التحليل الطيفي
تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . ( أبريل 2016 ) |

علم الطيف هو مجال الدراسة الذي يقيس ويفسر الطيف الكهرومغناطيسي . [1] [2] في سياقات أضيق، علم الطيف هو الدراسة الدقيقة للون كما هو معمم من الضوء المرئي إلى جميع نطاقات الطيف الكهرومغناطيسي.
يعد علم التحليل الطيفي، في المقام الأول في الطيف الكهرومغناطيسي، أداة استكشاف أساسية في مجالات علم الفلك والكيمياء وعلوم المواد والفيزياء ، حيث يسمح بدراسة التركيب والبنية الفيزيائية والبنية الإلكترونية للمادة على المستوى الذري والجزيئي والكلي، وعلى مسافات فلكية .
تاريخيًا، نشأ علم التحليل الطيفي كدراسة لاعتماد طول الموجة على امتصاص مادة الطور الغازي للضوء المرئي المشتت بواسطة منشور . تشمل التطبيقات الحالية للتحليل الطيفي التحليل الطيفي الطبي الحيوي في مجالات تحليل الأنسجة والتصوير الطبي . يمكن أيضًا اعتبار موجات المادة والموجات الصوتية أشكالًا من أشكال الطاقة الإشعاعية، ومؤخرًا تم ربط الموجات الثقالية بتوقيع طيفي في سياق مرصد الموجات الثقالية بالتداخل بالليزر (LIGO). [3]
مقدمة
علم الطيف هو فرع من العلوم يهتم بأطياف الإشعاع الكهرومغناطيسي كدالة لطوله الموجي أو تردده المقاس بواسطة معدات طيفية وتقنيات أخرى، من أجل الحصول على معلومات تتعلق ببنية وخصائص المادة. [4] يشار إلى أجهزة قياس الطيف بأجهزة قياس الطيف أو أجهزة قياس الطيف الضوئي أو أجهزة قياس الطيف أو أجهزة تحليل الطيف . تبدأ معظم التحليلات الطيفية في المختبر بعينة ليتم تحليلها، ثم يتم اختيار مصدر ضوء من أي نطاق مرغوب من طيف الضوء، ثم يمر الضوء عبر العينة إلى مجموعة تشتت (أداة الشبكة الحيودية) ويتم التقاطه بواسطة الصمام الثنائي الضوئي . لأغراض فلكية، يجب أن يكون التلسكوب مزودًا بجهاز تشتت الضوء. هناك إصدارات مختلفة من هذا الإعداد الأساسي التي يمكن استخدامها.
بدأ علم الطيف عندما قام إسحاق نيوتن بتقسيم الضوء باستخدام منشور؛ وكانت هذه لحظة رئيسية في تطوير علم البصريات الحديث . [5] لذلك، كان في الأصل دراسة الضوء المرئي الذي نسميه اللون ، والذي أصبح لاحقًا تحت دراسات جيمس كليرك ماكسويل يشمل الطيف الكهرومغناطيسي بالكامل . [6] وعلى الرغم من أن اللون متضمن في علم الطيف، إلا أنه لا يُعادل لون العناصر أو الأشياء التي تنطوي على امتصاص وانعكاس موجات كهرومغناطيسية معينة لإعطاء الأشياء إحساسًا باللون لأعيننا. بل يتضمن علم الطيف تقسيم الضوء بواسطة منشور أو شبكة حيود أو أداة مماثلة، لإعطاء نمط خطي منفصل معين يسمى "الطيف" فريد لكل نوع مختلف من العناصر. يتم وضع معظم العناصر أولاً في الطور الغازي للسماح بفحص الأطياف على الرغم من أنه يمكن اليوم استخدام طرق أخرى في مراحل مختلفة. كل عنصر يتم حيوده بواسطة أداة تشبه المنشور يعرض إما طيف امتصاص أو طيف انبعاث اعتمادًا على ما إذا كان العنصر يتم تبريده أو تسخينه. [7]
حتى وقت قريب، كانت جميع أنواع التحليل الطيفي تتضمن دراسة الأطياف الخطية وما زالت معظم أنواع التحليل الطيفي تفعل ذلك. [8] التحليل الطيفي الاهتزازي هو فرع من فروع التحليل الطيفي الذي يدرس الأطياف. [9] ومع ذلك، فإن أحدث التطورات في التحليل الطيفي يمكن أن تستغني أحيانًا عن تقنية التشتت. في التحليل الطيفي الكيميائي الحيوي، يمكن جمع المعلومات حول الأنسجة البيولوجية من خلال تقنيات الامتصاص وتشتت الضوء. يعد التحليل الطيفي لتشتت الضوء نوعًا من التحليل الطيفي الانعكاسي الذي يحدد هياكل الأنسجة من خلال فحص التشتت المرن. [10] في مثل هذه الحالة، يكون النسيج هو الذي يعمل كآلية حيود أو تشتت.
