Energy level အနိမ့် (Ground state) မှ Energy level အမြင့် (Excited state) သို့ပြောင်းလဲခြင်းသည် Electronic transition ပင်ဖြစ်ပေသည်။ Molecule များသည် Excited State တွင် ကြာရှည်စွာနေနိုင်ခြင်း မရှိကြချေ။ အကြမ်းဖြင်းအားဖြင့် 10-8 seconds လောက်သာ Excited State အဖြစ်ရှိကြသည်။ [အကိုးအကား] ထို့နောက် အပိုရရှိသော Energy ကို wavelength တခုဖြင့် ပြန်လည်ထုတ်လိုက်ကာ Ground state အနေအထားသို့ပြန်လည်ရောက်ရှိသွားသည်။
Electronic transition (၄)မျိုးရှိသည်။ ၎င်းတို့မှာ
(၁) σ→σ* transition
(၂) n→σ* transition
(၃) n→π* transition
(၄) π→π* transition တို့ဖြစ်ကြသည်။ Electronic transition အကြောင်းအသေးစိတ်ကို Physical Chemistry ရှုထောင့်မှ ဆက်လက်လေ့လာနိုင်သည်။
အောက်တွင် ဖော်ပြထားသော ပုံများဖြင့် Electronic transition ကိုပိုမိုသိရှိနားလည်နိုင်ပါသည်။
Electronic Transition
Beer Lambert's law သည် Spectrophotometer များလည်ပတ်ရာ၌ အရေးပါသော ဥပဒေသတခုဖြစ်သည်။ Beer Lambert's law ကို
Beer Lambert 's law
အတိုင်း ဖော်ပြနိုင်သည်။ Absorbance (အများဆုံးစုပ်ယူထားသော wavelength ၏ ပြင်းအား Intensity) သည် Molar concentration of the sample နှင့် တိုက်ရိုက်အချိုးကြသည်။ Molar absorption coefficient နှင့် optical path length (အများအားဖြင့် ၁ cm ) တို့သည် ကိန်းသေ Constant များဖြစ်သည်။
ဤဥပဒေသမှ Linear ဆက်နွယ်မှုကို အသုံးပြု၍ Calibration graph များတည်ဆောက်ကာ Sample concentration များကို တိုင်းတာသိရှိနိုင်ပြီး Quantitatively စစ်ဆေးနိုင်ပေသည်။
UV-Vis Spectrophotometer တည်ဆောက်ပုံသည် နည်းပညာအမျိးမျိုးအရ ကွဲပြားနိုင်သည်။ သို့သော် အကြမ်းဖျင်းအားဖြင့် အောက်ပါအတိုင်းမှတ်ယူနိုင်သည်။
UV-Vis Spectrophotometer တည်ဆောက်ပုံ
UV-Vis Spectrophotometer တွင် အကြမ်းဖျင်းအားဖြင့် အစိတ်အပိုင်း (၄)ခု ပါဝင်သည်။
Light source - UV နှင့် Visible light များကို ထုတ်လွှတ်ပေးသည်။ အများအားဖြင့် visible အတွက် Halogen tungsten နှင့် UV အတွက် deuterium lamp ကိုအသုံးပြုကြသည်။
Monochromator - Light Source မှထုတ်လွှတ်လိုက်သော မြောက်များစွာသော wavelength များမှ သင့်တော်သော wavelength များကိုရွေးချယ်စစ်ပေး (filter) နိုင်သည်။ Wavelength selector ဟုလည်းခေါ်ကြသည်။
Cuvette - Cuvette သည် မိမိတို့စစ်ဆေးလိုသော sample ထည့်ရာနေရာဖြစ်ပြီး Sample holder ဟုလည်းခေါ်ကြသည်။ UV light နှင့် interaction မရှိသော Quartz holder သို့ Silica glass cuvette ကိုသာ UV-Vis Spectrophotometer တွင် အသုံးပြုရမည်။
Detector - Transmitted radiation များကို ပြန်လည်ဖမ်းယူတိုင်းတာ၍ electronic signal အဖြစ် Computer သို့ Data interpretation ပြုလုပ်ရန်အတွက်ပို့ပေးသည်။ Detector များသည် မိမိတို့အသုံးပြုရန် ရည်ရွယ်ချက်အမျိုးမျိုးအလိုက်ကွဲပြားနိုင်သည်။ လူသုံးအများဆုံးမှာ Photomultiplier Tubes (PMT) ဖြစ်ပြီး Silicon photodiode၊ Charge-Coupled Device စသဖြင့်လည်းရှိသည်။
အထက်ပါ အစိတ်အပိုင်းဆိုင်ရာအယူအဆများကို အခြေခံ၍ UV-Vis Spectrophotometer များကို
(၁) Single beam spectrophotometer
(၂) Double beam spectrophotometer
(၃) Split beam spectrophotometer စသဖြင့်ခွဲခြားကြသည်။
Thermo Scientific™ ကုမ္ပဏီမှ Vis/UV-Vis Spectrophotometer တခုကို အောက်ပါလင့်တွင် တွေ့ရှိနိုင်သည်။
UV-Vis Spectrophotometer Detector မှတိုင်းတာရရှိသော Electronic signal များကို Spectrum များအဖြစ်ရရှိသည်။ UV-Vis Spectrum တွင် x, y ဝင်ရိုးနှစ်ခုပါဝင်ပြီး x ဝင်ရိုးသည် wavelength ကိုကိုယ်စားပြုပြီး y ဝင်ရိုးသည် Absorbance(Abs) ကို ကိုယ်စားပြုသည်။
UV-Vis Spectra များ
ဤ Spectrum တွင် Concentration အမျိုးမျိုးရှိသော မျိုးတူ Sample ၆ ခု၏ Spectra များကိုတွေ့မြင်နိုင်သည်။ ၎င်းတို့သည် တူညီသော Molecule sample များဖြစ်သောကြောင့် wavelength 560 nm ဝန်းကျင်တွင် တူညီသော Peak point များတွင်ရှိနေသည်။
Beer Lambert's law အရ ........
