قياس الطيف الضوئي

جهاز قياس الطيف الضوئي المحمول باليد المستخدم في صناعة الرسومات ^{[ 1 ]}

علم قياس الطيف الضوئي هو فرع من فروع التحليل الطيفي الكهرومغناطيسي، يهتم بالقياس الكمي لخصائص انعكاس أو نفاذية مادة ما كدالة للطول الموجي. ^{[ 2 ]} يستخدم هذا العلم أجهزة قياس ضوئية ، تُعرف باسم أجهزة قياس الطيف الضوئي، والتي تقيس شدة شعاع الضوء عند أطوال موجية مختلفة. على الرغم من أن قياس الطيف الضوئي يُستخدم عادةً مع الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء ، إلا أن أجهزة قياس الطيف الضوئي الحديثة قادرة على تحليل نطاقات واسعة من الطيف الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء وأطوال موجات الميكروويف .

ملخص

يُعدّ قياس الطيف الضوئي أداةً تعتمد على التحليل الكمي للجزيئات بناءً على كمية الضوء التي تمتصها المركبات الملونة. ومن أهم خصائص أجهزة قياس الطيف الضوئي: عرض النطاق الطيفي (نطاق الألوان التي يمكنها تمريرها عبر العينة المختبرة)، ونسبة نفاذية العينة، والمدى اللوغاريتمي لامتصاص العينة، وأحيانًا نسبة قياس الانعكاس.

يُستخدم جهاز قياس الطيف الضوئي عادةً لقياس نفاذية أو انعكاس المحاليل، والمواد الصلبة الشفافة أو المعتمة، مثل الزجاج المصقول، أو الغازات. على الرغم من أن العديد من المواد الكيميائية الحيوية ملونة، أي أنها تمتص الضوء المرئي وبالتالي يمكن قياسها باستخدام إجراءات قياس الألوان، إلا أنه يمكن تحويل المواد الكيميائية الحيوية عديمة اللون إلى مركبات ملونة مناسبة لتفاعلات تكوين الألوان الكروموجينية، مما ينتج عنه مركبات مناسبة للتحليل اللوني. ^{[ 3 ]}^{: 65} ومع ذلك، يمكن أيضًا تصميم هذه الأجهزة لقياس الانتشارية في أي من نطاقات الضوء المذكورة، والتي تغطي عادةً ما بين 200 و2500 نانومتر، باستخدام ضوابط ومعايرات مختلفة . ^[²^] ضمن هذه النطاقات الضوئية، يلزم إجراء معايرات على الجهاز باستخدام معايير تختلف في نوعها تبعًا لطول موجة القياس الضوئي . ^[⁴^]

من الأمثلة على التجارب التي يُستخدم فيها قياس الطيف الضوئي تحديد ثابت الاتزان لمحلول. قد يحدث تفاعل كيميائي معين داخل المحلول في اتجاهين: أمامي وعكسي، حيث تتفاعل المواد المتفاعلة لتكوين النواتج، وتتحلل النواتج إلى مواد متفاعلة. عند نقطة معينة، يصل هذا التفاعل الكيميائي إلى حالة توازن تُسمى نقطة الاتزان. لتحديد تركيز كل من المواد المتفاعلة والنواتج عند هذه النقطة، يمكن قياس نفاذية الضوء في المحلول باستخدام قياس الطيف الضوئي. تشير كمية الضوء التي تمر عبر المحلول إلى تركيز بعض المواد الكيميائية التي لا تسمح بمرور الضوء.

يعود امتصاص الضوء إلى تفاعله مع الأنماط الإلكترونية والاهتزازية للجزيئات. لكل نوع من الجزيئات مجموعة خاصة من مستويات الطاقة المرتبطة بتكوين روابطه الكيميائية ونواه، وبالتالي يمتص الضوء بأطوال موجية أو طاقات محددة، مما ينتج عنه خصائص طيفية فريدة. ^{[ 5 ]} ويستند هذا إلى تركيبه المحدد والمميز.

يُستخدم جهاز قياس الطيف الضوئي في مجالات علمية متنوعة، مثل الفيزياء ، وعلوم المواد ، والكيمياء ، والكيمياء الحيوية ، والهندسة الكيميائية ، وعلم الأحياء الجزيئي . ^{[ 6 ]} ويُستخدم على نطاق واسع في العديد من الصناعات، بما في ذلك أشباه الموصلات، وتصنيع الليزر والبصريات، والطباعة، والفحص الجنائي، بالإضافة إلى المختبرات لدراسة المواد الكيميائية. ويُستخدم قياس الطيف الضوئي غالبًا في قياس نشاط الإنزيمات، وتحديد تركيزات البروتينات، وتحديد ثوابت الحركة الإنزيمية، وقياس تفاعلات ارتباط الليجاندات. ^{[ 3 ]}^{: 65} وفي النهاية، يستطيع جهاز قياس الطيف الضوئي، اعتمادًا على عملية التحكم أو المعايرة، تحديد المواد الموجودة في العينة وكميتها بدقة من خلال حسابات الأطوال الموجية المرصودة.