كانت الدراسات الطيفية أساسية لتطوير ميكانيكا الكم ، لأن النماذج الذرية المفيدة الأولى وصفت أطياف الهيدروجين، والتي تشمل نموذج بور ، ومعادلة شرودنجر ، وميكانيكا المصفوفة ، والتي يمكن أن تنتج جميعها خطوط الطيف للهيدروجين ، وبالتالي توفر الأساس للقفزات الكمية المنفصلة لتتناسب مع طيف الهيدروجين المنفصل. كما أن تفسير ماكس بلانك لإشعاع الجسم الأسود ينطوي على التحليل الطيفي لأنه كان يقارن الطول الموجي للضوء باستخدام مقياس ضوئي بدرجة حرارة الجسم الأسود . [11] يستخدم التحليل الطيفي في الكيمياء الفيزيائية والتحليلية لأن الذرات والجزيئات لها أطياف فريدة. ونتيجة لذلك، يمكن استخدام هذه الأطياف للكشف عن المعلومات حول الذرات والجزيئات وتحديدها وقياسها. يستخدم التحليل الطيفي أيضًا في علم الفلك والاستشعار عن بعد على الأرض. تحتوي معظم التلسكوبات البحثية على مطياف. تُستخدم الأطياف المقاسة لتحديد التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية للأجسام الفلكية (مثل درجة حرارتها وكثافة العناصر في النجم والسرعة والثقوب السوداء والمزيد). [12] أحد الاستخدامات المهمة للتحليل الطيفي هو في الكيمياء الحيوية. يمكن تحليل العينات الجزيئية لتحديد الأنواع ومحتوى الطاقة. [13]
نظرية
إن الفرضية الأساسية للتحليل الطيفي هي أن الضوء يتكون من أطوال موجية مختلفة وأن كل طول موجي يتوافق مع تردد مختلف. وتتركز أهمية التحليل الطيفي حول حقيقة أن كل عنصر في الجدول الدوري له طيف ضوئي فريد من نوعه يتم وصفه بترددات الضوء التي ينبعث منها أو يمتصها والتي تظهر باستمرار في نفس الجزء من الطيف الكهرومغناطيسي عندما ينحرف هذا الضوء. وقد فتح هذا مجالًا كاملاً للدراسة مع أي شيء يحتوي على ذرات. يعد التحليل الطيفي مفتاحًا لفهم الخصائص الذرية لجميع المواد. وعلى هذا النحو، فتح التحليل الطيفي العديد من المجالات الفرعية الجديدة للعلوم التي لم يتم اكتشافها بعد. مكنت فكرة أن كل عنصر ذري له توقيعه الطيفي الفريد من استخدام التحليل الطيفي في عدد كبير من المجالات، ولكل منها هدف محدد يتم تحقيقه من خلال إجراءات التحليل الطيفي المختلفة. يحتفظ المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا بقاعدة بيانات عامة للأطياف الذرية يتم تحديثها باستمرار بقياسات دقيقة. [14]
إن توسيع مجال التحليل الطيفي يرجع إلى حقيقة مفادها أنه يمكن استخدام أي جزء من الطيف الكهرومغناطيسي لتحليل عينة من الأشعة تحت الحمراء إلى الأشعة فوق البنفسجية لإخبار العلماء بخصائص مختلفة عن نفس العينة. على سبيل المثال، في التحليل الكيميائي، تشمل أكثر أنواع التحليل الطيفي شيوعًا التحليل الطيفي الذري، والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء، والتحليل الطيفي فوق البنفسجي والمرئي، والتحليل الطيفي رامان والرنين المغناطيسي النووي . [15] في الرنين المغناطيسي النووي (NMR)، فإن النظرية وراءه هي أن التردد مماثل للرنين وتردد الرنين المقابل له. تم وصف الرنينات بالتردد لأول مرة في الأنظمة الميكانيكية مثل البندولات ، والتي لها تردد حركة لاحظه جاليليو . [16]
تصنيف الأساليب

يُعد علم التحليل الطيفي مجالًا واسعًا بما يكفي بحيث يوجد العديد من التخصصات الفرعية، ولكل منها تطبيقات عديدة لتقنيات التحليل الطيفي المحددة. ويمكن تصنيف التطبيقات والتقنيات المختلفة بعدة طرق.
