مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 14 صور
الموسوعة الحرة
مطياف بيكمان DU640 للأشعة فوق البنفسجية والمرئية

يشير مصطلح قياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية ( UV-Vis أو UV-VIS ) [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] إلى قياس طيف الامتصاص أو قياس طيف الانعكاس في جزء من نطاق الأشعة فوق البنفسجية والنطاق المرئي الكامل المجاور له من الطيف الكهرومغناطيسي . [ 2 ] ونظرًا لانخفاض تكلفته وسهولة تطبيقه، تُستخدم هذه المنهجية على نطاق واسع في تطبيقات متنوعة، سواءً التطبيقية أو الأساسية. الشرط الوحيد هو أن تمتص العينة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، أي أن تكون مادة حاملة للون . يُعد قياس طيف الامتصاص مكملاً لقياس طيف التألق . ومن بين المعايير المهمة، إلى جانب طول موجة القياس، الامتصاص (A) أو النفاذية (%T) أو الانعكاس (%R)، وتغيره مع الزمن. [ 4 ] [ 5 ]

جهاز مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية هو أداة تحليلية تقيس كمية الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي التي تمتصها العينة. وهو تقنية شائعة الاستخدام في الكيمياء والكيمياء الحيوية وغيرها من المجالات، لتحديد وقياس المركبات في مجموعة متنوعة من العينات. [ 6 ]

تعمل أجهزة قياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية عن طريق تمرير شعاع ضوئي عبر العينة وقياس كمية الضوء الممتص عند كل طول موجي. وتتناسب كمية الضوء الممتص طرديًا مع تركيز المركب الممتص في العينة.

الانتقالات الضوئية

تمتص معظم الجزيئات والأيونات الطاقة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية أو الضوء المرئي، أي أنها كروموفورات . يُثير الفوتون الممتص إلكترونًا في الكروموفور إلى مدارات جزيئية ذات طاقة أعلى، مما يُؤدي إلى حالة مُثارة . [ 7 ] بالنسبة للكروموفورات العضوية، يُفترض وجود أربعة أنواع مُحتملة من الانتقالات: π–π*، n–π*، σ–σ*، و n–σ*. غالبًا ما تكون مُركبات الفلزات الانتقالية مُلونة (أي تمتص الضوء المرئي) نظرًا لوجود حالات إلكترونية مُتعددة مُرتبطة بمدارات d غير مكتملة الامتلاء. [ 5 ]

التطبيقات

مثال على قراءة الأشعة فوق البنفسجية والمرئية

يمكن استخدام الأشعة فوق البنفسجية والمرئية لمراقبة التغيرات الهيكلية في الحمض النووي. [ 8 ]

تُستخدم مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية بشكل روتيني في الكيمياء التحليلية لتحديد كميات متنوعة من المواد أو العينات، مثل أيونات المعادن الانتقالية ، والمركبات العضوية ذات الروابط المترافقة ، والجزيئات الحيوية الكبيرة. ويُجرى التحليل الطيفي عادةً في المحاليل، ولكن يمكن أيضًا دراسة المواد الصلبة والغازات.

  • تمتص المركبات العضوية ، وخاصة تلك ذات درجة الاقتران العالية، الضوء في نطاق الأشعة فوق البنفسجية أو الضوء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي . غالبًا ما يُستخدم الماء كمذيب للمركبات الذائبة في الماء، أو الإيثانول للمركبات الذائبة في المواد العضوية. (قد تُظهر المذيبات العضوية امتصاصًا ملحوظًا للأشعة فوق البنفسجية؛ وليست جميع المذيبات مناسبة للاستخدام في مطيافية الأشعة فوق البنفسجية. يمتص الإيثانول بشكل ضعيف جدًا عند معظم الأطوال الموجية). يمكن أن تؤثر قطبية المذيب ودرجة حموضته على طيف امتصاص المركب العضوي. على سبيل المثال، يزداد امتصاص التيروسين الأقصى ومعامل الامتصاص المولي عند زيادة درجة الحموضة من 6 إلى 13 أو عند انخفاض قطبية المذيب.
  • في حين أن مركبات نقل الشحنة تؤدي أيضًا إلى ظهور الألوان، إلا أن الألوان غالبًا ما تكون شديدة للغاية بحيث لا يمكن استخدامها للقياس الكمي.

ينص قانون بير -لامبرت على أن امتصاص المحلول يتناسب طرديًا مع تركيز المادة الماصة فيه وطول المسار. [ 9 ] وبالتالي، عند ثبات طول المسار، يمكن استخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية لتحديد تركيز المادة الماصة في المحلول. من الضروري معرفة سرعة تغير الامتصاص مع التركيز. يمكن الحصول على هذه المعلومة من المراجع (جداول معاملات الامتصاص المولية )، أو بدقة أكبر، تحديدها من منحنى معايرة .