في علم الفلك ، يشير مصطلح قياس الطيف الضوئي إلى قياس طيف جسم سماوي حيث تتم معايرة مقياس تدفق الطيف كدالة للطول الموجي ، عادةً عن طريق المقارنة مع رصد نجم قياسي لقياس الطيف الضوئي، ويتم تصحيحه لامتصاص الضوء بواسطة الغلاف الجوي للأرض. ^{[ 7 ]}

تاريخ

اخترع أرنولد أو. بيكمان جهاز قياس الطيف الضوئي عام 1940 ، بمساعدة زملائه في شركته "المختبرات التقنية الوطنية" التي تأسست عام 1935، والتي أصبحت فيما بعد شركة "بيكمان للأجهزة"، ثم "بيكمان كولتر" . جاء هذا الاختراع كحلٍّ لمشكلة أجهزة قياس الطيف الضوئي السابقة التي لم تكن قادرة على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية بكفاءة. بدأ بيكمان باختراع النموذج "أ" الذي استخدم فيه موشورًا زجاجيًا لامتصاص الأشعة فوق البنفسجية. لكن تبيّن لاحقًا أن هذا لم يُعطِ نتائج مرضية، لذا في النموذج "ب"، استُبدل الموشور الزجاجي بموشور كوارتز، مما أتاح نتائج امتصاص أفضل. ومن ثم، ظهر النموذج "ج" مع تعديل في دقة الطول الموجي، والذي تم إنتاج ثلاث وحدات منه. أما النموذج الأخير والأكثر شيوعًا فهو النموذج "د"، المعروف الآن باسم جهاز قياس الطيف الضوئي "دي يو" ، والذي احتوى على علبة الجهاز، ومصباح هيدروجين مع طيف مستمر للأشعة فوق البنفسجية، وموحد لون مُحسَّن. ^[^٨^] تم إنتاجه من عام ١٩٤١ إلى عام ١٩٧٦، وكان سعره في عام ١٩٤١ يبلغ ٧٢٣ دولارًا أمريكيًا (وكانت ملحقات الأشعة فوق البنفسجية البعيدة خيارًا إضافيًا بتكلفة إضافية). وبحسب ما قاله بروس ميريفيلد ، الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء ، فقد كان "ربما أهم أداة طُوّرت على الإطلاق للنهوض بعلم الأحياء". ^[^٩^]

بعد توقف إنتاجه عام 1976، ^{[ 10 ]} ابتكرت شركة هيوليت-باكارد أول مطياف ضوئي تجاري يعمل بمصفوفة ثنائية عام 1979، والمعروف باسم HP 8450A. ^{[ 11 ]} تميزت مطيافات المصفوفة الثنائية عن المطياف الضوئي الأصلي الذي ابتكره بيكمان بكونها أول مطياف ضوئي أحادي الحزمة يتم التحكم فيه بواسطة معالج دقيق، ويقوم بمسح أطوال موجية متعددة في ثوانٍ معدودة. يقوم الجهاز بتسليط ضوء متعدد الألوان على العينة، والتي تمتصه العينة تبعًا لخصائصها. ثم يُعاد توجيه الضوء عبر محزز مصفوفة الثنائيات الضوئية، التي تكشف نطاق الطول الموجي المحدد من الطيف. ^{[ 12 ]} ومنذ ذلك الحين، ازداد ابتكار وتطبيق أجهزة قياس الطيف الضوئي بشكل كبير.

تصميم

توجد فئتان رئيسيتان من أجهزة قياس الطيف الضوئي: أحادية الحزمة وثنائية الحزمة. يقارن جهاز قياس الطيف الضوئي ثنائي الحزمة ^{[ 13 ]} شدة الضوء بين مسارين ضوئيين، أحدهما يحتوي على عينة مرجعية والآخر على عينة الاختبار. أما جهاز قياس الطيف الضوئي أحادي الحزمة فيقيس شدة الضوء النسبية للحزمة قبل وبعد إدخال عينة الاختبار. ورغم أن قياسات المقارنة باستخدام أجهزة ثنائية الحزمة أسهل وأكثر استقرارًا، إلا أن أجهزة أحادية الحزمة تتميز بنطاق ديناميكي أوسع، كما أنها أبسط بصريًا وأكثر إحكامًا. إضافةً إلى ذلك، تُعدّ بعض الأجهزة المتخصصة، مثل أجهزة قياس الطيف الضوئي المُدمجة في المجاهر أو التلسكوبات، أحادية الحزمة لأسباب عملية.

تاريخيًا، تستخدم أجهزة قياس الطيف الضوئي مُوحِّد اللون الذي يحتوي على محزز حيود لإنتاج الطيف التحليلي. قد يكون المحزز متحركًا أو ثابتًا. في حال استخدام كاشف واحد، مثل أنبوب مضاعف ضوئي أو ثنائي ضوئي ، يُمكن مسح المحزز تدريجيًا (جهاز قياس الطيف الضوئي الماسح) بحيث يقيس الكاشف شدة الضوء عند كل طول موجي (والذي يُقابل كل "خطوة"). كما يُمكن استخدام مصفوفات من الكواشف (جهاز قياس الطيف الضوئي المصفوفي)، مثل أجهزة اقتران الشحنة (CCD) أو مصفوفات الثنائيات الضوئية (PDA). في هذه الأنظمة، يكون المحزز ثابتًا، ويتم قياس شدة كل طول موجي للضوء بواسطة كاشف مختلف في المصفوفة. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم معظم أجهزة قياس الطيف الضوئي الحديثة في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة تقنية تحويل فورييه للحصول على المعلومات الطيفية. تُسمى هذه التقنية مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه .

