محتويات
يستخدم العلماء المطياف لقياس
- الكشف عن الأطوال الموجية للإشعاع الكهرومغناطيسي.
- تحليل الإشعاع الكهرومغناطيسي.
- التحليل الطيفي الجزيئي.
- يُستخدم في التحاليل المختبرية الطبية.
يُعرف جهاز المطياف بـ (spectrometer) وهو جهاز علمي يُستخدم لقياس تغير خاصية فيزيائية ما على مدى معين مثل الأطوال الموجية.
أنواع أجهزة المطياف
- مطياف كُتلي.
- مطياف الرنين المغناطيسي.
- المطياف البصري.
وتتعدد أنواع أجهزة المطياف وفقًا للخاصية الفيزيائية المتُغيرة على المدى الخاص بها إلى:
المطياف الكتلي: وهو المطياف الذي يعني يقياس التغير في الكتلة على طول القياس، ويُعرف باسم (mass spectrometer).
مطياف الرنين المغناطيسي: وهو المطياف الذي يعني يقياس التغير في ترددات الرنين النووي على طول القياس، ويُعرف باسم (NMR spectrometer).
المطياف البصري: وهو المطياف الذي يعني يقياس انبعاث وامتصاص الضوء في هيئة أطوال موجية على طول القياس، ويُعرف باسم (optical spectrometer).
ويُعتبر المطياف البصري المطياف الأكثر شيوعًا في عمليات البحث، ويكمن الهدف الرئيسي خلف المطياف البصري إلى:
- قياس تفاعل العينة مع الإشعاع الكهرومغناطيسي المُنبعث (الضوء) من حيث الامتصاص، والانعكاس والتشتت.
- قياس مدى انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء) من العينة المُختبرة
وتُلقي أجهزة المطياف البصري اعتمادها الكامل على الأطوال الموجية الضوئية الواقعة في نطاق الأشعة الكهرومغناطيسية وهي مناطق الطول الموجي:
- فوق البنفسجي.
- المرئي.
- الأشعة تحت الحمراء من الطيف.
حيث يتم قياس التغير في انبعاث أو امتصاص الضوء الحادث في العينة المُختبرة في جميع أجهزة المطياف البصرية على هيئة طول موجي.
ويحدث في أجهزة المطياف البصري أن يستخدم :
- تراكيب خاصة لتشتيت للضوء الأولى الي الأطوال الموجية الأولى المكونة له.
- استخدام مرشحات ضوئية لعزل عدد من مناطق الطول الموجي مع القدرة على اختيار طول موجي دقيق للقياس عليه. [1][2]
ميكانيكية عمل المطياف البصري بشكل عـام
- تشتيت الضوء الأولي متعدد الأطوال الموجية إلى الأطوال الموجية الأولى المكونة له.
- قياس العينة المُختبرة عن طريق الانبعاث أو التشتت الحادث بالعينة.
التشتيت الضوئي: وهي الخطوة الأولى لعمل المطياف البصري، وبها يتم تشتيت الضوء الأولي متعدد الطول الموجي الساقط عليه إلى الأطوال الموجية المكونة له بواسطة تراكيب خاصة لتشتيت الضوء تُعرف باسم محزز الحيود (diffraction grating).
ويلعب محزز الحيود دورًا هامًا في جميع أجهزة المقياس البصرية حيث يدخل في:
- تركيب الجزء الوظيفي أحادي اللون المعروف باسم (monochromator) في أجهزة المطياف البصري.
- تحديد طول موجي معين للضوء من مصدر ضوء متعدد الألوان.
قياس العينة المُختبرة: يتم قياس العينة المختبرة في أجهزة المطياف البصري وفقًا لإحدى الطرق القادمة:
- الانبعاث الضوئي الناتج عن مرور الطول الموجي المحدد بالعينة (emission monochromator).
- التشتت الضوئي الحادث عقب مرور الطول الموجي المُحدد بالعينة عن طريق كاشف مسطح دفعة واحدة وتٌعرف باسم (Spectrograph)
قياس الطول الموجي الحادث عن طريق الإنبعاث والتشتت الحادث بالعينة في أجهزة المطياف البصري
ويعتبر جهاز المطياف البصري المعروف باسم الإسبكتروفوتومتر (Spectrophotometer) أشهر أنواع أجهزة المطياف البصري وأكثرها اسنخدمًا ويمكن من خلاله فهم طريقة عمل المطياف البصري بشكل دقيق. [1]
جهاز قياس الطيف الضوئي
جهاز المطياف الضوئي Spectrophotometer، هو أحد أجهزة المطياف العلمية والذي يعمل عن طريق إمرار حزمة ضوئية عبر عينة مـا لقياس شدة الضوء المُنبعث منها، ويُستخدم لـ :
- قياس كمية الضوء التي تمتصها العيمنة
- قياس ومراقبة دقة العينة.