يمكن استخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية ككاشف في كروماتوغرافيا السائل عالي الأداء (HPLC ). يُفترض أن وجود المادة المراد تحليلها يُعطي استجابة تتناسب طرديًا مع تركيزها. وللحصول على نتائج دقيقة، يجب مقارنة استجابة الجهاز للمادة في العينة المجهولة مع استجابته لمعيار قياسي؛ وهذا يُشبه إلى حد كبير استخدام منحنيات المعايرة. تُعرف الاستجابة (مثل ارتفاع الذروة) لتركيز معين بمعامل الاستجابة .

يمكن ربط أطوال موجات قمم الامتصاص بأنواع الروابط في جزيء معين، وهي ذات قيمة في تحديد المجموعات الوظيفية داخل الجزيء. على سبيل المثال، تُعد قواعد وودوارد-فيزر مجموعة من الملاحظات التجريبية المستخدمة للتنبؤ بـ λ max ، وهو طول موجة الامتصاص الأكثر كثافة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، للمركبات العضوية المترافقة مثل الدايينات والكيتونات . مع ذلك، لا يُعد الطيف وحده اختبارًا دقيقًا لأي عينة معينة. إذ يمكن أن تؤثر طبيعة المذيب، ودرجة حموضة المحلول، ودرجة الحرارة، وتركيزات الإلكتروليتات العالية، ووجود مواد متداخلة على طيف الامتصاص. كما أن الاختلافات التجريبية، مثل عرض الشق (عرض النطاق الفعال) لجهاز قياس الطيف الضوئي، ستؤثر أيضًا على الطيف. ولتطبيق مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية في التحليل، يجب التحكم في هذه المتغيرات أو أخذها في الاعتبار لتحديد المواد الموجودة. [ 10 ]

تُستخدم هذه الطريقة في أغلب الأحيان بطريقة كمية لتحديد تركيزات الأنواع الممتصة في المحلول، باستخدام قانون بير-لامبرت : [ 11 ]

أ=سجل10⁡(أنا0/أنا)=εجل{\displaystyle A=\log _{10}(I_{0}/I)=\varepsilon cL}،

حيث A هي الامتصاصية المقاسة (وهي بلا أبعاد رسميًا ولكن يتم الإبلاغ عنها عمومًا بوحدات الامتصاص (AU) [ 12 ] )،أنا0{\displaystyle I_{0}}هي شدة الضوء الساقط عند طول موجي معين ،أنا{\displaystyle I}تمثل ε شدة الضوء المنقول، وL طول المسار عبر العينة، و c تركيز المادة الممتصة. لكل مادة وطول موجي، ε ثابت يُعرف بمعامل الامتصاص المولي أو معامل الانقراض. هذا الثابت خاصية جزيئية أساسية في مذيب معين، عند درجة حرارة وضغط محددين، ووحدته هي ε.1/م*جم{\displaystyle 1/M*cm}.

يتم تعريف الامتصاص والانقراض ε أحيانًا من حيث اللوغاريتم الطبيعي بدلاً من اللوغاريتم ذي الأساس 10.

يُعدّ قانون بير-لامبرت مفيدًا في توصيف العديد من المركبات، ولكنه لا يُمثّل علاقةً عامةً لتركيز وامتصاص جميع المواد. وقد تُصادف أحيانًا علاقةٌ من الدرجة الثانية بين الامتصاص والتركيز [ 13 ] في الجزيئات الكبيرة والمعقدة جدًا، مثل الأصباغ العضوية ( مثل برتقالي الزيلينول أو الأحمر المتعادل ). [ 14 ] [ 15 ]

تُستخدم مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية أيضًا في صناعة أشباه الموصلات لقياس سمك وخصائص الأغشية الرقيقة على الرقاقة. تُستخدم مطيافات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية لقياس انعكاس الضوء، ويمكن تحليلها باستخدام معادلات فوروهي-بلومر لتحديد معامل الانكسار.ن{\displaystyle n}) ومعامل الانقراض (ك{\displaystyle k}) لفيلم معين عبر النطاق الطيفي المقاس. [ 16 ]

الاعتبارات العملية

يتضمن قانون بير-لامبرت افتراضات ضمنية يجب استيفاؤها تجريبياً لكي يُطبّق؛ وإلاّ فقد تحدث انحرافات عن القانون. [ 14 ] على سبيل المثال، يمكن للتركيب الكيميائي والبيئة الفيزيائية للعينة أن تُغيّر معامل امتصاصها. لذا، يجب أن تتطابق الظروف الكيميائية والفيزيائية لعينة الاختبار مع القياسات المرجعية لكي تكون الاستنتاجات صحيحة. على الصعيد العالمي، تشترط دساتير الأدوية، مثل دستور الأدوية الأمريكي (USP) ودستور الأدوية الأوروبي (Ph. Eur.)، أن تعمل أجهزة قياس الطيف الضوئي وفقًا لمتطلبات تنظيمية صارمة تشمل عوامل مثل الضوء الشارد [ 17 ] ودقة الطول الموجي. [ 18 ]