عند إجراء قياسات النفاذية، يقارن جهاز قياس الطيف الضوئي كميًا نسبة الضوء المار عبر محلول مرجعي ومحلول اختبار، ثم يقارن إلكترونيًا شدة الإشارتين ويحسب النسبة المئوية لنفاذية العينة مقارنةً بالمعيار المرجعي. أما في قياسات الانعكاس، فيقارن الجهاز كميًا نسبة الضوء المنعكس من العينة المرجعية وعينة الاختبار. يمر الضوء الصادر من مصباح المصدر عبر مُوحِّد اللون، الذي يحيد الضوء إلى طيف واسع من الأطوال الموجية عبر موشور دوار، ويُخرج نطاقات تردد ضيقة من هذا الطيف المحيَّد عبر شق ميكانيكي على جانب الإخراج من مُوحِّد اللون. تُمرَّر هذه النطاقات الترددية عبر عينة الاختبار. ثم يُقاس تدفق الفوتونات (عادةً بالواط لكل متر مربع) للضوء المنقول أو المنعكس باستخدام ثنائي ضوئي أو كاميرا CCD أو أي مستشعر ضوئي آخر . بعد ذلك، تُقارن قيمة النفاذية أو الانعكاس لكل طول موجي لعينة الاختبار مع قيم النفاذية أو الانعكاس من العينة المرجعية. ستطبق معظم الأجهزة دالة لوغاريتمية على نسبة النفاذية الخطية لحساب "امتصاصية" العينة، وهي قيمة تتناسب مع "تركيز" المادة الكيميائية التي يتم قياسها.

باختصار، تسلسل الأحداث في جهاز قياس الطيف الضوئي الماسح هو كما يلي:

يُسلط مصدر الضوء على جهاز أحادي اللون، فينكسر إلى ألوان قوس قزح، ثم يُقسم إلى شعاعين. بعد ذلك، يُمرر الشعاع عبر العينة والمحاليل المرجعية.
يتم نقل أجزاء من الأطوال الموجية الساقطة عبر العينة والمرجع أو تنعكس عنهما.
يصطدم الضوء الناتج بجهاز الكشف الضوئي ، الذي يقارن الشدة النسبية للشعاعين.
تقوم الدوائر الإلكترونية بتحويل التيارات النسبية إلى نسب نقل خطية أو قيم امتصاص أو تركيز.

في جهاز قياس الطيف الضوئي المصفوفي، يكون التسلسل كما يلي: ^{[ 14 ]}

يتم تسليط مصدر الضوء على العينة وتركيزه في شق
ينكسر الضوء المنقول إلى قوس قزح بواسطة محزز الانعكاس
يصطدم الضوء الناتج بجهاز الكشف الضوئي الذي يقارن شدة الشعاع
تقوم الدوائر الإلكترونية بتحويل التيارات النسبية إلى نسب نقل خطية و/أو قيم امتصاص/تركيز

تتطلب العديد من أجهزة قياس الطيف الضوئي القديمة معايرةً عبر إجراء يُعرف باسم "التصفير"، وذلك لموازنة تيار الخرج الصفري للشعاعين عند الكاشف. تُحدد نفاذية مادة مرجعية كقيمة أساسية (بيانات)، وبالتالي تُسجل نفاذية جميع المواد الأخرى نسبةً إلى المادة "المصفّرة" الأولية. ثم يحوّل جهاز قياس الطيف الضوئي نسبة النفاذية إلى "امتصاصية"، وهي تركيز مكونات محددة من عينة الاختبار نسبةً إلى المادة الأولية. ^{[ 6 ]}

أنواع أجهزة قياس الطيف الضوئي

تتضمن بعض الأنواع الشائعة من أجهزة قياس الطيف الضوئي ما يلي: ^{[ 15 ]}

مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية : يقيس امتصاص الضوء في نطاقي الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (200-800 نانومتر). يُستخدم لتحديد كمية العديد من المركبات العضوية وغير العضوية.
مطياف الأشعة تحت الحمراء : يقيس امتصاص ضوء الأشعة تحت الحمراء، مما يسمح بتحديد الروابط الكيميائية والمجموعات الوظيفية.
مطياف الامتصاص الذري (AAS) : يستخدم امتصاص الضوء بواسطة ذرات التحليل المتبخرة لتحديد تركيزات المعادن وأشباه المعادن.
مطياف التألق : يقيس شدة الضوء المتألق المنبعث من العينات بعد إثارتها. يسمح بتحليل عالي الحساسية للعينات ذات التألق الذاتي أو المستحث.
مقياس الألوان : أجهزة قياس الطيف الضوئي البسيطة المستخدمة لقياس امتصاص الضوء في التحليلات والاختبارات اللونية.