Absorbance သည် Molar concentration of the sample နှင့် တိုက်ရိုက်အချိုးကြသည် ကိုသိရှိပြီးဖြစ်သည်။
ဤ Linear ဆက်နွယ်မှုကို အသုံးပြု၍ Calibration graph များတည်ဆောက်ကာ Sample concentration များကို တိုင်းတာနိုင်မည်ဖြစ်သည်။
UV-Vis Spectrum (Graphic-credit)
Sample Concentration သက်ရောက်မှု
Beer Lambert's law အရ Concentration များလာသည်နှင့်အမျှ Absorbance intensity များလာသည်ကို သတိပြုရမည်ဖြစ်သည်။ Qualitative analysis များတွင် ရှင်းလင်းပြတ်သားသောရလာဒ်များ (Peak Points) များအတွက် ဤအချက်ကိုထည့်သွင်းစဉ်းစားရမည်။
အပူချိန်သက်ရောက်မှု
Sample အပူချိန်လျော့နည်းသွားသောအခါ Absorption band (Peak)များသည် သာမန်ထပ် ပိုမိုချွန်သောသဏ္ဌာန်ဖြစ်လာကြသည်။ ထို့အပြင် Peak တည်နေရာသည် ပိုမိုရှည်လျားသော Wavelength သို့ အနည်းငယ်ရွေ့သွားတတ်သည်။ သို့သော် absorbance intensity သည်မပြောင်းလဲနိုင်ပေ။
pH သက်ရောက်မှု
Amine၊ Phenol အစရှိသော aromatic compound များကိုတိုင်းတာရာတွင် pH ၏သက်ရောက်မှုကိုထည့်သွင်းစဉ်းစားရမည်။ Phenol များသည် Base အခြေအနေတွင် Phenoxide ion များဖြစ်လာကြသည်။ ထိုအခါ Conjugated System ပိုမိုရှည်လျားသွားပြီး Peak သည်ပိုမိုရှည်လျားသော Wavelength သို့ ရွေ့သွားသည်။ absorbance intensity သည်လည်း ပိုမိုမြင့်မားသွားမည်ဖြစ်သည်။
Aromatic amine များသည် acid အခြေအနေတွင် Conjugated system ကို အနှောင့်အယှက်များဖြစ်ပေါ်စေနိုင်သည်။ Absorption spectrum ရလာဒ်တွင် Peak သည် ပိုမိုတိုသော Wavelength သို့ ရွေ့သွားပြီး absorbance intensity မှာမူနိမ့်သွားမည်ဖြစ်သည်။
Solvent ရွေးချယ်ခြင်းသက်ရောက်မှု
Solvent ရွေးချယ်မှုသည် UV Spectroscopy အတွက် အင်မတန်အရေးကြီးသည်။ Solvent များတွင် Conjugated system မပါဝင်သော solvent ကိုသာ များသောအားဖြင့် ရွေးချယ်ကြသည်။ တချို့သော Solvent များသည် UV regionတွင် ၎င်းတို့ကိုယ်တိုင် UV ကို စုပ်ယူနိုင်သည်။ ထို့ကြောင့် မိမိတို့ စစ်ဆေးသော sample နှင့် မိမိရွေးချယ်သော Solvent သည် တူညီ သို့မဟုတ် နီးကပ်သော wavelength တွင် မရှိနေစေရန်အရေးကြီးပေသည်။ ဤသို့ဖြင့် Solvent cut off value များကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားရလာသည်။ Solvent cut off value များသည် အောက်ပါဇယားအတိုင်းဖြစ်သည်။
Conjugation သက်ရောက်မှု
Conjugation System ကြီးလာသည်အခါ Peak သည်ပိုမိုရှည်လျားသော Wavelength သို့ ရွေ့သွားမည်ဖြစ်သည်။ မုန်လာဥနီတွင် ပါဝင်သော beta-carotene compound သည် double bond ၁၁ ခုရှိသည်။ ထို Conjugation System ကြောင့် Peak သည်ပိုမိုရှည်လျားသော Wavelength သို့ ရွေ့သွားသားသောကြောင့် မုန်လာဥနီကို လိမ္မော်ရောင်အဖြစ် မြင်နေရခြင်းဖြစ်သည်။
Steric hindrance သက်ရောက်မှု
