التحليل الطيفي: الأنواع والخصائص

La التحليل الطيفي إنها تقنية تستخدم في مختلف فروع العلوم لدراسة التفاعل بين الإشعاع الكهرومغناطيسي والمادة. يعتمد على التحليل التفصيلي للضوء أو غيره من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي ، وتقسيمها إلى مكوناتها الفردية وفحص الخصائص المحددة لكل منها.

في هذه المقالة سوف نخبرك ما هو التحليل الطيفي وخصائصه وأهميته.

ما هو التحليل الطيفي

بعبارات بسيطة ، يمكننا أن نفهم الضوء على أنه مزيج من ألوان أو أطوال موجية مختلفة. يسمح لنا التحليل الطيفي بتقسيم الضوء إلى طيفه ، والذي يتراوح من أطوال موجية أقصر ، مثل الأشعة السينية وأشعة جاما ، إلى أطوال موجية أطول ، مثل الموجات الدقيقة وموجات الراديو. كل منطقة من هذه المناطق من الطيف الكهرومغناطيسي لها خصائص وسلوكيات مميزة.

يستخدم علم التحليل الطيفي في العديد من التخصصات العلمية، بما في ذلك الفيزياء والكيمياء وعلم الفلك والأحياء وغيرها. ويقدم معلومات مهمة حول تركيب المادة وبنيتها وخصائصها. من خلال دراسة طيف الإشعاع المنبعث أو الممتص أو المبعثر بواسطة مادة ما، يمكننا الحصول على معلومات حول الذرات أو الجزيئات أو الجسيمات التي تشكل تلك المادة، وكذلك حول الظواهر المثيرة للاهتمام في الكون، مثل الأجرام الفلكية.

هناك تقنيات مختلفة من التحليل الطيفي ، يستخدم كل منها لتحليل أنواع مختلفة من الإشعاع الكهرومغناطيسي وتحقيق أهداف مختلفة. تتضمن بعض التقنيات الشائعة مطيافية الامتصاص، مطيافية الانبعاث، مطيافية الفلورسنت، مطيافية الرنين المغناطيسي النووي، على سبيل المثال لا الحصر. لمزيد من المعلومات حول أنواع المواد المختلفة ودراستها، يمكنك الرجوع إلى مقالات أخرى على فروع الفيزياء.

أنواع التحليل الطيفي

يستخدم التحليل الطيفي لفهم خصائص المواد الكيميائية من خلال تحليل كمية الضوء التي تمتصها. هذا يساعدنا على تحديد تكوين المادة. لدينا عدة أنواع من التحليل الطيفي ، اعتمادًا على الغرض الذي نستخدمه من أجله. هذه هي أشهرها:

• مطيافية الكتلة
• مطيافية الامتصاص الذري.
• رامان الطيفي
• مطياف الأشعة تحت الحمراء

مطياف الكتلة (أو مطياف الكتلة الذرية) هو طريقة تستخدم لتحديد الكتلة الذرية للذرات أو الجزيئات في عينة عن طريق المواد الكيميائية المؤينة وتصنيف الأيونات بناءً على نسبتها أو كتلتها أو شحنتها.

تستخدم معظم أجهزة قياس الطيف الكتلي تقنية تسمى تأين تأثير الإلكترون. تستخدم هذه التقنية شعاعًا إلكترونيًا لإزالة إلكترون (أو إلكترونات) من الجزيء ، مكونًا كاتيونًا جذريًا. تُعرف هذه الكاتيونات الجذرية أيضًا باسم الأيونات الأم أو الأيونات الجزيئية.

رسم بياني يظهر تسمى شدة إشارة الكاشف مقابل الكتلة الذرية للأيونات بالطيف الكتلي. النظائر هي ذرات من نفس العنصر لها نفس عدد البروتونات (العدد الذري) ولكن لها أعداد كتلة مختلفة (عدد مختلف من النيوترونات). لفهم النظائر بشكل أفضل، يمكنك الرجوع إلى المعلومات الموجودة على الديوتيريوم، وهو نظير رائع.

مطيافية الامتصاص الذري

مطيافية الامتصاص الذري هي عملية تحليل الطيف المرئي أو فوق البنفسجي لتحديد كمية الضوء الكيميائي المنبعث من الذرات الغازية. هذه هي العملية المستخدمة في الكيمياء لتحديد تركيز المادة التحليلية ، وهي عنصر محدد في العينة.