عرض النطاق الطيفي

يُعرَّف النطاق الطيفي لجهاز قياس الطيف الضوئي بأنه مدى الأطوال الموجية التي يمررها الجهاز عبر العينة في لحظة زمنية محددة. [ 19 ] ويتحدد هذا النطاق بواسطة مصدر الضوء، والموحد اللوني ، وعرض شقه الفيزيائي، والتشتت البصري، وكاشف جهاز قياس الطيف الضوئي. يؤثر النطاق الطيفي على دقة ووضوح القياس. يوفر النطاق الطيفي الأضيق دقة ووضوحًا أعلى، ولكنه يتطلب أيضًا وقتًا وطاقة أكبر لمسح الطيف بأكمله. بينما يسمح النطاق الطيفي الأوسع بمسح أسرع وأسهل، ولكنه قد يؤدي إلى دقة ووضوح أقل، خاصةً للعينات ذات قمم الامتصاص المتداخلة. لذلك، يُعد اختيار النطاق الطيفي المناسب أمرًا بالغ الأهمية للحصول على نتائج موثوقة ودقيقة.

من المهم استخدام مصدر إشعاع أحادي اللون للضوء الساقط على خلية العينة لتعزيز خطية الاستجابة. [ 14 ] كلما اقترب عرض النطاق من اللون الأحادي (وحدة قياس الطول الموجي)، زادت خطية الاستجابة. يُقاس عرض النطاق الطيفي بعدد الأطوال الموجية المنقولة عند نصف شدة الضوء القصوى الخارجة من أحادي اللون.

يُعدّ أفضل نطاق طيفي ممكن أحد مواصفات مطياف الأشعة فوق البنفسجية، وهو يُحدد مدى أحادية لون الضوء الساقط. إذا كان هذا النطاق مُقاربًا (أو أكبر) لعرض ذروة امتصاص مُكوّن العينة، فلن يكون مُعامل الانقراض المُقاس دقيقًا. في القياسات المرجعية، يُحافظ على نطاق الجهاز (نطاق الضوء الساقط) أقل من عرض الذروات الطيفية. عند قياس مادة اختبار، يجب أن يكون نطاق الضوء الساقط ضيقًا بما فيه الكفاية. يُؤدي تقليل النطاق الطيفي إلى تقليل الطاقة المُنتقلة إلى الكاشف، وبالتالي، سيتطلب وقتًا أطول للقياس لتحقيق نفس نسبة الإشارة إلى الضوضاء.

خطأ في الطول الموجي

يتغير معامل الامتصاص للمادة المراد تحليلها في المحلول تدريجيًا مع تغير الطول الموجي. وتُمثل الذروة (الطول الموجي الذي يصل عنده الامتصاص إلى أقصى قيمة له) في منحنى الامتصاص مقابل الطول الموجي، أي طيف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، النقطة التي يكون عندها معدل تغير الامتصاص مع الطول الموجي في أدنى مستوياته. [ 14 ] ولذلك، تُجرى القياسات الكمية للمادة المذابة عادةً باستخدام طول موجي قريب من ذروة الامتصاص، وذلك لتقليل الأخطاء الناتجة عن تغير معامل الامتصاص مع تغير الطول الموجي.

الضوء الشارد

الضوء الشارد [ 20 ] في مطياف الأشعة فوق البنفسجية هو أي ضوء يصل إلى كاشفه ولا يكون ضمن الطول الموجي المحدد بواسطة أحادي اللون. ويمكن أن يحدث هذا، على سبيل المثال، بسبب تشتت الضوء داخل الجهاز، أو بسبب انعكاسات من الأسطح البصرية.

قد يتسبب الضوء الشارد في أخطاء كبيرة في قياسات الامتصاص، خاصةً عند قيم الامتصاص العالية، لأن هذا الضوء يُضاف إلى الإشارة التي يرصدها الكاشف، حتى وإن لم يكن جزءًا من الطول الموجي المُختار. ونتيجةً لذلك، تكون قيمة الامتصاص المقاسة والمُبلغ عنها أقل من قيمة الامتصاص الفعلية للعينة.

يُعدّ الضوء الشارد عاملاً مهماً، إذ يُحدّد نقاء الضوء المستخدم في التحليل. وأهم عامل يؤثر عليه هو مستوى الضوء الشارد في جهاز أحادي اللون . [ 14 ]

عادةً ما يكون الكاشف المستخدم في مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية واسع النطاق، أي أنه يستجيب لجميع الضوء الذي يصل إليه. إذا احتوى جزء كبير من الضوء المار عبر العينة على أطوال موجية ذات معاملات امتصاص أقل بكثير من المعامل الاسمي، فسيسجل الجهاز قيمة امتصاص منخفضة بشكل غير صحيح. يصل أي جهاز إلى نقطة لا تؤدي فيها زيادة تركيز العينة إلى زيادة في قيمة الامتصاص المسجلة، لأن الكاشف يستجيب ببساطة للضوء المتناثر. عمليًا، يجب تعديل تركيز العينة أو طول المسار البصري لوضع قيمة الامتصاص المجهولة ضمن نطاق صالح للجهاز. في بعض الأحيان، تُطوَّر دالة معايرة تجريبية، باستخدام تراكيز معروفة للعينة، للسماح بإجراء القياسات في المنطقة التي يصبح فيها الجهاز غير خطي.