تطبيقات في الكيمياء الحيوية

يُعدّ قياس الطيف الضوئي تقنيةً مهمةً تُستخدم في العديد من التجارب البيوكيميائية التي تشمل عزل الحمض النووي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) والبروتينات، ودراسة حركية الإنزيمات، والتحليلات البيوكيميائية. ^{[ 16 ]} ونظرًا لأنّ العينات في هذه التطبيقات لا تتوفر بسهولة بكميات كبيرة، فإنّها تُعدّ مناسبةً جدًا للتحليل باستخدام هذه التقنية غير المُتلفة. إضافةً إلى ذلك، يُمكن توفير كمية كبيرة من العينة باستخدام منصة ذات حجم صغير جدًا، حيث لا يتطلب الأمر سوى 1 ميكرولتر من العينة لإجراء تحليلات كاملة. ^{[ 17 ]} يتضمن شرحٌ موجزٌ لإجراء قياس الطيف الضوئي مقارنة امتصاص عينة فارغة لا تحتوي على مُركّب مُلوّن بعينة تحتوي على مُركّب مُلوّن. يُمكن تحقيق هذا التلوين إمّا باستخدام صبغة مثل صبغة كوماسي الزرقاء اللامعة G-250 التي تُقاس عند 595 نانومتر، أو عن طريق تفاعل إنزيمي كما هو الحال بين بيتا-جالاكتوزيداز وONPG (يُحوّل لون العينة إلى الأصفر) الذي يُقاس عند 420 نانومتر. ^{[ 3 ]}^{: 21-119} يُستخدم جهاز قياس الطيف الضوئي لقياس المركبات الملونة في نطاق الضوء المرئي (بين 350 نانومتر و800 نانومتر)، ^{[ 3 ]}^{: 65} وبالتالي يمكن استخدامه للحصول على مزيد من المعلومات حول المادة قيد الدراسة. في التجارب الكيميائية الحيوية، يتم اختيار خاصية كيميائية و/أو فيزيائية، ويُطبق إجراء خاص بتلك الخاصية لاستخلاص مزيد من المعلومات حول العينة، مثل الكمية والنقاء ونشاط الإنزيم، وما إلى ذلك. يمكن استخدام قياس الطيف الضوئي في عدد من التقنيات، مثل تحديد امتصاص الطول الموجي الأمثل للعينات، وتحديد الرقم الهيدروجيني الأمثل لامتصاص العينات، وتحديد تركيزات العينات المجهولة، وتحديد قيمة pKa لمختلف العينات. ^{[ 3 ]}^{: 21-119} كما يُعد قياس الطيف الضوئي عملية مفيدة لتنقية البروتينات ^{[ 18 ]} ، ويمكن استخدامه أيضًا كطريقة لإنشاء فحوصات بصرية لمركب ما. يمكن أيضًا استخدام بيانات قياس الطيف الضوئي بالتزامن مع معادلة بير-لامبرت، ${\textstyle A=-\log _{10}T=\epsilon cl=OD}$ لتحديد العلاقات المختلفة بين النفاذية والتركيز، والامتصاص والتركيز. ^{[ 3 ]}^{: 21-119.} ولأن جهاز قياس الطيف الضوئي يقيس طول موجة المركب من خلال لونه، يمكن إضافة مادة رابطة للصبغة بحيث يتغير لونها ويتم قياسها. ^{[ 19 ]} من الممكن معرفة تركيزات خليط ثنائي المكونات باستخدام أطياف امتصاص المحاليل القياسية لكل مكون. وللقيام بذلك، من الضروري معرفة معامل الامتصاص لهذا الخليط عند طولين موجيين، ومعاملات امتصاص المحاليل التي تحتوي على أوزان معروفة من المكونين. ^{[ 20 ]} بالإضافة إلى نموذج قانون بير-لامبرت التقليدي، يمكن استخدام مطيافية خالية من العلامات تعتمد على الكوفيت، والتي تضيف مرشحًا بصريًا في مسارات الضوء، مما يُمكّن جهاز قياس الطيف الضوئي من تحديد تركيز وحجم ومعامل انكسار العينات وفقًا لقانون بير-لامبرت. ^{[ 21 ]} لقد تم تطوير أجهزة قياس الطيف الضوئي وتحسينها على مدى عقود، وأصبحت شائعة الاستخدام بين الكيميائيين. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم أجهزة قياس الطيف الضوئي لقياس قيم امتصاص أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية أو الضوء المرئي. ^{[ 3 ]}^{: 21-119} ويُعتبر هذا الجهاز دقيقًا للغاية وحساسًا جدًا، وبالتالي يتمتع بدقة فائقة، خاصةً في تحديد تغير اللون. ^{[ 22 ]} كما أن هذه الطريقة ملائمة للاستخدام في التجارب المخبرية نظرًا لكونها عملية بسيطة وغير مكلفة نسبيًا.

قياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية

تُستخدم معظم أجهزة قياس الطيف الضوئي في نطاقي الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي ، وبعضها يعمل أيضًا في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة . يُمكن تقدير تركيز البروتين بقياس الامتصاص الضوئي عند 280 نانومتر، وذلك لوجود التربتوفان والتيروسين والفينيل ألانين. هذه الطريقة ليست دقيقة جدًا، إذ يختلف تركيب البروتينات اختلافًا كبيرًا، والبروتينات التي لا تحتوي على أي من هذه الأحماض الأمينية لا تُظهر امتصاصًا أقصى عند 280 نانومتر. كما يُمكن أن يُؤثر تلوث الأحماض النووية على القياس. تتطلب هذه الطريقة جهاز قياس طيف ضوئي قادرًا على القياس في نطاق الأشعة فوق البنفسجية باستخدام خلايا كوارتز. ^{[ 3 ]}^{: 135}

تتضمن مطيافية الأشعة فوق البنفسجية المرئية مستويات طاقة تُثير الانتقالات الإلكترونية. يؤدي امتصاص ضوء الأشعة فوق البنفسجية المرئية إلى إثارة الجزيئات الموجودة في الحالة الأرضية إلى حالاتها المثارة. ^{[ 5 ]}

يُستخدم قياس الطيف الضوئي في نطاق 400-700 نانومتر، ضمن نطاق الضوء المرئي، على نطاق واسع في علم قياس الألوان . ومن المعروف أنه يعمل بكفاءة عالية ضمن نطاق 0.2-0.8 وحدة امتصاص ضوئي. يحتاج مصنّعو الأحبار وشركات الطباعة ومورّدو المنسوجات، وغيرهم الكثير، إلى البيانات التي يوفرها قياس الألوان. إذ يقومون بأخذ قراءات كل 5-20 نانومتر على طول نطاق الضوء المرئي، وينتجون منحنى انعكاس طيفي أو سلسلة بيانات لعرضها بطرق مختلفة. ويمكن استخدام هذه المنحنيات لاختبار دفعة جديدة من الملونات للتأكد من مطابقتها للمواصفات، مثل معايير الطباعة ISO.

