التحليل الطيفي |  Spectroscopy

ما هو التحليل الطيفي؟

التحليل الطيفي (Spectroscopy): هو فحص وقياس الأطياف الناتجة عن تفاعل المادة مع الإشعاع الكهرومغناطيسي. وبمعنى آخر دراسة التفاعل بين الإشعاع والمادة كدالة لطول الموجة، وقياس امتصاص المادة للضوء ومختلف أنواع الإشعاعات وانبعاثها منها، والتفاعلات بين الجزيئات، مثل الإلكترونات والبروتونات والأيونات، وتفاعلاتها مع بقية الجزيئات كدليلٍ على طاقة التصادم الخاصة.

تجربة التحليل الطيفي

أثناء تجربة التحليل الطيفي، يمر الإشعاع الكهرومغناطيسي لنطاق الطول الموجي المحدد من مصدر عبر عينة تحتوي على مركبات ذات أهمية، ما يؤدي إلى الامتصاص، فتمتص العينة الطاقة من مصدر الضوء، أو الانبعاث، حيث تصدر العينة ضوءاً بطول موجة مختلف عن الطول الموجي للمصدر. ويتضمن الطيف الكهرومغناطيسي إشعاعاتٍ تختلف عن بعضها بالأطوال الموجية التي تنتشر وفقها، وهي "أمواج الراديو" (Radio Waves)، و"الأشعة تحت الحمراء" (Infrared)، و"الضوء المرئي" (Visible Light)، و"الأشعة فوق البنفسجية" (Ultraviolet)، و"الأشعة السينية" (X-Rays)، و"أشعة غاما" (Gamma Rays)

يتعلق التحليل الطيفي بتشتت الضوء الصادر عن جسم ما إلى ألوانه المكونة، ومن خلال إجراء هذا التحليل الضوء الصادر عن جسم ما، يمكن لعلماء الفلك استنتاج الخصائص الفيزيائية للجسم، مثل درجة الحرارة والكتلة واللمعان والتركيب.

أهمية التحليل الطيفي

يعدّ التحليل الطيفي من العوامل التي ساهمت في تطوير العديد من النظريات الفيزيائية، مثل ميكانيكا الكم ونظريتي النسبية الخاصة والعامة، وأداة هامة في تطوير مستوى الفهم العلمي بما يخص القوة الكهرومغناطيسية والقوى النووية الضعيفة والقوية.

استخدامات التحليل الطيفي

تتعدد مجالات استخدام التحليل الطيفي وتشمل:

• تحديد التركيب الذري للعينة.
• مراقبة محتوى الأكسجين المذاب في المياه العذبة والأنظمة البيئية البحرية.
• استكشاف الفضاء ودراسة خطوط الانبعاث الطيفي للمجرات والكواكب البعيدة.
• اكتشاف توزيع الإلكترونات في الحالة الطبيعية أو عند إثارة جزيئات العينة.
• تحليل غازات الجهاز التنفسي في المستشفيات.
• تعديل هيكل الأدوية لتحسين الفعالية.
• توصيف البروتينات.

أنواع التحليل الطيفي

يوجد العديد من الأنواع للتحليل الطيفي وهي:

• أحادي اللون (Monochromator): يشبه من الناحية الهيكلية مقياس الطيف، ولكنه يوفر نافذة بيانات أصغر بكثير. يلتقط التحليل الطيفي أحادي اللون قياساً واحداً في الطيف عند طول موجي أو عرض نطاق معين محدد مسبقاً.
• مقياس الإشعاع (Radiometer): يُستخدم لقياس الضوء في الأطياف ويتكون من جسم يقيس الجهد الحالي من كاشف داخلي أو خارجي. ويستخدم جهاز استشعار أو ثنائي ضوئي لقياس نطاق معين من الضوء، وتضاف المرشحات إلى المستشعر لمنع الأطوال الموجية غير المرغوب فيها.
• المطياف (Spectrograph): أداة تفصل الضوء بطول موجته أو تردده وتسجيل النطاق الطيفي الناتج في كاشف متعدد القنوات، مثل لوحة التصوير. يدخل الضوء إلى مطياف من خلال فتحة صغيرة في مقياس الطيف ويصطدم بمرآة وتصطف أشعة الضوء الداخلة الموازية لبعضها البعض، ثم تصطدم الأشعة بمحور حيود، أو تمر خلاله، أو ترتد إلى أطوال الموجات المكونة لها.
• مقياس الطيف (Spectroradiometer): مقاييس الطيف الضوئي مثالية لقياس توزيع الطاقة الطيفية لمصادر الضوء الصغيرة الدقيقة. يتشتت الضوء باستخدام المنشورات أو حواجز شبكية الحيود. وتسجل مقاييس الطيف الإشعاعي الطيف الإشعاعي لمصدر الضوء وتحسب المعلمات مثل السطوع واللونية.
• التحليل الطيفي البصري (Optical Spectroscopy): هو دراسة كيفية تفاعل المادة مع الإشعاع الكهرومغناطيسي. يُستخدم بشكل متكرر في صناعة المستحضرات الصيدلانية ويمكنه تحديد المحتوى المعدني للعينة أو تركيز العنصر النشط أو لون العينة أو الهوية. ويستخدم نطاقاً طيفياً واسعاً يتراوح من 0.2 نانومتراً إلى 500 ميكروناً.

مواضيع ذات صلة:

• علم المواد.
• النموذج اللوني أحمر، أخضر، أزرق.