كقاعدة عامة، عادةً ما يكون مستوى الضوء الشارد في جهاز مزود بموحد لون واحد يعادل حوالي 3 وحدات امتصاص (AU)، مما يجعل القياسات التي تتجاوز 2  وحدة امتصاص تقريبًا صعبة. أما الجهاز الأكثر تعقيدًا المزود بموحد لون مزدوج ، فيكون مستوى الضوء الشارد فيه يعادل حوالي 6  وحدات امتصاص، مما يسمح بقياس نطاق امتصاص أوسع بكثير.

الانحرافات عن قانون بير-لامبرت

عند التركيزات العالية بما يكفي، تتشبع نطاقات الامتصاص وتظهر ظاهرة تسطح الامتصاص. يبدو أن ذروة الامتصاص تتسطح لأن ما يقارب 100% من الضوء يُمتص بالفعل. يعتمد التركيز الذي يحدث عنده هذا على المركب المحدد المراد قياسه. أحد الاختبارات التي يمكن استخدامها للتحقق من هذا التأثير هو تغيير طول مسار القياس. في قانون بير-لامبرت، يكون لتغيير التركيز وطول المسار تأثير متكافئ - فتخفيف المحلول بمعامل 10 له نفس تأثير تقصير طول المسار بمعامل 10. إذا توفرت خلايا بأطوال مسار مختلفة، فإن اختبار صحة هذه العلاقة يُعد إحدى طرق تحديد ما إذا كان تسطح الامتصاص يحدث.

قد تُظهر المحاليل غير المتجانسة انحرافات عن قانون بير-لامبرت بسبب ظاهرة تسطّح الامتصاص. يحدث هذا، على سبيل المثال، عندما تكون المادة الماصة موجودة داخل جزيئات معلقة. [ 21 ] [ 22 ] وتكون هذه الانحرافات أكثر وضوحًا في ظروف التركيز المنخفض والامتصاص العالي. ويصف المرجع الأخير طريقة لتصحيح هذا الانحراف.

تتغير بعض المحاليل، مثل كلوريد النحاس الثنائي في الماء، ظاهريًا عند تركيز معين نتيجة لتغير الظروف المحيطة بأيون النحاس الثنائي. بالنسبة لكلوريد النحاس الثنائي، يعني ذلك تحولًا من اللون الأزرق إلى الأخضر، [ 23 ] مما يعني أن القياسات أحادية اللون ستختلف عن قانون بير-لامبرت.

مصادر عدم اليقين في القياس

تساهم العوامل المذكورة أعلاه في عدم دقة القياسات التي يتم الحصول عليها باستخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية . عند استخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية في التحليل الكيميائي الكمي، تتأثر النتائج أيضًا بمصادر عدم الدقة الناجمة عن طبيعة المركبات و/أو المحاليل المقاسة. تشمل هذه المصادر التداخلات الطيفية الناتجة عن تداخل نطاقات الامتصاص، وتلاشي لون المادة الماصة (نتيجة التحلل أو التفاعل)، واحتمالية عدم تطابق التركيب بين العينة ومحلول المعايرة. [ 24 ]

مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية

يُطلق على الجهاز المستخدم في مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية اسم مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية. وهو يقيس شدة الضوء بعد مروره عبر عينة (أنا{\displaystyle I}ويقارنها بشدة الضوء قبل مروره عبر العينة (أناo{\displaystyle I_{o}}). النسبةأنا/أناo{\displaystyle I/I_{o}}يُطلق عليه اسم النفاذية ، ويُعبّر عنه عادةً كنسبة مئوية (%T). أما الامتصاصية ،أ{\displaystyle A}، يعتمد على النفاذية:

أ=-سجل⁡(%تي/100%){\displaystyle A=-\log(\%T/100\%)}

يمكن أيضًا ضبط مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية لقياس الانعكاس. في هذه الحالة، يقيس المطياف شدة الضوء المنعكس من العينة (أنا{\displaystyle I}ويقارنها بشدة الضوء المنعكس من مادة مرجعية (أناo{\displaystyle I_{o}}) (مثل البلاط الأبيض). النسبةأنا/أناo{\displaystyle I/I_{o}}يُطلق عليه اسم الانعكاسية ، وعادة ما يتم التعبير عنه كنسبة مئوية (%R).

