مقياس الإشعاع

مقياس الإشعاع هو أداة تقيس القدرة الحرارية للإشعاع . تُستخدم مقاييس الإشعاع في علم الأرصاد الجوية لقياس الإشعاع الشمسي مثل مقياس الإشعاع الشمسي المباشر ، ومقياس الإشعاع الشمسي المباشر ، ومقياس الإشعاع الصافي .

المقياس الإشعاعي هو نظام كيميائي أو جهاز فيزيائي يحدد عدد الفوتونات في حزمة ضوئية، سواءً بشكل كامل أو لكل وحدة زمنية. يُستخدم هذا الاسم عادةً للأجهزة العاملة في نطاقي الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي. على سبيل المثال، يمكن استخدام محاليل أكسالات الحديد الثلاثي كمقياس إشعاعي كيميائي، بينما تُعد البولومترات والثرموبيلات والثنائيات الضوئية أجهزة فيزيائية تُعطي قراءة يمكن ربطها بعدد الفوتونات المُكتشفة.

اخترع الفيزيائي السويسري هوراس-بينيديكت دي سوسير نسخة مبكرة من هذا الجهاز في أواخر القرن الثامن عشر. استخدم تصميمه مقياس حرارة أسود اللون داخل كرة زجاجية لقياس الإشعاع الشمسي، والذي أطلق عليه اسم "مقياس الحرارة الشمسية". يُعتبر هذا الجهاز من أوائل الأدوات التي استخدمت لقياس شدة الإشعاع الشمسي بشكل منهجي.

طوّر جون هيرشل أجهزة قياس الإشعاع الشمسي في القرن التاسع عشر، بما في ذلك تصميم يعتمد على التفاعلات الكيميائية الضوئية لقياس شدة ضوء الشمس، وهو ما شكّل خطوةً هامةً إلى الأمام. اعتمد جهاز هيرشل لقياس الإشعاع الشمسي على مراقبة معدل التفاعل الكيميائي تحت ضوء الشمس، مما أتاح قياسًا أكثر دقةً للطاقة الشمسية. كان لإصدار هيرشل تأثيرٌ كبيرٌ وساهم في توحيد معايير قياس الطاقة الشمسية. وقد قدّم هيرشل مصطلح " مقياس الإشعاع الشمسي "، وهو أول استخدامٍ من بين استخداماتٍ عديدةٍ للبادئة "أكتين" للإشارة إلى الأدوات والتأثيرات والعمليات العلمية. ^{[ 1 ]}

جهاز قياس قوة الإضاءة هو جهاز ذو صلة لتقدير قوة الإضاءة المستخدمة في التصوير الفوتوغرافي.

تعتمد قياسات الإشعاع الكيميائي على قياس التدفق الإشعاعي من خلال ناتج التفاعل الكيميائي. تتطلب هذه العملية مادة كيميائية ذات مردود كمي معروف ونواتج تفاعل يسهل تحليلها.

تُعدّ قياسات الإشعاع النسبية (وتُسمى أحيانًا قياسات الإشعاع المقارنة) تقنية شائعة الاستخدام لتحديد مردود الكمّ لتكوين حالات الإثارة الثلاثية، وذلك بالمقارنة مع مركب مرجعي معروف. ^{[ 8 ]} يجب تحضير المركب المرجعي (على سبيل المثال [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ ) ^{[ 9 ]} والمركب المراد دراسته بشكل منفصل في خلايا قياس متطابقة، بحيث يكون لكل منهما نفس الامتصاص عند طول موجة الإثارة المُختار للتجربة. هذا يعني أنه عند الإثارة، سينتقل نفس عدد الجزيئات إلى حالة الإثارة، بافتراض تطابق الظروف التجريبية. يُشكّل المركب المرجعي ناتجًا ضوئيًا ذا مردود كمّ ومعامل امتصاص مولي مُحدّدين بدقة. يسمح هذا بحساب مردود الكمّ أو معامل الامتصاص المولي لناتج المركب المراد دراسته. على سبيل المثال، عند استخدام مطيافية الامتصاص العابر ، يُمكن حساب مردود الكمّ.${\displaystyle \Phi _{x}}$يتميز ناتج ضوئي لمركب معين بمعامل امتصاص مولي مختلف${\displaystyle \Delta \varepsilon _{x}(\lambda _{1})}$:

${\displaystyle \Phi _{x}=\Phi _{ref}\cdot {\frac {\Delta A_{x}(\lambda _{1})}{\Delta \varepsilon _{x}(\lambda _{1})}}\cdot {\frac {\Delta \varepsilon _{ref}(\lambda _{2})}{\Delta A_{ref}(\lambda _{2})}}\cdot {\frac {1-10^{-A_{ref}(\lambda _{ex})}}{1-10^{-A_{x}(\lambda _{ex})}}}}$

لاحظ أنه بشكل عام${\displaystyle \Delta \varepsilon }$يعني ذلك الفرق في معاملات الامتصاص المولية التي تساهم قبل وبعد الإثارة بحيث${\displaystyle \Delta \varepsilon =\varepsilon _{after}-\varepsilon _{before}}$.${\displaystyle \Delta A_{x}(\lambda _{1})}$و${\displaystyle \Delta A_{ref}(\lambda _{2})}$تمثل هذه القيم فرق الامتصاص الملاحظ للمركب محل الاهتمام والمركب المرجعي، على التوالي، للأطوال الموجية ذات الصلة. مردود الكم للتكوين${\displaystyle \Phi _{ref}}$بالإضافة إلى معامل الامتصاص المولي التفاضلي${\displaystyle \Delta \varepsilon _{ref}(\lambda _{2})}$يجب معرفة قيمة الامتصاص المرتبطة بالمركب المرجعي قبل إجراء التجربة. يُستخدم الحد الأخير في المعادلة لتصحيح الامتصاص في حال عدم تطابق قيم الامتصاص الثابتة للمحاليل المُحضّرة تمامًا، ولكن يجب ألا تبتعد هذه القيمة كثيرًا عن الواحد. ينبغي أن تكون طاقة الإثارة منخفضة بما يكفي لتجنب التأثيرات غير الخطية، مثل امتصاص الفوتونات المتعددة. تتيح هذه التقنية توصيف بعض النواتج الضوئية دون الحاجة إلى حساب عدد الفوتونات الممتصة بشكل صريح، وذلك بفضل حقيقة أن عيوب القياس تُساهم بنفس الطريقة في كل من المركب المدروس والمركب المرجعي، مما يُعوضها بشكل فعال.

• جهاز قياس الإشعاع