لا تستطيع أجهزة قياس الطيف الضوئي التقليدية في نطاق الضوء المرئي الكشف عما إذا كان الملون أو المادة الأساسية يتمتعان بخاصية التألق. وهذا ما قد يُصعّب معالجة مشاكل الألوان، على سبيل المثال، إذا كان واحد أو أكثر من أحبار الطباعة متألقًا. في حال احتواء الملون على خاصية التألق، يُستخدم جهاز قياس الطيف الضوئي ثنائي الطيف المتألق . يوجد نوعان رئيسيان من أجهزة قياس الطيف الضوئي في نطاق الضوء المرئي: d/8 (كروي) و 0/45. وتُعزى هذه التسميات إلى هندسة مصدر الضوء، والمُشاهد، والجزء الداخلي من حجرة القياس. يستخدم العلماء هذا الجهاز لقياس كمية المركبات في العينة. فكلما زاد تركيز المركب، زادت كمية الضوء التي تمتصها العينة؛ وضمن نطاقات صغيرة، ينطبق قانون بير-لامبرت ، ويتغير الامتصاص بين العينات خطيًا مع التركيز. في حالة قياسات الطباعة، يُستخدم عادةً إعدادان بديلان: بدون مرشح للأشعة فوق البنفسجية/مع مرشح للأشعة فوق البنفسجية، وذلك للتحكم بشكل أفضل في تأثير مُبيضات الأشعة فوق البنفسجية الموجودة في الورق.

تُحضّر العينات عادةً في خلايا قياس ؛ وبحسب المنطقة المراد قياسها، قد تُصنع هذه الخلايا من الزجاج أو البلاستيك (في نطاق الطيف المرئي) أو الكوارتز (في نطاق الأشعة فوق البنفسجية البعيدة). تتطلب بعض التطبيقات قياسات لأحجام صغيرة، وهو ما يمكن إجراؤه باستخدام منصات قياس الأحجام الميكروية.

التطبيقات

تقدير تركيز الكربون العضوي المذاب
الامتصاص المحدد للأشعة فوق البنفسجية كمقياس للعطرية
اختبار بيال لتحديد تركيز البنتوزات

التطبيق التجريبي

كما هو موضح في قسم التطبيقات، يُمكن استخدام قياس الطيف الضوئي في التحليل النوعي والكمي للحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA والبروتينات. يُستخدم التحليل النوعي، وتُستخدم أجهزة قياس الطيف الضوئي لتسجيل أطياف المركبات عن طريق مسح نطاقات واسعة من الأطوال الموجية لتحديد خصائص الامتصاص (شدة اللون) للمركب عند كل طول موجي. ^{[ 5 ]} من التجارب التي تُوضح الاستخدامات المتعددة لقياس الطيف الضوئي المرئي فصل إنزيم بيتا-جالاكتوزيداز من خليط من البروتينات المختلفة. يُستخدم قياس الطيف الضوئي بشكل أساسي للمساعدة في تحديد كمية التنقية التي خضعت لها العينة نسبةً إلى تركيز البروتين الكلي. من خلال إجراء كروماتوغرافيا التقارب، يُمكن عزل إنزيم بيتا-جالاكتوزيداز واختباره عن طريق تفاعل العينات المجمعة مع أورثو-نيتروفينيل-بيتا-جالاكتوزيد (ONPG) وتحديد ما إذا كانت العينة تتحول إلى اللون الأصفر. ^{[ 3 ]}^{: 21-119} بعد ذلك، يتم اختبار العينة عند 420 نانومتر للتفاعل المحدد مع ONPG وعند 595 نانومتر لاختبار برادفورد، ويمكن تقييم درجة التنقية كميًا. ^{[ 3 ]}^{: 21-119} بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام قياس الطيف الضوئي بالتزامن مع تقنيات أخرى مثل الفصل الكهربائي SDS-PAGE لتنقية وعزل عينات البروتين المختلفة.

قياس الطيف بالأشعة تحت الحمراء

تختلف أجهزة قياس الطيف الضوئي المصممة لمنطقة الأشعة تحت الحمراء اختلافًا كبيرًا نظرًا للمتطلبات التقنية للقياس في هذه المنطقة. أحد العوامل الرئيسية هو نوع المستشعرات الضوئية المتاحة لمختلف المناطق الطيفية، ولكن قياس الأشعة تحت الحمراء يمثل تحديًا أيضًا لأن كل شيء تقريبًا يُصدر الأشعة تحت الحمراء كإشعاع حراري، خاصة عند أطوال موجية تتجاوز 5 ميكرومتر تقريبًا.

من بين التعقيدات الأخرى أن العديد من المواد، كالزجاج والبلاستيك، تمتص الأشعة تحت الحمراء، مما يجعلها غير مناسبة كوسط بصري. أما المواد البصرية المثالية فهي الأملاح ، التي لا تمتص الأشعة بقوة. يمكن فرد عينات قياس طيف الأشعة تحت الحمراء بين قرصين من بروميد البوتاسيوم ، أو طحنها مع بروميد البوتاسيوم وضغطها لتشكيل قرص. عند قياس المحاليل المائية، يُستخدم كلوريد الفضة غير القابل للذوبان في بناء الخلية.

أجهزة قياس الإشعاع الطيفي

أجهزة قياس الطيف الإشعاعي ، التي تعمل بشكل مشابه لأجهزة قياس الطيف الضوئي في نطاق الضوء المرئي، مصممة لقياس الكثافة الطيفية للمصادر الضوئية. تشمل تطبيقاتها تقييم وتصنيف الإضاءة لأغراض البيع من قبل الشركة المصنعة، أو لتمكين العملاء من التأكد من أن المصباح الذي اختاروا شراءه يفي بمواصفاتهم. المكونات:

يسلط مصدر الضوء على العينة أو من خلالها.
تقوم العينة بنقل الضوء أو عكسه.
يكشف الكاشف عن كمية الضوء المنعكس من العينة أو المنقول عبرها.
ثم يقوم الكاشف بتحويل كمية الضوء التي نقلتها العينة أو عكستها إلى رقم.