نوع الطاقة الاشعاعية
تتميز أنواع التحليل الطيفي بنوع الطاقة الإشعاعية المشاركة في التفاعل. وفي العديد من التطبيقات، يتم تحديد الطيف عن طريق قياس التغيرات في شدة أو تردد هذه الطاقة. وتشمل أنواع الطاقة الإشعاعية المدروسة ما يلي:
- كان الإشعاع الكهرومغناطيسي أول مصدر للطاقة يستخدم في الدراسات الطيفية. يتم تصنيف التقنيات التي تستخدم الإشعاع الكهرومغناطيسي عادةً حسب منطقة الطول الموجي للطيف وتشمل الموجات الدقيقة والتيراهيرتز والأشعة تحت الحمراء والأشعة تحت الحمراء القريبة والأشعة فوق البنفسجية المرئية والأشعة السينية وأشعة جاما .
- يمكن للجسيمات، بسبب موجات دي برولي الخاصة بها ، أن تكون أيضًا مصدرًا للطاقة الإشعاعية. تُستخدم عادةً كل من مطيافية الإلكترون والنيوترون . بالنسبة للجسيم، تحدد طاقته الحركية طول موجته.
- يتضمن التحليل الطيفي الصوتي موجات الضغط المشعة.
- يمكن استخدام التحليل الميكانيكي الديناميكي لنقل الطاقة الإشعاعية، المشابهة للموجات الصوتية، إلى المواد الصلبة.
طبيعة التفاعل
يمكن أيضًا التمييز بين أنواع التحليل الطيفي من خلال طبيعة التفاعل بين الطاقة والمادة. وتشمل هذه التفاعلات: [2]
- مطيافية الامتصاص : يحدث الامتصاص عندما تمتص المادة الطاقة من المصدر الإشعاعي. غالبًا ما يتم تحديد الامتصاص عن طريق قياس جزء الطاقة المنقولة عبر المادة، حيث يؤدي الامتصاص إلى تقليل الجزء المنقول.
- مطيافية الانبعاث : يشير الانبعاث إلى إطلاق الطاقة الإشعاعية من المادة. طيف الجسم الأسود للمادة هو طيف انبعاث تلقائي يتم تحديده من خلال درجة حرارتها. يمكن قياس هذه الخاصية بالأشعة تحت الحمراء بواسطة أدوات مثل مقياس التداخل الإشعاعي المنبعث من الغلاف الجوي. [18] يمكن أيضًا إحداث الانبعاث بواسطة مصادر أخرى للطاقة مثل اللهب أو الشرر أو الأقواس الكهربائية أو الإشعاع الكهرومغناطيسي في حالة الفلورسنت .
- تحدد طيف التشتت المرن والانعكاس كيفية انعكاس الإشعاع الساقط أو تشتته بواسطة مادة ما. يستخدم علم البلورات تشتت الإشعاع عالي الطاقة، مثل الأشعة السينية والإلكترونات، لفحص ترتيب الذرات في البروتينات والبلورات الصلبة.
- مطيافية المعاوقة : المعاوقة هي قدرة الوسط على إعاقة أو إبطاء نفاذية الطاقة. بالنسبة للتطبيقات البصرية ، يتم تحديد ذلك من خلال معامل الانكسار .
- تتضمن ظواهر التشتت غير المرنة تبادل الطاقة بين الإشعاع والمادة مما يؤدي إلى تغيير الطول الموجي للإشعاع المشتت. وتشمل هذه الظواهر تشتت رامان وكومبتون .
- تعد التحليل الطيفي المتماسك أو الرنيني من التقنيات التي تربط فيها الطاقة الإشعاعية حالتين كميتين للمادة في تفاعل متماسك يتم دعمه بواسطة المجال الإشعاعي. يمكن تعطيل التماسك من خلال تفاعلات أخرى، مثل تصادم الجسيمات ونقل الطاقة، وبالتالي يتطلب غالبًا إشعاعًا عالي الكثافة للحفاظ عليه. يعد التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) طريقة رنين مستخدمة على نطاق واسع، كما يمكن إجراء التحليل الطيفي بالليزر فائق السرعة في المناطق الطيفية تحت الحمراء والمرئية.
