Однопроменеві vs двопроменеві УФ-спектрофотометри: як обрати прилад для лабораторії АПК

У лабораторіях агропромислового комплексу точність вимірювань безпосередньо впливає на якість продукції, відповідність нормативам і фінансові результати підприємства. Контроль лактози в молоці, крохмалю в комбікормі, вітамінів у напоях чи іонного складу води – не просто рутинні аналізи, а основа прийняття технологічних рішень. І саме на етапі вибору спектрофотометра часто виникає стратегічне питання: чи достатньо простої однопроменевої системи, чи варто інвестувати у двопроменеву для підвищення стабільності й повторюваності результатів? Відповідь залежить не лише від бюджету, а й від навантаження лабораторії, вимог до межі виявлення та рівня автоматизації процесів. Принцип роботи обох приладів засновано на законі Бугера – Ламберта – Бера, проте конструктивно вони суттєво відрізняються. Розглянемо відмінності одно- й двопроменевих спектрофотометрів на прикладі лінійки Optizen від корейського виробника K Lab Co., Ltd.

Однопроменеві спектрофотометри (Single-Beam)

Однопроменевими називають прилади, конструкція яких передбачає один промінь світла, що проходить через монохроматор і зразок, після чого потрапляє безпосередньо на детектор – без розсіювання й розділення.

Типову оптичну схему однопроменевого спектрофотометра зображено на малюнку нижче:

Така архітектура приладу за ідеальних умов і з високоякісними джерелами світла може мати гарну чутливість, але їхня практична межа виявлення часто обмежена дрейфом і шумом за послідовних багатосерійних вимірювань.

Для компенсації змінної в часі інтенсивності джерела світла, флуктуацій детектора і змін умов навколишнього середовища проводять часті повторні вимірювання холостого зразка (blank). За умови правильної експлуатації прилади можуть давати досить точні результати.

Особливості однопроменевих спектрофотометрів:

• Оскільки світловий потік не ділиться навпіл, на зразок потрапляє 100 % енергії променя світла, що забезпечує відмінне співвідношення сигнал / шум
• Мала кількість дзеркал і рухомих механічних частин робить прилади меншими й легшими та водночас надійними
• Дрейф базової лінії – слабке місце однопроменевих спектрофотометрів. Оскільки джерело світла (лампи) і детектор із часом нагріваються, їхні характеристики змінюються. Між вимірюванням «нуля» та зразка може пройти час, протягом якого інтенсивність лампи або детектора трохи зміниться, що спричинить похибку в результаті.

Двопроменеві спектрофотометри (Double-Beam)

Двопроменеві спектрофотометри за допомогою обертового дзеркала розділяють промінь від джерела світла на два: один проходить через зразок, інший – через опорний або холостий розчин. Обидва промені одночасно реєструються двома детекторами або одним детектором через перемикачі. Співвідношення інтенсивностей використовується для обчислення поглинання, що дає змогу постійно коригувати дрейф джерела чи детектора. Спрощену схему зображено на малюнку нижче:

Двопроменеві прилади забезпечують кращу внутрішню стабілізацію за рахунок одночасного контролю опорного й вимірювального променів. Така схема зменшує вплив довготривалого дрейфу джерела, змін температури та майже миттєво коригує ці коливання. Через це двопроменеві системи зазвичай більш стабільні й мають кращу повторюваність.

Особливості двопроменевих спектрофотометрів:

• Прилад автоматично віднімає фонове поглинання розчинника в режимі реального часу. Будь-які коливання яскравості лампи компенсуються миттєво.
• Висока швидкість зняття спектрів поглинання в широкому діапазоні довжин хвиль через відсутність потреби обнулювати прилад на кожному нанометрі.
• Наявність складної оптики й механіки робить ці прилади дорожчими в 2–4 рази та чутливими до вібрацій.
• Розмір і вага. Через складну оптику й механіку потрібна важка та міцна основа для мінімізації вібрацій.
• Особливості ПЗ. Часто постачаються з ПЗ з розширеним функціоналом, можливістю підключення до ПК, автосамплерів та пакетів валідації для фармакопейних методик. Більш придатні для складних аналітичних методик і стандартизації робочих процесів.

Рекомендації щодо вибору спектрофотометра

Вибір між однопроменевою та двопроменевою системами доцільно здійснювати поетапно – від аналізу завдань лабораторії до оцінювання довгострокових витрат і сервісної підтримки.

1. Проаналізуйте аналітичні завдання.

   Насамперед визначте, які саме показники будуть контролюватися, у яких концентраційних діапазонах та з якою допустимою похибкою. Важливо врахувати необхідну межу виявлення, вимоги до повторюваності результатів, а також обсяг і регулярність серійних вимірювань. А також звернути на особливості функціоналу пз

2. Оцініть інтенсивність роботи лабораторії.

   Для високого навантаження, довготривалих серійних аналізів або автоматизованих процесів більш доцільною буде двопроменева система – вона забезпечує стабільність базової лінії та мінімізує вплив дрейфу. Якщо ж мова йде про навчальні, періодичні або рутинні вимірювання без надвисоких вимог до чутливості, однопроменева модель стане економічно обґрунтованим рішенням.

3. Оцініть перспективи розвитку лабораторії.

   Якщо планується розширення спектра методик, впровадження стандартизованих процедур, інтеграція з ПК чи автосемплерами – варто одразу обирати систему з відповідним функціоналом і запасом по можливостях.

4. Врахуйте повну вартість купівлі й сервісну підтримку.

   Бюджет має охоплювати не лише вартість придбання приладу, а й витрати на сервіс. Наявність локального сервісу, прямий доступ до витратних матеріалів і запасних частин, можливість навчання персоналу – критично важливі фактори для безперервної роботи лабораторії.

Такий послідовний підхід дає змогу обрати не просто прилад, а оптимальне рішення для конкретних виробничих або дослідницьких завдань.

Приклади застосування в агропромисловості

Спектр застосування спектрофотометрів величезний, а сам перелік міг би зайняти не одну сторінку. До вашої уваги пропонуємо деякі з методик, для яких можна застосовувати спектрофотометри Optizen.

Одно- й двопроменеві УФ-спектрофотометри мають свої чіткі ніші для застосування. Однопроменеві пристрої приваблюють простотою, меншою ціною та зручністю обслуговування, що робить їх чудовим вибором для навчальних лабораторій і рутинних аналізів. Двопроменеві системи забезпечують вищу стабільність, кращу чутливість і надійність під час довготривалих та критичних вимірів, що важливо для наукових та дослідницьких цілей.

За більш детальною інформацією про спектрофотометри від компанії K Lab TM Optizen звертайтеся до фахівців ХЛР – вони допоможуть обрати прилад саме під ваші потреби.

Андрій Гудима,

продакт-спеціаліст відділу аналітичного обладнання