قياس الطيف الضوئي في الطباعة

بالنسبة للعاملين في مجال التصميم الجرافيكي، يُعد اللون خاصيةً لسطح جسمٍ ما تحت إضاءةٍ أو مصدر ضوءٍ مُحدد. ^{[ 23 ]} ولإعادة إنتاج اللون أو التصميم نفسه، يجب قياس لون العينة. ^{[ 23 ]} وهنا يأتي دور أجهزة قياس الطيف الضوئي.

تُستخدم أنواع مختلفة من أجهزة قياس الطيف الضوئي لتقنيات الطباعة المختلفة. تستخدم مطابع الأوفست أجهزة قياس الطيف الضوئي المحمولة وأجهزة المسح الضوئي ذات الحلقة المغلقة. ^{[ 24 ]} بينما تستخدم مطابع الفليكسو والروتوجرافور والطباعة بالشاشة الحريرية والمطابع الرقمية أجهزة قياس الطيف الضوئي المحمولة وأجهزة قياس الطيف الضوئي المدمجة. ^{[ 24 ]}

قد تواجه العين البشرية، وكذلك الدماغ، صعوبة في إدراك الألوان . ^{[ 25 ]} قد يعاني بعض الأفراد من عمى الألوان ، بينما يلاحظ آخرون إجهاد أعينهم وتراجع قدرتهم على رؤية الألوان بوضوح مع مرور الوقت. ^{[ 25 ]}

ولمعالجة هذه المشكلات، يمكن استخدام أجهزة قياس الطيف الضوئي لقياس أهداف الألوان والتحكم في شرائط الألوان. ^{[ 25 ]} في صناعة الطباعة، توجد ثلاثة أنواع من أجهزة قياس الطيف الضوئي: المحمولة، والمحمولة المزودة بشاشات عرض معلوماتية، والآلية. ^{[ 25 ]}

ومن الأجهزة الأخرى جهاز قياس الكثافة الطيفية، الذي يمكنه حساب قراءات الكثافة من القيم الطيفية. ^{[ 26 ]} وبحسب تعريفه، فإن جهاز قياس الكثافة الطيفية هو "جهاز قياس كثافة يعتمد على الطيف ويجمع بين وظائف جهاز قياس الطيف الضوئي وجهاز قياس الألوان وجهاز قياس الكثافة". ^{[ 27 ]}