Steric hindrance ကို Geometrical isomers များတွင် တွေ့နိုင်သည်။ Trans isomer များ၏ Peak သည်ပိုမိုရှည်လျားသော Wavelength သို့ရွေ့သွားပြီး absorbance intensity သည်လည်း ပိုမိုမြင့်မားသွားမည်ဖြစ်သည်။ Cis isomers များသည် ၎င်းနှင့် ပြောင်းပြန်ဖြစ်သည်။
UV-Vis Spectroscopy အပေါ်သက်ရောက်မှုရှိသောအချက်များ
UV-Vis Spectroscopy တွင် Sample သို့မဟုတ် Molecule ၏ UV-Vis ရောင်ခြည်များကို စုပ်ယူမည့် Maximum wavelength ကို ခန့်မှန်းတွက်ချက်နိုင်သည်။ ခန့်မှန်းတွက်ချက်ရာတွင် Woodward's rules ကို အသုံးပြုကြသည်။ ဤစာမျက်နှာတွင် Conjugated diene များအတွက် တွက်ချက်နည်းကိုသာ သဘောတရားရစေရန် ဦးစွာတင်ပြသွားပြီးဖြစ်ပြသည်။ နောင်တွင် အပြည့်အစုံကို သီးသန့်ဆောင်းပါးဖြင့် ရေးသားပေးပါမည်။
Maximum wavelength ကိုခန့်မှန်းတွက်ချက်ခြင်း
UV-Vis Spectrophotometer များကို Qualitative နှင့် Quantitative စစ်ဆေးမှုများအတွက်အသုံးပြုနိုင်သည်။
UV-Vis Spectra intrepretation
Qualitative Analysis
UV-Vis Spectroscopy သည် Organic Compounds များ၏ တည်ဆောက်ပုံ Structure များအတွက်အဓိကကျသော စစ်ဆေးမှုမဟုတ်ပါ။ သို့သော် တွေ့ရှိမှတ်တမ်းတင်ပြီးသော Compounds များအတွက် တူညီသောအခြေအနေ (condition) များဖန်တီး၍ spectra ရလာဒ်များကို တိုက်ဆိုင်စစ်ဆေးနိုင်သည်။ Transition metal ion (D-metal complex) များ၏ Geometrical isomers ကို စစ်ဆေးခြင်းတို့ကိုလည်း လုပ်ဆောင်ပေးနိုင်သည်။ UV-Vis Spectroscopy အပေါ်သက်ရောက်မှုရှိသောအချက်များ သည် Qualitative analysis များအတွက် အရေးကြီးပေသည်။
Quantitative Analysis
UV-Vis Spectroscopy သည် Beer's law ကိုအသုံးချပြီး Quantitative analysis ပြုလုပ်နိုင်ပါသည်။ ဥပမာအားဖြင့် Standards များနှင့် Sample များ၏ Absorbance များကို အောက်ပါဇယားအတိုင်း UV-Vis Spectrophotometer မှ ရရှိသည်ဆိုကြပါစို့။
Calibration Graph ကို Concentration x ဝန်ရိုးနှင့် Absorbance y ဝန်ရိုးများဖြင့် တည်ဆောက်ပါ။
Calibration Graph ကို Google Sheet ဖြင့်တည်ဆောက်ခဲ့ပြီး အောက်ပါ အတိုင်း Sample ၏ concentration ကိုတွက်ယူနိုင်ပါသည်။
Absorbance = 0.01x + 0.025 (x = concentration of sample)
0.01x = 0.025 - Absorbance
x = (0.025 - Absorbance)/0.01
Concentration of sample = (0.025 - 0.5)/0.01
= | -47.5 | = 47.5 ppm
အကိုးအကားများ
၁။ Analytical Chemistry, 7th Edition, Gary D. Christian, Purnendu K. Dasgupta, Kevin A. Schug
၂။ UV-Visible Spectroscopy, chem.libretexts.org
၃။ Course materials of 1102212 Analytical Chemistry 2 and 1102311 Spectroscopic Methods in Chemistry, Applied Chemistry Program, School of Science, Mae Fah Luang University by Dr.Kanchana Watla-iad