- تعد التحليل الطيفي النووي من الطرق التي تستخدم خصائص النوى المحددة لاستكشاف البنية المحلية في المادة، وخاصة المادة المكثفة ، والجزيئات في السوائل أو السوائل المجمدة والجزيئات الحيوية.
- تعد مطيافية المنطق الكمومي تقنية عامة تستخدم في مصائد الأيونات والتي تمكن من إجراء مطيافية دقيقة للأيونات ذات الهياكل الداخلية التي تمنع التبريد بالليزر والتلاعب بالحالة والكشف. تمكن عمليات المنطق الكمومي أيونًا يمكن التحكم فيه من تبادل المعلومات مع أيون محاصر مشترك له بنية إلكترونية معقدة أو غير معروفة.
نوع المادة
تم تصميم الدراسات الطيفية بحيث تتفاعل الطاقة الإشعاعية مع أنواع محددة من المادة.
الذرات

كان التحليل الطيفي الذري هو أول تطبيق للتحليل الطيفي. يتضمن التحليل الطيفي للامتصاص الذري والتحليل الطيفي للانبعاث الذري الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية. غالبًا ما يُشار إلى هذه الامتصاصات والانبعاثات باسم الخطوط الطيفية الذرية، وهي ترجع إلى التحولات الإلكترونية لإلكترونات الغلاف الخارجي أثناء صعودها وهبوطها من مدار إلكتروني إلى آخر. تحتوي الذرات أيضًا على أطياف أشعة سينية مميزة يمكن إرجاعها إلى إثارة إلكترونات الغلاف الداخلي إلى حالات مثارة.
تمتلك ذرات العناصر المختلفة أطيافًا مميزة، وبالتالي يسمح التحليل الطيفي الذري بتحديد وقياس التركيب العنصري للعينة. بعد اختراع المطياف، اكتشف روبرت بنسن وجوستاف كيرشوف عناصر جديدة من خلال ملاحظة أطياف انبعاثها. تُلاحظ خطوط الامتصاص الذري في الطيف الشمسي ويشار إليها بخطوط فراونهوفر نسبةً إلى مكتشفها. كان التفسير الشامل لطيف الهيدروجين نجاحًا مبكرًا لميكانيكا الكم وشرح تحول لامب الملحوظ في طيف الهيدروجين، مما أدى إلى تطوير الديناميكا الكهربائية الكمومية .
تتضمن التطبيقات الحديثة للطيف الذري لدراسة انتقالات الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية : مطيافية انبعاث اللهب ، مطيافية انبعاث الذرات البلازمية المقترنة بالحث ، مطيافية التفريغ المتوهج ، مطيافية البلازما المستحثة بالميكروويف ، مطيافية انبعاث الشرارة أو القوس. تتضمن تقنيات دراسة أطياف الأشعة السينية مطيافية الأشعة السينية وفلورسنت الأشعة السينية .
الجزيئات
يؤدي اندماج الذرات في جزيئات إلى إنشاء أنواع فريدة من الحالات النشطة وبالتالي أطياف فريدة للتحولات بين هذه الحالات. يمكن الحصول على الأطياف الجزيئية بسبب حالات دوران الإلكترون ( الرنين المغناطيسي للإلكترون )، والدوران الجزيئي ، والاهتزاز الجزيئي ، والحالات الإلكترونية. الدورات هي حركات جماعية للنوى الذرية وتؤدي عادةً إلى أطياف في مناطق طيف الموجات الدقيقة والمليمترية. مطيافية الدوران ومطيافية الموجات الدقيقة مترادفتان. الاهتزازات هي حركات نسبية للنوى الذرية ويتم دراستها بواسطة كل من مطيافية الأشعة تحت الحمراء ورامان . تتم دراسة الإثارات الإلكترونية باستخدام مطيافية الأشعة المرئية والأشعة فوق البنفسجية بالإضافة إلى مطيافية الفلورسنت . [2] [19] [20] [21] [22]
أدت الدراسات في مجال التحليل الطيفي الجزيئي إلى تطوير أول جهاز مايزر وساهمت في تطوير الليزر لاحقًا .