انظر أيضاً

مراجع

↑ ISO 12647-2: تكنولوجيا الطباعة - التحكم في عمليات إنتاج فواصل الألوان النصفية، والمطبوعات التجريبية والإنتاجية - الجزء 2: عمليات الطباعة الحجرية الأوفست . جنيف: المنظمة الدولية للتوحيد القياسي . 2013. ص 13.
1 2 ألين، د. و.؛ كوكسي، س.؛ تساي، ب. ك. (13 نوفمبر 2009). "قياس الطيف الضوئي" . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . تم الاسترجاع في 23 ديسمبر 2018 .
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 نينفا إيه جيه، بالو دي بي، بينور إم (2010). مناهج المختبر الأساسية للكيمياء الحيوية والتكنولوجيا الحيوية ( الطبعة الثانية). هوبوكين: وايلي وأولاده. ISBN 9780470087664. OCLC 488246403 .
↑ شويدت، ج. (1997). الدليل الأساسي للكيمياء التحليلية . ترجمة بروكس هـ. تشيتشستر، نيويورك: وايلي. الصفحات 16-17 . ISBN 9780471974123. OCLC 36543293 .
1 2 3 نينفا إيه جيه، بالو دي بي (2004). مناهج المختبر الأساسية للكيمياء الحيوية والتكنولوجيا الحيوية . هوبوكين: وايلي. ص 66. ISBN 9781891786006. OCLC 633862582 .
1 2 ريندينا ج (1976). الأساليب التجريبية في الكيمياء الحيوية الحديثة . فيلادلفيا، بنسلفانيا: شركة دبليو بي سوندرز. ص 46-55 . ISBN 0721675506. OCLC 147990 .
↑ أوك، جيه بي؛ غان، جيه إي (1983). "النجوم المعيارية الثانوية للقياس الطيفي المطلق". المجلة الفيزيائية الفلكية . 266 : 713. Bibcode : 1983ApJ...266..713O . doi : 10.1086/160817 .
↑ إيشاني، ج (2006). "أول مطياف ضوئي تجاري للأشعة فوق البنفسجية والمرئية" . مجلة ساينتست . ص 100. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 ديسمبر 2018 .
↑ سيموني، آر دي؛ هيل، آر إل؛ فوغان، إم؛ تابور، إتش (5 ديسمبر 2003). "جهاز كلاسيكي: مطياف بيكمان دي يو ومخترعه، أرنولد أو. بيكمان" . مجلة الكيمياء البيولوجية 278 (49): e1. doi : 10.1016/S0021-9258(20)75750-9 . ISSN 1083-351X .
↑ بيكمان، أ.و.؛ غالواي، و.س.؛ كاي، و.؛ أولريش، و.ف. (مارس 1977). "تاريخ قياس الطيف الضوئي في شركة بيكمان للأجهزة". الكيمياء التحليلية . 49 (3): 280أ –300أ. رمز Bibcode : 1977AnaCh..49Q.280B . doi : 10.1021/ac50011a001 .
↑ "هيوليت باكارد: تحديد المركبات باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية HP 8450 A". الكيمياء التحليلية . 51 (12): 1188A– 1189A. 1979-10-01. doi : 10.1021/ac50048a728 . ISSN 0003-2700 .
↑ نينفا إيه جيه، بالو دي بي، بينور إم (2015). مناهج المختبر الأساسية للكيمياء الحيوية والتكنولوجيا الحيوية (الطبعة الثالثة المنقحة ). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي وأولاده. ص 77. ISBN 9780470924525. OCLC 915641828 .
↑ "مطياف امتصاص ذري أوتوماتيكي بالكامل مزدوج الحزمة (AA 8000)" . معدات المختبرات . شركة لابينديا للأجهزة التحليلية المحدودة. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2018-12-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2018-01-31 .
↑ "تطبيقات وأساسيات قياس الطيف الضوئي" . www.mt.com . شركة ميتلر-توليدو الدولية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يوليو 2018 .
↑ "مقياس الطيف مقابل مقياس الطيف الضوئي: ما الفرق؟" . 14 يناير 2024.
↑ ترومبو، توني أ.؛ شولتز، إيميريك؛ بورلاند، مايكل ج.؛ بو، مايكل يوجين (27 أبريل 2013). "التحليل الطيفي التطبيقي: تحليل خليط كيميائي حيوي". تعليم الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية . 41 (4): 242-250 . doi : 10.1002/bmb.20694 . PMID 23625877 .
↑ "مطيافية الأشعة فوق البنفسجية/المرئية FastTrack™" (ملف PDF) . www.mt.com . شركة ميتلر-توليدو إيه جي، قسم التحليلات. 2016. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 29 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 ديسمبر 2018 .
↑ كورتيز، سي.؛ سزيبانيوك، أ.؛ غوميز دا سيلفا، ل. (1 مايو 2010). "استكشاف تقنيات تنقية البروتينات: الرسوم المتحركة كأدوات لتدريس الكيمياء الحيوية" . مجلة تعليم الكيمياء الحيوية . 8 (2): 12. doi : 10.16923/reb.v8i2.215 .
↑ غاريت، آر إتش، وغريشام، سي إم (2013). الكيمياء الحيوية . بيلمونت، كاليفورنيا: سينغيج . ص 106. ISBN 978-1133106296. OCLC 801650341 .
↑ هوليداي، إنسور روزلين (27 مايو 1936). " قياس الطيف الضوئي للبروتينات" . مجلة الكيمياء الحيوية . 30 (10): 1795-1803 . doi : 10.1042/bj0301795 . PMC 1263262. PMID 16746224 .
↑ هيرمانسون، بيتر ج.؛ فانام، كريستوف؛ سميث، كاميرون إل سي؛ سورنسن، كريستيان ت.؛ كريستنسن، أندرس (2015). "استشعار تشتت معامل الانكسار باستخدام مصفوفة من عاكسات الرنين البلورية الضوئية" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 107 (6): 061101. Bibcode : 2015ApPhL.107f1101H . doi : 10.1063/1.4928548 . S2CID 62897708 .
↑ مافرودينانو ر، شولتز جي آي، مينيس أو، محررون. (1973). الدقة في قياسات الطيف الضوئي والتألق: وقائع . منشور خاص لوزارة التجارة الأمريكية، المكتب الوطني للمعايير؛ 378. واشنطن العاصمة: المكتب الوطني للمعايير الأمريكي. ص 2. OCLC 920079 .
١ ٢ tsapps.nist.gov https://web.archive.org/web/20250530144953/https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=841491 . مؤرشف من الأصل بتاريخ ٣٠ مايو ٢٠٢٥. تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٤ يونيو ٢٠٢٥ .{{cite web}}: مفقود أو فارغ |title=( مساعدة )
1 2 "ISO يصل إلى الألوان المدمجة | الملصقات والعلامات" . labelsandlabeling.com . 2013-01-08 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-06-24 .
1 2 3 4 "دليل أجهزة قياس الطيف الضوئي لقياس اللون والتحقق منه" . Printing.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-06-2025 .
↑ كاتويتز، جوش (26 مايو 2022). "ما هو جهاز قياس الكثافة الطيفية؟" . تيككون الولايات المتحدة الأمريكية . تم الاسترجاع في 24 يونيو 2025 .
↑ "مسرد المصطلحات" . Printing.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-06-2025 .

روابط خارجية

دليل قياس الطيف الضوئي، مؤرشف بتاريخ 5 ديسمبر 2008 على موقع Wayback Machine

[ISO12647-2-1] ISO 12647-2: تكنولوجيا الطباعة - التحكم في عمليات إنتاج فواصل الألوان النصفية، والمطبوعات التجريبية والإنتاجية - الجزء 2: عمليات الطباعة الحجرية الأوفست . جنيف: المنظمة الدولية للتوحيد القياسي . 2013. ص 13.

[:1-2] 1 2 ألين، د. و.؛ كوكسي، س.؛ تساي، ب. ك. (13 نوفمبر 2009). "قياس الطيف الضوئي" . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . تم الاسترجاع في 23 ديسمبر 2018 .

[:0-3] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 نينفا إيه جيه، بالو دي بي، بينور إم (2010). مناهج المختبر الأساسية للكيمياء الحيوية والتكنولوجيا الحيوية ( الطبعة الثانية). هوبوكين: وايلي وأولاده. ISBN 9780470087664. OCLC 488246403 .

[4] شويدت، ج. (1997). الدليل الأساسي للكيمياء التحليلية . ترجمة بروكس هـ. تشيتشستر، نيويورك: وايلي. الصفحات 16-17 . ISBN 9780471974123. OCLC 36543293 .

[:2-5] 1 2 3 نينفا إيه جيه، بالو دي بي (2004). مناهج المختبر الأساسية للكيمياء الحيوية والتكنولوجيا الحيوية . هوبوكين: وايلي. ص 66. ISBN 9781891786006. OCLC 633862582 .

[:3-6] 1 2 ريندينا ج (1976). الأساليب التجريبية في الكيمياء الحيوية الحديثة . فيلادلفيا، بنسلفانيا: شركة دبليو بي سوندرز. ص 46-55 . ISBN 0721675506. OCLC 147990 .

