آنالیز مواد خام شیمیایی با اسپکتروفتومتر شیمادزو UV1900I و سنجش رنگ هزان

کنترل کیفیت مواد خام شیمیایی یکی از اصول اساسی در فرآیندهای صنعتی است. یکی از روش‌های ارزیابی کیفیت ظاهری این مواد، تعیین رنگ آن‌ها بر اساس مقیاس هزان (Hazen) می‌باشد. نتایج به دست آمده از آنالیز مواد شیمیایی، اهمیت استفاده از تجهیزات پیشرفته مانند دستگاه اسپکتروفتومتر UV-1900i شرکت Shimadzu در تشخیص تفاوت‌های ظاهری نامحسوس را نشان می‌دهد. به‌ کارگیری تجهیزات دقیق نظیر طیف‌سنج UV-1900i، که امکان اندازه‌گیری عبور نور از نمونه‌ها را در طیف وسیعی از طول موج‌ها فراهم می‌آورد، می‌تواند تحلیل‌های بسیار دقیقی نسبت به روش‌های سنتی مثل کالریمتری ارائه دهد.

سیستم سنجش رنگ به روش Hazen یا مقیاس رنگ APHA

رنگ ظاهری مواد شیمیایی مایع، حتی در غلظت‌های بسیار پایین ناخالصی ‌ها، می‌تواند اطلاعات حیاتی درباره‌ی کیفیت و خلوص آن‌ها ارائه دهد. استانداردهای بین‌المللی نظیر ISO 6271:2015 و استاندارد ملی ژاپن JIS K0071-1:2017، استفاده از مقیاس رنگ Hazen را برای ارزیابی مایعات شفاف یا زرد کم‌رنگ پیشنهاد می‌کنند. این مقیاس که بر اساس رنگ محلول‌های استاندارد پلاتین-کبالت تعریف شده است، به عنوان روشی مرجع برای کنترل کیفیت رنگی مواد به کار می‌رود. مقیاس Hazen یا مقیاس پلاتین-کبالت برای ارزیابی شدت رنگ مایعاتی که از شفاف تا زرد کم‌رنگ متغیر هستند طراحی شده است.

این مقیاس بر اساس غلظت‌های مشخصی از کلرید پلاتینیک (IV) و کبالت (II) کلرید در اسید هیدروکلریک ساخته می‌شود. رنگ محلول‌های استاندارد با واحدهای Hazen از ۰ تا ۵۰۰ تنظیم شده و به عنوان مرجع در آزمایش‌های مقایسه‌ای استفاده می‌شوند. طیف‌سنجی UV-Vis تکنیکی است که بر اساس اندازه‌گیری میزان جذب یا عبور نور در ناحیه‌ی فرابنفش (UV) و مرئی (Visible) طیف الکترومغناطیسی استوار است. مواد مختلف بسته به ساختار شیمیایی‌شان، نور را در طول موج‌های خاصی جذب یا عبور می‌دهند. این ویژگی برای شناسایی یا ارزیابی خلوص مواد بسیار کاربردی است.

نمونه های مورد آنالیز بر اساس سیستم سنجش رنگ هزان با اسپکتروفتومتر UV1900i شیمادزو

در این مطالعه، دو ماده‌ی گلیسیرین و استیل استون انتخاب شدند. گلیسرین به عنوان ماده‌ای تقریباً بی‌رنگ و استواستون به عنوان نمونه‌ای با احتمال تغییر رنگ جزئی در فرآیندهای پلیمریزاسیون بررسی شدند. گلیسیرین ماده ایی شفاف و بی رنگ است که در بسیاری موارد به عنوان پلیمر و حلال استفاده می شود. رنگ گلیسیرین،معیاری برای کنترل کیفیت مورد استفاده قرار می گیرد و میزان هازن آن برای مصارف صنعتی 20 یا کمتر به عنوان معیار ظاهری قرار می گیرد.

استیل استون دارای ساختار شیمیایی با پیوندهای دوگانه است که در حضور نور پلیمریزه می شود و در طول فرآینده پلیمریزه شدن رنگ آن به زرد تغییر می کند بنابراین میزان پلیمریزاسیون استیل استون را با درجه رنگ آن می توان تعیین نمود. برای معیار ظاهری استیل استون میزان هازن 100 یا کمتر در نظر گرفته می شود.