تتكون الأجزاء الأساسية لجهاز قياس الطيف الضوئي من مصدر ضوئي، وحامل للعينة، وشبكة حيود أو موشور كموحد لون لفصل أطوال موجات الضوء المختلفة، وكاشف. غالبًا ما يكون مصدر الإشعاع عبارة عن سلك من التنجستن (300-2500  نانومتر)، أو مصباح قوس الديوتيريوم الذي يُصدر إشعاعًا مستمرًا في منطقة الأشعة فوق البنفسجية (190-400  نانومتر)، أو مصباح قوس الزينون الذي يُصدر إشعاعًا مستمرًا من 160 إلى 2000  نانومتر؛ أو مؤخرًا، الثنائيات الباعثة للضوء (LED) [ 4 ] للأطوال الموجية المرئية. أما الكاشف، فعادةً ما يكون أنبوبًا مضاعفًا ضوئيًا ، أو ثنائيًا ضوئيًا ، أو مصفوفة ثنائيات ضوئية، أو جهاز اقتران الشحنات (CCD). تُستخدم كواشف الثنائيات الضوئية المفردة والأنابيب المضاعفة الضوئية مع موحدات اللون الماسحة، التي تُصفّي الضوء بحيث لا يصل إلى الكاشف إلا ضوء ذو طول موجي واحد في كل مرة. يقوم أحادي اللون الماسح بتحريك محزز الحيود "للتدرج" عبر كل طول موجي، بحيث يمكن قياس شدته كدالة للطول الموجي. تُستخدم أحاديات اللون الثابتة مع أجهزة CCD ومصفوفات الثنائيات الضوئية. ولأن كلا الجهازين يتكون من العديد من الكواشف المجمعة في مصفوفات أحادية أو ثنائية الأبعاد، فإنهما قادران على جمع الضوء بأطوال موجية مختلفة على وحدات بكسل مختلفة أو مجموعات من وحدات البكسل في آن واحد.

رسم تخطيطي مبسط لجهاز قياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية ذي الحزمة المزدوجة

يمكن أن يكون جهاز قياس الطيف الضوئي أحادي الحزمة أو ثنائي الحزمة . في جهاز أحادي الحزمة (مثل جهاز Spectronic 20 )، يمر كل الضوء عبر خلية العينة.أناo{\displaystyle I_{o}}يجب قياسها عن طريق إزالة العينة. كان هذا التصميم هو الأقدم ولا يزال شائع الاستخدام في كل من المختبرات التعليمية والصناعية.

في جهاز الشعاع المزدوج، يُقسّم الضوء إلى شعاعين قبل وصوله إلى العينة. يُستخدم أحد الشعاعين كمرجع، بينما يمر الشعاع الآخر عبر العينة. تُعتبر شدة شعاع المرجع 100% نفاذية (أو 0 امتصاص)، والقياس المعروض هو نسبة شدة الشعاعين. تحتوي بعض أجهزة الشعاع المزدوج على كاشفين (ثنائيات ضوئية)، ويتم قياس شعاع العينة وشعاع المرجع في الوقت نفسه. في أجهزة أخرى، يمر الشعاعان عبر مُقطِّع شعاع ، يقوم بحجب شعاع واحد في كل مرة. يتناوب الكاشف بين قياس شعاع العينة وشعاع المرجع بالتزامن مع المُقطِّع. قد توجد أيضًا فترة ظلام واحدة أو أكثر في دورة المُقطِّع. في هذه الحالة، يمكن تصحيح شدة الشعاع المقاسة بطرح الشدة المقاسة في فترة الظلام قبل حساب النسبة.

في جهاز أحادي الحزمة، يجب قياس الكوفيتة التي تحتوي على المذيب فقط أولًا. طورت شركة ميتلر توليدو مطيافًا ضوئيًا أحادي الحزمة يسمح بإجراء قياسات سريعة ودقيقة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية والمرئية. يتكون مصدر الضوء من مصباح زينون وامض للأشعة فوق البنفسجية، بالإضافة إلى مصباحين آخرين للأشعة المرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة، ويغطي نطاقًا طيفيًا من 190 إلى 1100  نانومتر. تُركز ومضات المصباح على ألياف زجاجية توجه شعاع الضوء إلى الكوفيتة التي تحتوي على محلول العينة. يمر الشعاع عبر العينة، وتمتص مكوناتها أطوالًا موجية محددة. يُجمع الضوء المتبقي بعد الكوفيتة بواسطة ألياف زجاجية ويُوجه إلى مطياف. يتكون المطياف من محزز حيود يفصل الضوء إلى أطوال موجية مختلفة، ومستشعر CCD لتسجيل البيانات. وبذلك، يُقاس الطيف بأكمله في وقت واحد، مما يسمح بالتسجيل السريع. [ 25 ]

تكون عينات قياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية في أغلب الأحيان سوائل، على الرغم من إمكانية قياس امتصاص الغازات وحتى المواد الصلبة. توضع العينات عادةً في خلية شفافة تُعرف باسم الكوفيت . تكون الكوفيتات عادةً مستطيلة الشكل، ويبلغ عرضها الداخلي عادةً 1  سم. (يُصبح هذا العرض طول المسار).ل{\displaystyle L}(وفقًا لقانون بير-لامبرت). يمكن أيضًا استخدام أنابيب الاختبار كحاويات قياس في بعض الأجهزة. يجب أن يسمح نوع وعاء العينة المستخدم بمرور الإشعاع عبر النطاق الطيفي المطلوب. تُصنع حاويات القياس الأكثر استخدامًا من السيليكا المنصهرة عالية الجودة أو زجاج الكوارتز، نظرًا لشفافيتها في نطاق الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة. كما تُعد حاويات القياس الزجاجية والبلاستيكية شائعة الاستخدام، على الرغم من أن الزجاج ومعظم أنواع البلاستيك تمتص الأشعة فوق البنفسجية، مما يحد من فائدتها في نطاق الأطوال الموجية المرئية. [ 4 ]

