UV Talk Letter Vol. 6

Význam tématu

Analytická chemie využívá spektrofotometrická měření ve velmi širokém spektru aplikací – od biochemických analýz přes kontrolu kvality stavebních materiálů až po posuzování povrchových úprav. Klíčovým faktorem přesnosti a spolehlivosti těchto měření je výběr a správné používání světelných zdrojů, standardizovaných metod pro stanovení solárních parametrů a vymezení mezních hodnot detekce a kvantifikace. Nově představené přístroje, jako BioSpec-nano, navíc ukazují trend k miniaturizaci a zjednodušení analytických postupů pro životní vědy.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem souhrnného přehledu je:

• Popsat charakteristiky a požadavky na světelné zdroje v UV-VIS spektrofotometrech (halogenové, deuterové, xenonové a nízkotlaké rtuťové lampy).
• Uvést standardizované metody měření solární propustnosti, odrazivosti a stínícího koeficientu skel a návazných vrstev podle JIS A5759 a JIS K5602.
• Vysvětlit postup stanovení minimální meze kvantifikace (LOQ) na modelové ukázce kofeinu.
• Představit nový spektrofotometr BioSpec-nano pro životní vědy a jeho přínos pro rychlé měření stopových objemů vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

Měřicí technika a příslušné přístroje popsané v textech:

• UV-VIS spektrofotometry Shimadzu UV-1800, UV-3600 (300–2500 nm) s detektory PMT a InGaAs.
• Integrální sféra ISR-3100 pro měření celkové (difuzní) odrazivosti i propustnosti.
• Fourierova transformace infračervené spektrofotometry (FTIR) pro stanovení normálního emisního koeficientu.
• Software pro výpočet solární propustnosti/odrazivosti podle JIS R3106 a A5759.
• Standardizované testovací vzorky skel, lepicích filmů a barevných nátěrů.
• Pipetovací manipulace a dedikovaný malý spektrofotometr BioSpec-nano pro objemy 1–2 µL.

Hlavní výsledky a diskuse

• Halogenové lampy (3000 K) pokrývají 350–3500 nm, mají dlouhou životnost ~2000 h a stabilní jas díky halogenovému cyklu.
• Deuterové lampy poskytují kontinuum pod 400 nm a silné emisní čáry 486 nm, 656 nm vhodné pro kalibraci.
• Xenonové obloukové a pulzní lampy napodobují sluneční spektrum od UV po NIR, ale s vyššími fluktuacemi výkonu.
• Nízkotlaké rtuťové lampy slouží jako referenční zdroj pro kalibraci v konkrétních emisních čarách (254, 365, 436, 546 nm).
• U filmů na sklo (JIS A5759) byly stanoveny viditelná propustnost (70–77 %), UV propustnost (< 1 %), solární propustnost (41–56 %), odrazivost (21–33 %) a stínící koeficient (0,6–0,7).
• U barevných nátěrů (JIS K5602) se spektrální odrazivost liší podle odstínu, což vede k solárním odrazivostem 7,7 %–89 % v celém pásmu 300–2500 nm.
• Minimální mez kvantifikace kofeinu v roztoku stanovena na 0,051 mg/L podle 10× směrodatné odchylky blanku.
• BioSpec-nano umožňuje rychlé a automatizované stanovení koncentrace nukleových kyselin a proteinů z 1–2 µL vzorku bez manuálních úprav optické dráhy.

Přínosy a praktické využití metody

• Precizní výběr světelných zdrojů zvyšuje S/N poměr a rozšiřuje použitelné spektrální pásmo spektrofotometrů.
• Standardizované solární testy skel a nátěrů podporují návrh energeticky úsporných staveb a hodnocení fasádních materiálů.
• Stanovení LOQ zajišťuje spolehlivost kvantifikace nízkých koncentrací v laboratorní praxi QA/QC.
• Malé spektrofotometry pro life sciences urychlují rutinní biochemické analýzy, šetří vzorek i čas operátora.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozvoj LED a laserových zdrojů s šířkou spektrálního pásma na míru pro specifické aplikace.
• Integrace spektrofotometrii s mikrofluidními systémy a automatizovanými platformami pro vysokou propustnost.
• Využití pokročilých detektorů (sCMOS, array) ke zrychlení měření kontinuálních spekter.
• Digitální nástroje a umělá inteligence pro optimalizaci orientace světelných zdrojů a korekci parazitních složek (odrazy, parazitní světlo).
• Lakování a povlakování budoucích stavebních materiálů s cíleným solárním odrazem pro pasivní chlazení.

Závěr

Shrnuté texty představují komplexní přístup k návrhu a provozu UV-VIS spektrofotometrů a standardizovaným měřením solárních vlastností materiálů, doplněné o metodiku stanovení detekčních limitů a představení uživatelsky přívětivého přístroje BioSpec-nano. Výsledky podporují výzkumné i průmyslové laboratoře v oblasti analytické chemie, stavebních materiálů a biověd.

Reference

1. JIS R3106: Testing method on transmittance, reflectance and emittance of flat glasses and evaluation of solar heat gain coefficient.
2. JIS A5759: Adhesive films for glazings – optical performance test methods.
3. JIS K5602: Determination of reflectance of solar radiation by paint film.
4. Hamamatsu Photonics K.K. General Lamp Catalog.
5. Ushio Inc. General Discharge Lamp Catalog.
6. Genba de Yakudatsu Kagakubunseki no Kiso, red. The Japan Society for Analytical Chemistry, Ohmsha 2006.