- تحديد تركيز العينة.
وبالنظر إلى الاسم العلمي المتعارف عليه لجهاز الإسبكتروفوتومتر نجده يتكون من مقطعين:
- Spectro، ويشير هذا المقطع إلى كلمة (spectrometer)، مما يعنى اعتماد عمل الجهاز على الأسس القائم عليها جهاز المطياف الضوئي العادي، وهو اخراج طول موجي محدد عن طريق التشتييت
- photometer، ويشير هذا المقطع إلى الجهاز المُستخدم لقياس التغير في الطول الموجي الحادث أو المُممتص وهو مقياس الضوء ومن ثم يشير إلى مقدار التغير في شدة الضوء على هيئة تغير في الطاقة تظهر على شاشة الجهاز.
وقد تم إنشاء هذا الجهاز بشكل مـا يسمح بوضع العينة المُختبرة في موقع بين جهاز المطياف العادي ومقياس الضوء المستخدم مما يسمح بمرور الضوء أو الطول الموجي المُحدد من خلال العينة ومن ثم قياسها.
يتكون جهاز المطياف الضوئي (Spectrophotometer) من عدد من المكونات الرئيسة:
- مصدر ضوئي ( light source).
- عدسة مجمعة (a collimator).
- محزز الحيود ضمن جهاز أحادى اللون (monochromator).
- مُحدد الطول الموجي (wavelength selector).
- تركيب خاص لوضع العينة يُعرف باسم كيوفت (cuvette).
- كاشف كهروضوئي (Detector)
- شاشة رقمية.
وتوضح الصور القادمـة الشكل العام لجهاز المطياف الضوئي (Spectrophotometer). [3][4]
طريقة عمل جهاز قياس الطيف الضوئي
تقوم فكرة عمل جهاز الطيف الضوئي Spectrophotometer على قياس :
- قياس شدة الضوء الذي يمر بمحلول فارغ (Blank).
- شدة الضوء الذي يمر على العينة المُختبرة.
- وضع علاقة بين القيمتين لتحديد التغير في الطول الموجي الحادث عند ثبات الطول الموجي المُستخدم للقياس.
ولقياس عينة ما نقوم بـ:
- إمرار ضوء متعدد الألوان من خلال المصدر الضوئي.
- تقوم العدسة بتجميع جميع الأحزمة الضوئية القادمة من المصدر الضوئي وتركيزها في اتجاه واحد بواسطة العدسة المجمعة (collimator).
- تقوم الحزمة الضوئية بالمرور عبر محزز الحيود الموجود ف جهاز أحادى اللون مما ينتج عنه اخراج جميع الأطوال الموجية المُكونة للضوء monochromator.
- ومن ثم يقوم مُحدد الطول الموجي (wavelength selector) باختيار الطول الموجي المُحدد للقياس عليه والسماح له بالمرور للوصول إلى العينة.
- توضع العينة في كيوفت اص مُعتم من الجانبين لعدم السماح بأي طول موجي من المسموح له بالعبور بالخروج والتشتت.
- يتم قياس الطول الموجي المشتت والمنبعث من خلال الـ (Detector).
- تحديد نسبة القياس الحادث من خلال الشاشة الرقمية.
وفيمـا يلي طريقة توضيحية سريعة لعمل الجهاز [3][4]
ما هو المبدأ الذي يقوم عليه جهاز المطياف
عند مرور حزمة ضوئية من خلال مركب مـا يمتص المركب جزء من الضوء وينبعث ما تبقى من الأطوال الموجية المـارة منه مما يُمكن من قياسه عبر أجهزة القياس.
حيث تقوم فكرة عمل الـ (Spectrophotometer) على قياس الطيف الضوئي المنعكس والمُنبعث بواسطة مادة كميائية عن طريق قياس شدة الضوء أثناء انتقال الحزمة الضوئية عبر المحلول المُختبر. [3]