كما تم تصنيع أجهزة متخصصة، منها أجهزة قياس الطيف الضوئي التي تُركّب على التلسكوبات لقياس أطياف الظواهر الفلكية. وتتكون أجهزة قياس الطيف الضوئي المجهرية للأشعة فوق البنفسجية والمرئية من مجهر للأشعة فوق البنفسجية والمرئية مُدمج مع جهاز قياس طيف ضوئي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية.

يمكن في كثير من الأحيان الحصول على طيف امتصاص كامل عند جميع الأطوال الموجية المطلوبة مباشرةً باستخدام مطياف ضوئي متطور. أما في الأجهزة الأبسط، فيُحدد الامتصاص عند كل طول موجي على حدة، ثم يُجمع في طيف بواسطة المشغل. وبإزالة تأثير التركيز، يُمكن تحديد معامل الامتصاص (ε) كدالة للطول الموجي.

قياس الطيف الضوئي المجهري

تُجرى دراسة طيف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية للعينات المجهرية باستخدام مجهر ضوئي مزود ببصريات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، ومصادر ضوء أبيض، وموحد اللون ، وكاشف حساس مثل جهاز اقتران الشحنات (CCD) أو أنبوب مضاعف ضوئي (PMT). ونظرًا لوجود مسار بصري واحد فقط، تُعد هذه الأجهزة أحادية الحزمة. تتميز الأجهزة الحديثة بقدرتها على قياس أطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية في كلٍ من الانعكاس والنفاذية لمناطق أخذ العينات ذات الحجم الميكروني. وتكمن مزايا استخدام هذه الأجهزة في قدرتها على قياس العينات المجهرية، بالإضافة إلى قدرتها على قياس أطياف عينات أكبر حجمًا بدقة مكانية عالية. ولذلك، تُستخدم في المختبرات الجنائية لتحليل الأصباغ والملونات في ألياف النسيج الفردية، [ 26 ] ورقائق الطلاء المجهرية ، [ 27 ] ولون شظايا الزجاج. كما تُستخدم أيضًا في علوم المواد والبحوث البيولوجية، ولتحديد محتوى الطاقة في صخور المصدر للفحم والبترول عن طريق قياس انعكاس الفترينيت . تُستخدم أجهزة قياس الطيف الضوئي المجهرية في صناعات أشباه الموصلات والبصريات الدقيقة لمراقبة سُمك الأغشية الرقيقة بعد ترسيبها. في صناعة أشباه الموصلات، تُستخدم هذه الأجهزة نظرًا لأن الأبعاد الحرجة للدوائر الإلكترونية مجهرية. يتضمن الاختبار النموذجي لرقاقة أشباه الموصلات الحصول على أطياف من نقاط متعددة على رقاقة منقوشة أو غير منقوشة. يمكن حساب سُمك الأغشية المُرسبة من نمط التداخل الطيفي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام قياس الطيف الضوئي في نطاق الأشعة فوق البنفسجية والمرئية لتحديد السُمك، إلى جانب معامل الانكسار ومعامل الامتصاص للأغشية الرقيقة. [ 16 ] بعد ذلك، يمكن إنشاء خريطة لسُمك الغشاء عبر الرقاقة بأكملها واستخدامها لأغراض مراقبة الجودة. [ 28 ]

تطبيقات إضافية

يمكن استخدام تقنية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية لتحديد معدل التفاعل الكيميائي . ومن الأمثلة التوضيحية على ذلك تحويل المتصاوغين الأصفر البرتقالي والأزرق لثنائي ثيازونات الزئبق. تعتمد هذه الطريقة التحليلية على حقيقة أن التركيز يتناسب طرديًا مع التركيز. وبنفس النهج، تسمح بتحديد التوازن بين الكروموفورات. [ 29 ] [ 30 ]

