Spektrofotometern: Linsen är beställd

Så här ser tanken med mitt spektrofotometerbygge ut just nu; spektrofotometern kommer att byggas på ett mönsterkort. Då kan man redan innan man börjar bygga etsa ett mönster på kortet, ett så kallat kretsschema. Man markerar alltså ut var de olika delarna ska sitta så som glödlampa, lins, batterier och så vidare… så är det bara att sätta fast dem där sedan 🙂

Men för att spektrofotometern ska bli bra måste man först veta hur den fungerar, så att man men hjälp av matematik kan räkna ut avstånden mellan de olika delarna. Det är där vi är nu. Det är jag och maken som gör det här arbetet tillsammans. Han kan elektronik och sådant, jag som biomedicinsk analytiker kan fysik, kemi och biologi.

Spektrofotometern kommer i grova drag att se ut så här:

Lins

Avståndet från lampan till linsen, och vidare till provet är redan klart. För att räkna på det har jag använt mig av olika formler (hämtade från boken Gleerups Formler och Tabeller).

Linsens styra kallas för dioptri (D) och har enheten m^-1. Den räknar man fram så här:

D = 1/f

Anledningen till att styrkan är viktig är att det finns ett förhållande mellan styrkan och avstånden runt linsen. I talet är f nämligen detsamma som brännpunkt. Brännpunkten är avståndet från linsen till den punkt där det hopsamlade ljuset möts. Linsen ska vara konvex, alltså tjockast på mitten och tunnast på sidorna. En sådan lins samlar ihop ljusets strålar och riktar dem framåt (precis som i ett ljusmikroskop). Punkten där ljuset samlas kallas just för brännpunkt. Avståndet mellan linsen och brännpunkten kallas för brännvidd. Och det är viktigt att räkna ut brännvidden också. Annars kan det uppstå flera problem. Om man inte räknar så kan man få en för kort eller för lång brännvidd.

En för kort brännvidd gör att brännpunkten hamnar på ett ställe där ljuset inte har nått provet ännu. Då kommer ljuset att hinna spridas åt alla håll och kanter innan det når provet, ljusstyrkan som når detektorn blir sämre, och det blir resultatet också.

En för lång brännvidd skulle kunna göra så att ljuset inte hinner samlas ihop innan det passerar provet. Då blir ljusstyrkan också försvagad, eftersom man tappar en massa ljus åt alla håll och kanter innan det ens hunnit passera provet. En annan möjlighet är att man anpassar bygget till den långa brännvidden. Då skulle man i värsta fall kunna få en tio meter lång spektrofotometer vilket är onödigt.

Formeln för uträkning av brännvidden ser ut så här:

1/a + 1/b = 1/f

a är avståndet mellan lampa och lins, b är avståndet mellan lins och detektor. Och f är alltså brännpunkten. Helst vill man alltså se till att a, b och f är samma. Kom ihåg att det finns två brännpunkter – en på varje sida om linsen.

Nu har jag köpt en lins vars brännvidd är 5 cm. Till det köpte jag också en linshållare.

Diffraktionsgitter

Nu kommer nästa steg com känns ganska svårt just för tillfället, trots att jag har rätt formel för beräkning. Man kan nämligen använda sig av antingen ett prismaglas eller ett så kallat diffraktionsgitter för att dela upp ljuset i de olika våglängderna. Jag har valt ett diffraktionsgitter eftersom det ska ha bättre kvalitet; våglängderna blir tydligare. Formeln för att räkna fram våglängden ur ett diffraktionsgitter ser ut så här:

d*sin(θk) = k * λ

Det första k, inom parantesen, är ett nedsänkt k. Jag förstår inte riktigt formeln ännu, men jag ska jobba på det och så återkommer jag senare när jag tror att jag fått grepp om det. I alla fall – det finns två typer av diffraktionsgitter; transmissionsgitter och reflektionsgitter. Vad de har gemensamt är att de består av flera linjer, repor eller raster kan man säga. Det kan vara några få, tex 100 raster per millimeter (jo, det är sant), eller så mycket som 1 600 på en enda mm! I ett transmissionsgitter kommer ljuset riktas mot gittret, passera genom det och sedan delas upp i olika våglängder. Hur de delas upp beror på avståndet mellan dess raster. Det här avståndet kallas för gitterkonstant. Och om jag har förstått rätt (vilket jag inte alls är säker på att jag har gjort) så beror våglängderna också på hur man vinklar rastrena. Ett reflektionsgitter fungerar på så sätt att ljuset från lämpan reflekteras i gittret och då delas upp i olika våglängder. Vad jag inte har klurat ut ännu är hur gittrets gitterkonstant förhåller sig till våglängderna, och hur man får in rätt vågläng i provet. Det är mycket som är oklart ännu, för första gången skriver jag blogginlägg som faktiskt är mer spekulationer än vetenskap.

Sedan låter man ljuset (önskad våglängd) passera genom ett litet hål kallat slit och vidare in i provet. Tack vare sliten kommer bara önskad våglängd in i provet och läses av i detektorn. Vilken typ av detektor vi ska ha är inte riktigt klart än. En monometer, en fotocell eller liknande kanske….. Det finns ett problem att lösa här också; en monometer visat ett volttal. Hur räknar jag om det till ett absorbansvärde?

CUDOS på er!

Källa:

Pedersen, L. Gleerups Formler och Tabeller. Malmö: Gleerups Förlag. 2009.

Taverner, S J.  & Thomas-Oates, J E. Build your own spectrophotometer. The royal society of chemistry. September 2007. (Hämtad 2017-04-10).

Vad tycker du?