شرایط آنالیز گلیسیرین و استیل استون با دستگاه اسپکتروفتومتر UV1900i

بر اساس مفاد ISO 6271:2015 و JIS K00711:2017، میزان عبور نور گلیسیرین و استیل استون با استفاده از آب خالص به عنوان شاهد و یک سل با طول مسیر نوری 50 میلی‌متر اندازه‌گیری شد. برای انجام اندازه‌گیری‌ها با یک سل با طول مسیر نوری 50 میلی‌متر، یک نگهدارنده سل با مسیر نوری بلند به اسپکتروفتومتر UV-Vis مدل UV-1900i متصل شد. آنالیز نمونه ها با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر uv-vis مدل UV1900I شیمادزو و و نرم‌افزار LabSolutions UV-Vis Color در محدوده طول موجی ۳۸۰ تا ۷۸۰ نانومتر و با سرعت اسکن سریع با پهنای شکاف (Slit Width) ۱ میلی‌متری انجام می گردد.

نرم‌افزار LabSolutions UV-Vis Color مورد استفاده به طور خودکار مقادیر Hazen را محاسبه کرده و قابلیت تعریف معیارهای قبولی را بر اساس استانداردها را دارد. این ویژگی باعث تسهیل فرآیند ارزیابی کیفیت می‌شود و خطاهای انسانی را کاهش می‌دهد. از آب به عنوان نمونه شاهد استفاده شده است. فرایند اندازه‌گیری به این صورت می باشد که ابتدا طیف عبوری گلیسرین و استیل استون در محدوده‌ی مورد نظر ثبت شد. سپس با استفاده از منحنی کالیبراسیون Hazen (تهیه شده با ۲۴ محلول استاندارد)، مقادیر Hazen برای هر نمونه محاسبه گردید. پس از آن، بر اساس معیارهای قبولی تعیین شده در استانداردهای مربوطه، ارزیابی نهایی صورت گرفت.

طیف عبوری گلیسرین نشان داد که این ماده در تمام طول موج‌های مورد بررسی (۳۸۰ تا ۷۸۰ نانومتر) عبور نور بالایی دارد. در مقابل، استیل استون در طول موج‌های زیر ۵۰۰ نانومتر میزان عبور نور کمتری نشان داد. عبوردهی برای هر دو نمونه بین ۷۰۰ تا ۷۸۰ نانومتر، بیش از ۱۰۰٪ بود،زیرا از آب خالص به عنوان نمونه کنترل استفاده شده بود. (عبوردهی نمونه می‌تواند در طول موج‌هایی که بالاتر از عبوردهی آب خالص هستند و در طول موج‌هایی که توسط آب خالص جذب می‌شوند، از ۱۰۰٪ فراتر رود.)
نتایج جذب نور توسط گلیسیرین و استیل استون به صورت زیر می باشد که این نتایج بیانگر حضور جذب نوری بیشتر توسط استیل استون در این ناحیه می‌باشد.

• گلیسرین: ۱۶.۴۹ واحد Hazen
• استیل استون: ۱۶.۸۹ واحد Hazen

هر دو مقدار کمتر از حدود تعیین شده در استانداردها بوده و نشان‌دهنده‌ی کیفیت مناسب نمونه‌ها از نظر رنگ ظاهری هستند. هر چند تفاوت بین مقادیر Hazen برای گلیسرین و استیل استون ناچیز است، اما این تفاوت کوچک می‌تواند اهمیت زیادی در کاربردهای حساس صنعتی داشته باشد. برای مثال در تولید پلیمرهای پزشکی یا مواد آرایشی، وجود اندک تغییر رنگ می‌تواند نشانه‌ای از آلودگی یا تغییر در ترکیب شیمیایی باشد.

مطالعه حاضر نشان داد که استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر UV-1900i شیمادزو همراه با نرم‌افزار تخصصی LabSolutions UV-Vis Color ابزاری کارآمد و دقیق برای ارزیابی رنگ مواد خام شیمیایی بر اساس مقیاس Hazen است. با استفاده از این سیستم، می‌توان تفاوت‌های رنگی بسیار جزئی را که با چشم غیرمسلح قابل تشخیص نیستند، به صورت کمی و استاندارد شده اندازه‌گیری کرد. این تکنیک می‌تواند در صنایع مختلفی مانند تولید دارو، صنایع غذایی، و تولید مواد آرایشی برای تضمین کیفیت مواد اولیه کاربرد گسترده‌ای داشته باشد.

شرکت ری نور آزما وارد کننده تجهیزات آزمایشگاهی از قبیل انواع دستگاه های اسپکتروفتومتر تک پرتویی مانند UV-Vis1280 SHIMADZU و دو پرتویی مدل UV-Vis 1900i SHIMADZU می باشد.