The Basics of UV-Vis-NIR Spectrophotometry

Význam tématu

UV-Vis-NIR spektrofotometrie patří k základním analytickým metodám ve spektroskopii, které umožňují studovat interakci světla s materiály v rozsahu 175–3300 nm. Je nenahraditelná pro kvantitativní stanovení látek, charakterizaci optických vlastností pevných i kapalných vzorků, kontrolu kvality v průmyslu a bázi pro aplikace v oblasti fotoniky, materiálové vědy, farmacie i biochemie.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem předloženého textu je představit základní principy UV-Vis-NIR spektrofotometrie, popsat konstrukci moderních přístrojů, způsoby měření v režimu transmisního i reflexního módu, optimalizaci parametrů a ukázat vybrané aplikace od charakterizace tenkých vrstev až po stanovení biomolekul.

Použitá metodika a instrumentace

Text popisuje klíčové komponenty spektrofotometru:

• Světelné zdroje: deuterová lampa (185–400 nm), wolfram-halogenová (350–3300 nm), xenonová záblesková a rtutová pro kalibraci.
• Monochromátor: jednonásobný nebo dvojnásobný s holografickými nebo ryhovanými mřížkami, volitelné clonění celé spektrální šířky (SBW).
• Vzorková komora: držáky kyvet, transmisní a reflexní doplňky (DRA, SRA, UMA, Praying Mantis).
• Detektory: PMT, Si dioda, InGaAs a PbS fotodioda, dvoubarevný detektor.
• Optické uspořádání: jedno- a dvoupaprskové systémy s referenčním a vzorkovým kanálem.
• Doplňkové příslušenství: polarizéry, depolarizéry, útlumové filtry (RBA).

Hlavní výsledky a diskuse

Text shrnuje:

• Základní veličiny: vlnočty, vlnové délky, transmittance, absorbance, reflektance, Beer–Lambertův zákon.
• Speciální režimy měření: transmisní, difúzní i spekulární reflexe, měření pod úhly a dálková sonda.
• Optimalizace parametrů: volba SBW, korekce parazitního osvětlení, lineární oblast měření, korekce driftem zdroje.
• Metrologické ověřování: testy strážného světla (stray light), kalibrace vlnové délky pomocí emisních čar a oxidů vzácných zemin, verifikace lamelových filtrů.

Přínosy a praktické využití metody

UV-Vis-NIR spektrofotometrie poskytuje:

• Kvantitativní stanovení koncentrací v chemii a bioanalytice (proteiny, nukleové kyseliny).
• Charakterizaci optických vrstev a materiálů (tenké vrstvy, antireflexní a fotovoltaické povlaky).
• Kontrolu kvality v průmyslu: výroba slunečních článků, optika, textilie, laky, farmacie.
• Studium nanomateriálů a katalyzátorů včetně sledování změn při teplotních a chemických reakcích.
• Analýzu barevnosti a polarizačních vlastností materiálů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Integrované spektroskopy s vysokým rozlišením a automatizovanými měřicími drahami (mapping, IMS).
• Kombinace s chemometrickými metodami a umělou inteligencí pro rychlou analýzu komplexních dat.
• Pokročilé reakční buňky pro in situ monitorování katalytických a fotochemických procesů.
• Rozšíření do terénu pomocí kompaktních fiberoptic sond pro okamžitá měření v místě odběru.

Závěr

UV-Vis-NIR spektrofotometrie je univerzální analytická metoda s bohatým instrumentálním vybavením i aplikačním spektrem. Díky své rozmanitosti měřicích režimů a možnostem kalibrace zůstává klíčovou technologií pro výzkum i průmyslové aplikace napříč obory od materiálové vědy až po bioanalytiku.

Reference

1. Aplikace UV-Vis-NIR spektroskopie v materiálové vědě, Agilent Technologies, 2023.
2. Testování slunečních článků spektrofotometrií s integrovanou sférou, ASTM a IEC standardy.
3. Li R. et al., In situ UV-Vis difúzní reflexní spektroskopie katalyzátorů, Chem. Commun., 2022.
4. Brydegaard M. et al., Využití úzkých červených pásem u vážek, Ecol Evol, 2018.