مطياف

الموسوعة الحرة
مطياف الأشعة السينية الكهروضوئية

المطياف ( يُلفظ : / spɛkˈtrɒmɪtər / ) هو جهاز علمي يُستخدم لفصل وقياس المكونات الطيفية لظاهرة فيزيائية . يُعدّ مصطلح المطياف مصطلحًا واسعًا يُستخدم غالبًا لوصف الأجهزة التي تقيس متغيرًا مستمرًا لظاهرة ما، حيث تكون المكونات الطيفية مختلطة بطريقة ما. في الضوء المرئي، يستطيع المطياف فصل الضوء الأبيض وقياس نطاقات لونية ضيقة منفردة، تُسمى الطيف. يقيس مطياف الكتلة طيف كتل الذرات أو الجزيئات الموجودة في الغاز. استُخدمت المطيافات الأولى لفصل الضوء إلى مجموعة من الألوان المنفصلة. طُوّرت المطيافات في الدراسات المبكرة للفيزياء والفلك والكيمياء . وقد دفعت قدرة التحليل الطيفي على تحديد التركيب الكيميائي إلى تطويره، ولا تزال هذه القدرة إحدى استخداماته الأساسية. تُستخدم المطيافات في علم الفلك لتحليل التركيب الكيميائي للنجوم والكواكب ، كما تُستخدم لجمع البيانات حول أصل الكون .

من أمثلة أجهزة قياس الطيف أجهزة تفصل الجسيمات والذرات والجزيئات حسب كتلتها أو زخمها أو طاقتها . تُستخدم هذه الأنواع من أجهزة قياس الطيف في التحليل الكيميائي وفيزياء الجسيمات . [ 1 ]

أنواع أجهزة قياس الطيف

أجهزة قياس الطيف الضوئي أو مطياف الانبعاث الضوئي

طيف الضوء المنبعث من مصباح الديوتيريوم في الجزء فوق البنفسجي والمرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة من الطيف الكهرومغناطيسي.

مطياف الامتصاص الضوئي

تُظهر المطيافات الضوئية (التي تُسمى غالبًا ببساطة "المطيافات")، على وجه الخصوص، شدة الضوء كدالة للطول الموجي أو التردد. ويتم فصل الأطوال الموجية المختلفة للضوء عن طريق الانكسار في منشور أو عن طريق حيود بواسطة محزز حيود . ويُعدّ التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية مثالًا على ذلك.

تستغل هذه المطيافات ظاهرة التشتت الضوئي . يمكن أن يتكون الضوء الصادر من مصدر ما من طيف متصل ، أو طيف انبعاث (خطوط ساطعة)، أو طيف امتصاص (خطوط داكنة). ولأن كل عنصر يترك بصمته الطيفية في نمط الخطوط المرصودة، فإن التحليل الطيفي يكشف عن تركيب الجسم قيد التحليل. [ 2 ]

يُطلق على جهاز قياس الطيف الذي تتم معايرته لقياس القدرة الضوئية الساقطة اسم جهاز قياس الطيف الإشعاعي . [ 3 ]

مطياف الانبعاث الضوئي

تُستخدم مطيافات الانبعاث الضوئي (التي تُسمى غالبًا "مطيافات الانبعاث الضوئي أو مطيافات التفريغ الشراري") لتقييم المعادن وتحديد تركيبها الكيميائي بدقة عالية جدًا. يتم تطبيق شرارة كهربائية عبر جهد عالٍ على السطح، مما يؤدي إلى تبخير الجسيمات وتحويلها إلى بلازما. ثم تُصدر الجسيمات والأيونات إشعاعًا يتم قياسه بواسطة كواشف (أنابيب مضاعفة ضوئية) عند أطوال موجية مميزة مختلفة. [ 4 ]

مطيافية الرنين المغناطيسي

بما أن للبروتونات والإلكترونات والعديد من النوى الأخرى عزمًا مغناطيسيًا صافيًا ، فإنها تتفاعل مع مجال مغناطيسي خارجي. ويمكن استخدام هذه الظاهرة في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي السائل عالية الدقة ، حيث يتغير الوسط المغناطيسي الفريد للنواة تبعًا للإلكترونات المحيطة بها، مما يوفر معلومات عن التركيب الكيميائي للعينة. وبالمثل، تتفاعل الإلكترونات غير المزدوجة مع المجالات المغناطيسية، مما يُتيح تقنية الرنين المغناطيسي الإلكتروني .

مطيافية الإلكترون

تتضمن بعض أشكال التحليل الطيفي تحليل طاقة الإلكترون بدلاً من طاقة الفوتون. ويُعد التحليل الطيفي للأشعة السينية الكهروضوئية مثالاً على ذلك. [ 5 ]

مطياف الكتلة

مطياف الكتلة هو أداة تحليلية تستخدم لتحديد كمية ونوع المواد الكيميائية الموجودة في العينة عن طريق قياس نسبة الكتلة إلى الشحنة ووفرة الأيونات في الطور الغازي . [ 6 ]

مطياف زمن الطيران

يمكن قياس طيف طاقة الجسيمات ذات الكتلة المعروفة عن طريق تحديد زمن الطيران بين كاشفين (وبالتالي السرعة) في مطياف زمن الطيران . وبدلاً من ذلك، إذا كانت طاقة الجسيم معروفة، فيمكن تحديد كتلته في مطياف الكتلة ذي زمن الطيران .