من خلال طيف الغازات المحترقة، يمكن تحديد التركيب الكيميائي للوقود، ودرجة حرارة الغازات، ونسبة الهواء إلى الوقود. [ 31 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كول، كينيث؛ ليفين، باري س. (2020)، "قياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية"، في ليفين، باري س.؛ كيريجان، سارة (محرران)، مبادئ علم السموم الجنائي ، تشام: دار نشر سبرينغر الدولية، ص 127-134 ، doi : 10.1007/978-3-030-42917-1_10 ، ISBN  978-3-030-42917-1
  2. 1 2 فيثا، مارك ف. (2018). "الفصل 2". التحليل الطيفي: المبادئ والأجهزة . هوبوكين، نيوجيرسي: جون وايلي وأولاده. ISBN 978-1-119-43664-5.
  3. ↑ إدواردز، أليسون أ.؛ ألكسندر، بروس د. (1 يناير 2017)، "مطيافية الامتصاص فوق البنفسجي-المرئي، التطبيقات العضوية" ، في ليندون، جون س.؛ ترانتر، جورج إي.؛ كوبينال، ديفيد و. (محررون)، موسوعة المطيافية والقياس الطيفي (الطبعة الثالثة) ، أكسفورد: أكاديميك برس، ص 511-519 ، doi : 10.1016/b978-0-12-803224-4.00013-3 ، ISBN  978-0-12-803224-4تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 أكتوبر 2023
  4. 1 2 3 سكوج، دوغلاس أ.؛ هولر، ف. جيمس؛ كراوتش، ستانلي ر. (2007). مبادئ التحليل الآلي (الطبعة السادسة ). بلمونت، كاليفورنيا: تومسون بروكس/كول. الصفحات 169-173 . ISBN   978-0-495-01201-6.
  5. 1 2 آر. إس. دراغو (1992). الأساليب الفيزيائية للكيميائيين، الطبعة الثانية . دبليو بي سوندرز. ISBN 0-03-075176-4.
  6. ↑ فرانكا، أدريانا س.؛ نوليت، ليو إم إل (2017). الطرق الطيفية في تحليل الأغذية . مطبعة سي آر سي. ص 664. 
  7. ^ ميثا ، أكول (13 ديسمبر 2011). "مبدأ" . معلومات فارما اكس تشينج .
  8. ↑ كارول، غريغوري ت.؛ داولينغ، ريد س.؛ كيرشمان، ديفيد ل.؛ ماستاي، مارك ب.؛ مامانا، أنجيلا (2023). "التألق الذاتي للحمض النووي المعرض للأشعة فوق البنفسجية" . مجلة الكيمياء الضوئية والبيولوجيا الضوئية أ: الكيمياء . 437 114484. Bibcode : 2023JPPA..43714484C . doi : 10.1016/j.jphotochem.2022.114484 . S2CID 254622477 . 
  9. ↑ ميثا، أكول (22 أبريل 2012). "اشتقاق قانون بير-لامبرت" . PharmaXChange.info .
  10. ↑ ميسرا، برابهاكار ؛ دوبينسكي، مارك، محرران. (2002). مطيافية الأشعة فوق البنفسجية وليزر الأشعة فوق البنفسجية . نيويورك: مارسيل ديكر . ISBN 978-0-8247-0668-5.
  11. ↑ "قانون بير-لامبرت" . نصوص الكيمياء الحرة . 3 أكتوبر 2013. تم الاطلاع عليه في 19 أكتوبر 2023 .
  12. ↑ تاريخياً، كان يُستخدم مصطلح "الكثافة البصرية" (OD) بدلاً من وحدة القياس (AU). ولكن تجدر الإشارة أيضاً إلى أن ما يتم قياسه عادةً هو نسبة النفاذية (%T)، وهي نسبة خطية، يتم تحويلها إلى اللوغاريتم بواسطة الجهاز لعرضها.
  13. ↑ بوزدوغان، عبد الرزاق إ. (1 نوفمبر 2022). "معادلات متعددة الحدود مبنية على قوانين بوجيه-لامبير وبير للانحرافات عن الخطية وتسطيح الامتصاص". مجلة الكيمياء التحليلية . 77 (11): 1426-1432 . doi : 10.1134/S1061934822110028 . ISSN 1608-3199 . S2CID 253463022 .  
  14. 1 2 3 4 5 ميثا، أكول (14 مايو 2012). "قيود وانحرافات قانون بير-لامبرت" . PharmaXChange.info .
  15. ↑ سينار، محمد؛ كوروه، علي؛ كاراباك، محمد (25 مارس 2014). "دراسة مقارنة لمشتقات مختارة من أصباغ الآزو المشتتة بناءً على الخصائص الطيفية (FT-IR، NMR، وUV-Vis) والسلوك البصري غير الخطي" . Spectrochimica Acta الجزء أ: مطيافية الجزيئات والجزيئات الحيوية . 122 : 682-689 . Bibcode : 2014AcSpA.122..682C . doi : 10.1016/j.saa.2013.11.106 . ISSN 1386-1425 . PMID 24345608 .  