الآن دعونا نرى كيف يعمل مطياف الامتصاص الذري. تعتمد التقنية على قانون بير لامبرت ، التي تتعلق بامتصاص الضوء بواسطة عنصر ما وتربطه بخصائص عنصر معين. يمكن للإلكترونات أن تنتقل إلى مستويات طاقة أعلى لأنها تمتص الطاقة. وهذا، بدوره، يتوافق مع الضوء بأطوال موجية محددة، وبفضل ذلك يمكننا أن نعرف ما هي العناصر الموجودة في العينة، حيث يتوافق كل طول موجي مع عنصر محدد. كما هو الحال بالنسبة للعناصر الموجودة في الكويكبات والتي يمكن تحليلها باستخدام التحليل الطيفي.

رامان الطيفي

مطيافية رامان هي تقنية تستخدم لتحليل التفاعل بين الضوء والمادة. تعتمد هذه التقنية على تأثير رامان ، الذي اكتشفه العالم الهندي سي في رامان عام 1928 ، الذي ينطوي على التغيير في طاقة الضوء عندما يتفاعل مع عينة.

عندما يسقط الضوء على عينة ، يتشتت بعض الضوء وتتغير طاقته. يرجع هذا التغيير في الطاقة إلى تفاعل فوتونات الضوء مع جزيئات العينة. تكتسب بعض الفوتونات الطاقة ، بينما يفقدها البعض الآخر. يسمى تشتت الضوء هذا باسم تشتت رامان ، ويعرف الضوء المتناثر باسم ضوء رامان.

يستفيد مطياف رامان من هذه الظاهرة للحصول على معلومات حول التركيب والتركيب الجزيئي للعينة. ضوء رامان المبعثر له طول موجي مختلف قليلاً عن الضوء الساقط.، ويعرف هذا الاختلاف باسم تحول رامان. يوفر تحول رامان معلومات حول الاهتزازات الجزيئية وأنماط دوران الجزيئات في العينة.

ولإجراء ذلك، يتم استخدام أداة تسمى مطياف رامان. يتكون هذا الجهاز من ليزر عالي القدرة يصدر ضوءًا أحادي اللون، موجهًا نحو العينة. عندما يتفاعل ضوء الليزر مع الجزيئات الموجودة في العينة، يحدث تشتت رامان. يتم جمع الضوء رامان المتناثر وتوجيهه نحو كاشف، والذي يسجل شدة الضوء كدالة لطول موجته. وهذا أمر ضروري لفهم العمليات مثل تلك التي تحدث في منشور نيوتن.

مطياف الأشعة تحت الحمراء

التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء هو أسلوب تحليلي يستخدم لتحديد المجموعات الوظيفية في الجزيئات العضوية. هناك نوعان من مقاييس الطيف المستخدمة في التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء: مطياف الأشعة تحت الحمراء المشتتة ومقاييس طيف الأشعة تحت الحمراء المحولة فورييه.

أثناء عملية التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء ، يتم تنفيذ الخطوات التالية:

• يمر شعاع من الإشعاع عبر العينة.
• عينة في مطياف تمتص الأشعة تحت الحمراء.
• بمجرد اكتشاف الامتصاص وتحليله ، يُطبع طيف الامتصاص أو يُعرض على الكمبيوتر.

تمتص جميع المركبات العضوية الأشعة تحت الحمراء بأطوال موجية مختلفة من خلال الروابط بين الجزيئات. عندما تتزاوج الذرات ، فإنها تهتز باستمرار. عندما تمتص الجزيئات العضوية الأشعة تحت الحمراء ، الروابط بين الذرات المختلفة تهتز أكثر. وبسبب هذا، فإن الروابط التساهمية في الجزيئات تهتز أيضًا وتضطر إلى التمدد أو الانحناء أو الالتواء. تهتز جميع الجزيئات بتردد محدد. كل رابطة داخل الجزيء لها تردد طبيعي فريد من الاهتزاز. وهذا أمر ضروري لفهم بنية المركبات مثل تلك الموجودة في الكون.

آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن التحليل الطيفي وخصائصه.