البلورات والمواد الممتدة
يؤدي اندماج الذرات أو الجزيئات في بلورات أو أشكال ممتدة أخرى إلى إنشاء حالات طاقة إضافية. هذه الحالات عديدة وبالتالي لها كثافة عالية من الحالات. غالبًا ما تجعل هذه الكثافة العالية الأطياف أضعف وأقل تميزًا، أي أوسع. على سبيل المثال، ترجع إشعاعات الجسم الأسود إلى الحركات الحرارية للذرات والجزيئات داخل المادة. ترجع الاستجابات الصوتية والميكانيكية أيضًا إلى الحركات الجماعية. ومع ذلك، يمكن أن يكون للبلورات النقية انتقالات طيفية مميزة، كما أن ترتيب البلورات له تأثير على الأطياف الجزيئية المرصودة. كما يعمل الهيكل الشبكي المنتظم للبلورات على تشتيت الأشعة السينية أو الإلكترونات أو النيوترونات مما يسمح بالدراسات البلورية.
النوى
تمتلك النوى أيضًا حالات طاقة مميزة منفصلة على نطاق واسع وتؤدي إلى أطياف أشعة جاما . يمكن فصل حالات الدوران النووي المميزة عن طاقتها بواسطة مجال مغناطيسي، وهذا يسمح باستخدام مطيافية الرنين المغناطيسي النووي .
أنواع أخرى
هذا القسم بصيغة قائمة ولكن قد يكون من الأفضل قراءته كنص نثري . ( أبريل 2016 ) |
تتميز الأنواع الأخرى من التحليل الطيفي بتطبيقاتها أو تنفيذاتها المحددة:
- يعتمد مطيافية الرنين الصوتي على الموجات الصوتية في المقام الأول في المناطق المسموعة والموجات فوق الصوتية .
- تعد مطيافية أوجيه الإلكترونية طريقة تستخدم لدراسة أسطح المواد على نطاق مجهري. وغالبًا ما تستخدم بالتزامن مع المجهر الإلكتروني.
- مطيافية رنين التجويف
- مطيافية ثنائية اللون الدائرية
- تعد تقنية مطيافية رامان المتماسكة المضادة لستوكس تقنية حديثة تتمتع بحساسية عالية وتطبيقات قوية في مجال مطيافية التصوير الحيوي . [23]
- مطيافية الفلورسنت الذري بالبخار البارد
- يشمل التحليل الطيفي الارتباطي عدة أنواع من التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي ثنائي الأبعاد.
- يقوم التحليل الطيفي العابر على مستوى عميق بقياس التركيز وتحليل معلمات العيوب النشطة كهربائيًا في المواد شبه الموصلة .
- التحليل الطيفي العازل
- تقيس تقنية التداخل ثنائي الاستقطاب المكونات الحقيقية والتخيلية لمؤشر الانكسار المعقد.
- تحليل طيف فقدان طاقة الإلكترون في المجهر الإلكتروني النافذ.
- يقوم مطيافية الظواهر الإلكترونية بقياس الخصائص والخصائص الفيزيائية والكيميائية للبنية الإلكترونية للأنظمة الجزيئية المعقدة ومتعددة المكونات.
- مطيافية الرنين المغناطيسي للإلكترون
- مطيافية القوة
- تعد مطيافية تحويل فورييه طريقة فعالة لمعالجة بيانات الأطياف التي تم الحصول عليها باستخدام مقاييس التداخل. تعد مطيافية تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء تطبيقًا شائعًا لمطيافية الأشعة تحت الحمراء. يستخدم الرنين المغناطيسي النووي أيضًا تحويلات فورييه .
- مطيافية جاما
- تدرس مطيافية الهدرونات طيف الطاقة/الكتلة للهدرونات وفقًا للدوران والتكافؤ وخصائص الجسيمات الأخرى. مطيافية الباريون ومطيافية الميزون هما نوعان من مطيافية الهدرونات.
- التصوير متعدد الأطياف والتصوير الطيفي الفائق هو طريقة لإنشاء صورة كاملة للبيئة أو للأشياء المختلفة، حيث يحتوي كل بكسل على طيف كامل مرئي أو مرئي بالقرب من الأشعة تحت الحمراء أو بالقرب من الأشعة تحت الحمراء أو الأشعة تحت الحمراء.