  16. 1 2 لوبير، فيليب؛ ستوكلبرغر، مايكل؛ نيسن، بيورن؛ فيرنر، جيريمي؛ فيليبيتش، ميها؛ مون، سو-جين؛ يوم، جون-هو؛ توبيتش، ماركو؛ دي وولف، ستيفان؛ باليف، كريستوف (2015). "أطياف معامل الانكسار المركب لأغشية البيروفسكايت الرقيقة CH3NH3PbI3 المُحددة بواسطة قياس الاستقطاب الطيفي وقياس الطيف الضوئي" (ملف PDF) . مجلة رسائل الكيمياء الفيزيائية . 6 (1): 66-71 . Bibcode : 2015JPCL....6...66L . doi : 10.1021/jz502471h . PMID 26263093. تاريخ الاسترجاع: 16 نوفمبر 2021 . 
  17. ↑ "الضوء الشارد والتحقق من الأداء" .
  18. ↑ "دقة الطول الموجي في قياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية/المرئية" . مؤرشف من الأصل في 9 أغسطس 2024. تم الاطلاع عليه في 15 نوفمبر 2024 .
  19. ↑ "شركة بيرسي بي جي ساينتيفيك - الأسئلة الشائعة حول الأشعة فوق البنفسجية الجديدة: عرض النطاق الطيفي" . www.perseena.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 21 سبتمبر 2018.
  20. ↑ "ما هو الضوء الشارد وكيف تتم مراقبته؟" . 12 يونيو 2015.
  21. ↑ بيربيران-سانتوس، م.ن. (سبتمبر 1990). "إعادة النظر في قانون بير". مجلة التعليم الكيميائي . 67 (9): 757. Bibcode : 1990JChEd..67..757B . doi : 10.1021/ed067p757 .
  22. ↑ ويتونغ، بيرنيلا؛ كاجانوس، يوهان؛ كوبيستا، ميكائيل؛ مالمستروم، بو جي. (19 سبتمبر 1994). "تسطيح الامتصاص في الأطياف الضوئية للمواد المحصورة داخل الليبوسومات". رسائل FEBS . 352 (1): 37-40 . Bibcode : 1994FEBSL.352...37W . doi : 10.1016/0014-5793(94)00912-0 . PMID 7925937. S2CID 11419856 .  
  23. ↑ أنسيل، س؛ ترومب، ر.هـ؛ نيلسون، ج.و (20 فبراير 1995). "بنية المذاب والأيون المائي في محلول مائي مركز من كلوريد النحاس (II)". مجلة الفيزياء: المادة المكثفة . 7 (8): 1513-1524 . Bibcode : 1995JPCM....7.1513A . doi : 10.1088/0953-8984/7/8/002 . S2CID 250898349 . 
  24. ↑ سوفالي، ل.؛ روم، إي.-إي.؛ كوت، أ.؛ وآخرون . (2006). "مصادر عدم اليقين في القياس الطيفي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية". الاعتماد وضمان الجودة . 11 (5): 246-255 . doi : 10.1007/s00769-006-0124-x . S2CID 94520012 .  
  25. ↑ "تطبيقات وأساسيات قياس الطيف الضوئي" . www.mt.com . شركة ميتلر توليدو الدولية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 يوليو 2018 .
  26. ↑ إرشادات فحص الألياف الجنائية، فريق العمل العلمي - المواد، 1999، http://www.swgmat.org/fiber.htm مؤرشف في 5 مارس 2016 على موقع Wayback Machine
  27. ↑ الدليل القياسي للقياس الطيفي المجهري وقياس الألوان في تحليل الطلاء الجنائي، المجموعة العلمية العاملة - المواد، 1999، http://www.swgmat.org/paint.htm مؤرشف في 21 يوليو 2016 على موقع Wayback Machine
  28. ↑ هوري، م.؛ فوجيوارا، ن.؛ كوكوبو، م.؛ كوندو، ن. (1994). "نظام قياس سمك الأغشية الرقيقة الطيفي لصناعات أشباه الموصلات". وقائع المؤتمر. الذكرى السنوية العاشرة. IMTC/94. التقنيات المتقدمة في الأجهزة والقياس. مؤتمر IEEE لتكنولوجيا الأجهزة والقياس لعام 1994 (رقم التصنيف 94CH3424-9) . الصفحات 677-682 . doi : 10.1109/IMTC.1994.352008 . ISBN  0-7803-1880-3. S2CID 110637259 . 
  29. ↑ سيرتوفا، ن.؛ بيتكوف، إ.؛ نونزي، ج.-م. (يونيو 2000). "التغير اللوني الضوئي لثنائي ثيازونات الزئبق (II) في المحلول". مجلة الكيمياء الضوئية والبيولوجيا الضوئية أ: الكيمياء . 134 (3): 163-168 . Bibcode : 2000JPPA..134..163S . doi : 10.1016/s1010-6030(00)00267-7 .
  30. ↑ جامعة كاليفورنيا في ديفيس (2 أكتوبر 2013). "قانون المعدل" . ChemWiki . مؤرشف من الأصل في 12 نوفمبر 2014. تم الاسترجاع في 11 نوفمبر 2014 .
  31. ↑ ميكرينجين، إم. في.؛ ميشكوفسكي، آي. ك.؛ تاشكينوف، في. أ.؛ جوريف، في. آي.؛ سوخينيتس، أ. ف.؛ سميرنوف، دي. إس. (يونيو 2019). "مقياس حرارة متعدد الأطياف لقياس درجات الحرارة العالية داخل غرفة احتراق محركات التوربينات الغازية". القياس . 139 : 355-360 . Bibcode : 2019Meas..139..355M . doi : 10.1016/j.measurement.2019.02.084 . S2CID 116260472 .