مطياف مغناطيسي

جسيم مشحون بشحنة موجبة يتحرك في دائرة تحت تأثير قوة لورنتز F

عندما يدخل جسيم مشحون سريع (شحنته q وكتلته m ) مجالًا مغناطيسيًا ثابتًا B بزاوية قائمة، فإنه ينحرف إلى مسار دائري نصف قطره r ، بفعل قوة لورنتز . ويُعطى زخم الجسيم p حينها بالعلاقة التالية:

ص=مv=qبر{\displaystyle p=mv=qBr}،
بؤرة مطياف مغناطيسي نصف دائري

حيث m و v هما كتلة وسرعة الجسيم. [ 7 ] يُظهر الشكل على اليسار مبدأ تركيز أقدم وأبسط مطياف مغناطيسي، وهو المطياف نصف الدائري، [ 8 ] [ 9 ] الذي اخترعه جيه كيه دانيز. يكون المجال المغناطيسي ثابتًا وعموديًا على الصفحة. تنحرف الجسيمات المشحونة ذات الزخم p التي تمر عبر الشق إلى مسارات دائرية نصف قطرها r = p/qB . يتضح أنها جميعًا تصطدم بالخط الأفقي في نفس المكان تقريبًا، وهو البؤرة؛ حيث يجب وضع عداد الجسيمات. بتغيير B ، يُصبح من الممكن قياس طيف طاقة جسيمات ألفا في مطياف جسيمات ألفا، وجسيمات بيتا في مطياف جسيمات بيتا، [ 10 ] والجسيمات (مثل الأيونات السريعة ) في مطياف الجسيمات، أو قياس المحتوى النسبي للكتل المختلفة في مطياف الكتلة .

منذ زمن دانيش، تم ابتكار أنواع عديدة من أجهزة قياس الطيف المغناطيسي أكثر تعقيدًا من النوع نصف الدائري. [ 10 ]

دقة

بشكل عام، تُشير دقة الجهاز إلى مدى قدرة الجهاز على التمييز بين طاقتين متقاربتين (أو أطوال موجية، أو ترددات، أو كتلتين). عمومًا، بالنسبة للأجهزة ذات الشقوق الميكانيكية، تعني الدقة الأعلى شدة أقل. [ 11 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "Web of Science" . www.webofscience.com . تاريخ الاسترجاع: 17 نوفمبر 2024 .
  2. ^أيقونة الوصول المفتوح أوبنستاكس، علم الفلك. أوبنستاكس. 13 أكتوبر 2016. < http://cnx.org/content/col11992/latest/ >
  3. ↑ شنايدر، ت.؛ يونغ، ر.؛ بيرغن، ت.؛ دام-هانسن، س.؛ غودمان، ت.؛ جوردان، و.؛ لي، د.-هـ.؛ أوكورا، ت.؛ سبيرفيلد، ب.؛ ثورسيث، أ.؛ زونغ، ي. (2022). CIE 250:2022 القياس الطيفي الإشعاعي لمصادر الإشعاع الضوئي . فيينا: CIE - اللجنة الدولية للإضاءة. ISBN 978-3-902842-23-7.
  4. ↑ يانغ، جيا هوي؛ لو، يي جينغ؛ سو، يو بين؛ لي، يوان يوان؛ لين، ياو؛ تشنغ، تشنغ بين (أغسطس 2022). "الربط المباشر لاستخلاص السائل-السائل مع مطياف انبعاث ضوئي للبلازما الدقيقة مطبوع ثلاثي الأبعاد لتحليل أنواع الزئبق في زيت السمك". مجلة الكيمياء الدقيقة . 179 107569. doi : 10.1016/j.microc.2022.107569 .
  5. ↑ غيل، دبليو إف؛ توتماير، تي سي، محرران. (2004). "تحليل المواد المعدنية بالأشعة السينية". كتاب سميثيلز المرجعي للمعادن . doi : 10.1016/B978-075067509-3/50007-5 . ISBN 978-0-7506-7509-3.
  6. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " مطياف الكتلة ". doi : 10.1351/goldbook.M03732
  7. ↑ أغيلار، م.؛ وآخرون . (فبراير 2021). "مطياف ألفا المغناطيسي (AMS) على متن محطة الفضاء الدولية: الجزء الثاني - نتائج السنوات السبع الأولى". تقارير الفيزياء . 894 : 1-116 . Bibcode : 2021PhR...894....1A . doi : 10.1016/j.physrep.2020.09.003 . hdl : 10281/287394 . 
  8. ^ دانيز، ج. (1912). "Sur les rayons β de la famille du radiom". لو الراديوم . 9 (1): 1– 5. دوى : 10.1051 / الراديوم:01912009010100 .
  9. ^ دانيش ، جان (1913). "Sur les rayons β des radiums B, C, D, E". لو الراديوم . 10 (1): 4– 6. دوى : 10.1051 / الراديوم:019130010010401 .
  10. 1 2 سيغبان، كاي (1965). مطيافية أشعة ألفا وبيتا وجاما . شركة نورث هولاند للنشر. ISBN 978-0-444-10695-7.
  11. ↑ "Web of Science" . www.webofscience.com . تاريخ الاسترجاع: 17 نوفمبر 2024 .