[7] أوك، جيه بي؛ غان، جيه إي (1983). "النجوم المعيارية الثانوية للقياس الطيفي المطلق". المجلة الفيزيائية الفلكية . 266 : 713. Bibcode : 1983ApJ...266..713O . doi : 10.1086/160817 .

[8] إيشاني، ج (2006). "أول مطياف ضوئي تجاري للأشعة فوق البنفسجية والمرئية" . مجلة ساينتست . ص 100. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 ديسمبر 2018 .

[9] سيموني، آر دي؛ هيل، آر إل؛ فوغان، إم؛ تابور، إتش (5 ديسمبر 2003). "جهاز كلاسيكي: مطياف بيكمان دي يو ومخترعه، أرنولد أو. بيكمان" . مجلة الكيمياء البيولوجية 278 (49): e1. doi : 10.1016/S0021-9258(20)75750-9 . ISSN 1083-351X .

[Beckman-10] بيكمان، أ.و.؛ غالواي، و.س.؛ كاي، و.؛ أولريش، و.ف. (مارس 1977). "تاريخ قياس الطيف الضوئي في شركة بيكمان للأجهزة". الكيمياء التحليلية . 49 (3): 280أ –300أ. رمز Bibcode : 1977AnaCh..49Q.280B . doi : 10.1021/ac50011a001 .

[11] "هيوليت باكارد: تحديد المركبات باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية HP 8450 A". الكيمياء التحليلية . 51 (12): 1188A– 1189A. 1979-10-01. doi : 10.1021/ac50048a728 . ISSN 0003-2700 .

[12] نينفا إيه جيه، بالو دي بي، بينور إم (2015). مناهج المختبر الأساسية للكيمياء الحيوية والتكنولوجيا الحيوية (الطبعة الثالثة المنقحة ). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي وأولاده. ص 77. ISBN 9780470924525. OCLC 915641828 .

[13] "مطياف امتصاص ذري أوتوماتيكي بالكامل مزدوج الحزمة (AA 8000)" . معدات المختبرات . شركة لابينديا للأجهزة التحليلية المحدودة. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2018-12-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2018-01-31 .

[14] "تطبيقات وأساسيات قياس الطيف الضوئي" . www.mt.com . شركة ميتلر-توليدو الدولية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يوليو 2018 .

[15] "مقياس الطيف مقابل مقياس الطيف الضوئي: ما الفرق؟" . 14 يناير 2024.

[16] ترومبو، توني أ.؛ شولتز، إيميريك؛ بورلاند، مايكل ج.؛ بو، مايكل يوجين (27 أبريل 2013). "التحليل الطيفي التطبيقي: تحليل خليط كيميائي حيوي". تعليم الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية . 41 (4): 242-250 . doi : 10.1002/bmb.20694 . PMID 23625877 .

[17] "مطيافية الأشعة فوق البنفسجية/المرئية FastTrack™" (ملف PDF) . www.mt.com . شركة ميتلر-توليدو إيه جي، قسم التحليلات. 2016. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 29 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 ديسمبر 2018 .

[18] كورتيز، سي.؛ سزيبانيوك، أ.؛ غوميز دا سيلفا، ل. (1 مايو 2010). "استكشاف تقنيات تنقية البروتينات: الرسوم المتحركة كأدوات لتدريس الكيمياء الحيوية" . مجلة تعليم الكيمياء الحيوية . 8 (2): 12. doi : 10.16923/reb.v8i2.215 .

[19] غاريت، آر إتش، وغريشام، سي إم (2013). الكيمياء الحيوية . بيلمونت، كاليفورنيا: سينغيج . ص 106. ISBN 978-1133106296. OCLC 801650341 .

[20] هوليداي، إنسور روزلين (27 مايو 1936). " قياس الطيف الضوئي للبروتينات" . مجلة الكيمياء الحيوية . 30 (10): 1795-1803 . doi : 10.1042/bj0301795 . PMC 1263262. PMID 16746224 .

[21] هيرمانسون، بيتر ج.؛ فانام، كريستوف؛ سميث، كاميرون إل سي؛ سورنسن، كريستيان ت.؛ كريستنسن، أندرس (2015). "استشعار تشتت معامل الانكسار باستخدام مصفوفة من عاكسات الرنين البلورية الضوئية" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 107 (6): 061101. Bibcode : 2015ApPhL.107f1101H . doi : 10.1063/1.4928548 . S2CID 62897708 .

[22] مافرودينانو ر، شولتز جي آي، مينيس أو، محررون. (1973). الدقة في قياسات الطيف الضوئي والتألق: وقائع . منشور خاص لوزارة التجارة الأمريكية، المكتب الوطني للمعايير؛ 378. واشنطن العاصمة: المكتب الوطني للمعايير الأمريكي. ص 2. OCLC 920079 .

[:4-23] ١ ٢ tsapps.nist.gov https://web.archive.org/web/20250530144953/https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=841491 . مؤرشف من الأصل بتاريخ ٣٠ مايو ٢٠٢٥. تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٤ يونيو ٢٠٢٥ .{{cite web}}: مفقود أو فارغ |title=( مساعدة )

[:5-24] 1 2 "ISO يصل إلى الألوان المدمجة | الملصقات والعلامات" . labelsandlabeling.com . 2013-01-08 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-06-24 .

[:6-25] 1 2 3 4 "دليل أجهزة قياس الطيف الضوئي لقياس اللون والتحقق منه" . Printing.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-06-2025 .

[:7-26] كاتويتز، جوش (26 مايو 2022). "ما هو جهاز قياس الكثافة الطيفية؟" . تيككون الولايات المتحدة الأمريكية . تم الاسترجاع في 24 يونيو 2025 .

[27] "مسرد المصطلحات" . Printing.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-06-2025 .

[ 1 ]

[

[ 7 ]

[

[

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 27 ]