- يستخدم مطيافية النفق الإلكتروني غير المرن التغيرات في التيار بسبب تفاعل الإلكترون والاهتزاز غير المرن عند طاقات محددة يمكنها أيضًا قياس التحولات المحظورة بصريًا.
- تشتت النيوترونات غير المرن يشبه مطيافية رامان، لكنه يستخدم النيوترونات بدلاً من الفوتونات.
- مطيافية الانهيار المستحث بالليزر ، وتسمى أيضًا مطيافية البلازما المستحثة بالليزر
- يستخدم التحليل الطيفي بالليزر الليزر القابل للضبط [24] وأنواع أخرى من مصادر الانبعاث المتماسكة، مثل المذبذبات البارامترية البصرية، [25] للإثارة الانتقائية للأنواع الذرية أو الجزيئية.
- يعد التحليل الطيفي لتشتت الضوء (LSS) تقنية طيفية تستخدم عادة لتقييم التغيرات المورفولوجية في الخلايا الظهارية من أجل دراسة الأنسجة المخاطية واكتشاف السرطان المبكر وما قبل السرطان . [10] [26]
- مطيافية الكتلة هو مصطلح تاريخي يستخدم للإشارة إلى مطيافية الكتلة . التوصية الحالية هي استخدام المصطلح الأخير. [27] نشأ مصطلح "مطيافية الكتلة" في استخدام شاشات الفوسفور للكشف عن الأيونات.
- يستكشف مطياف موسباور خصائص النوى النظيرية المحددة في بيئات ذرية مختلفة من خلال تحليل الامتصاص الرنيني لأشعة جاما . انظر أيضًا تأثير موسباور .
- الحوسبة البصرية متعددة المتغيرات هي تقنية استشعار مضغوطة بصرية بالكامل ، تُستخدم عمومًا في البيئات القاسية، والتي تحسب المعلومات الكيميائية مباشرة من طيف كمخرجات تناظرية.
- يقوم مطياف صدى الدوران النيوتروني بقياس الديناميكيات الداخلية في البروتينات وأنظمة المادة اللينة الأخرى .
- الرنين النووي الرباعي هو طريقة طيفية كيميائية يتم التوسط فيها بواسطة الرنين المغناطيسي النووي لتدرج المجال الكهربائي (EFG) في غياب المجال المغناطيسي
- تستخدم تقنية الارتباط الزاوي المضطرب (PAC) النوى المشعة كمسبار لدراسة المجالات الكهربائية والمغناطيسية ( التفاعلات فائقة الدقة ) في البلورات ( المادة المكثفة ) والجزيئات الحيوية.
- يقوم التحليل الطيفي الضوئي الصوتي بقياس الموجات الصوتية الناتجة عند امتصاص الإشعاع.
- مطيافية الانبعاث الضوئي
- يقوم التحليل الطيفي الضوئي الحراري بقياس الحرارة المتصاعدة عند امتصاص الإشعاع.
- يمكن أن تستخدم تقنية مطيافية المضخة والمسبار نبضات ليزر فائقة السرعة لقياس وسيطات التفاعل في مقياس زمني بالفيمتوثانية.
- يستغل مطياف النشاط البصري رامان التشتت رامان وتأثيرات النشاط البصري للكشف عن معلومات مفصلة عن المراكز الكيرالية في الجزيئات.
- مطيافية رامان
- التحليل الطيفي المشبع
- مطيافية المسح النفقي
- قياس الطيف الضوئي
- يتتبع مطياف الضوضاء الدورانية التقلبات التلقائية للدوران الإلكتروني والنووي. [28]
- يقيس التحليل الطيفي المحدد بالوقت معدلات اضمحلال الحالات المثارة باستخدام طرق طيفية مختلفة.
- مطيافية التمدد الزمني [29] [30]
- يقيس مطياف الأشعة تحت الحمراء الحراري الإشعاع الحراري المنبعث من المواد والأسطح ويُستخدم لتحديد نوع الروابط الموجودة في العينة بالإضافة إلى بيئة شبكتها. تُستخدم هذه التقنيات على نطاق واسع من قبل الكيميائيين العضويين وعلماء المعادن وعلماء الكواكب .
- يقيس التحليل الطيفي الشبكي العابر انتشار الجسيمات شبه الذرية. ويمكنه تتبع التغيرات في المواد المعدنية أثناء تعرضها للإشعاع.
- مطيافية الأشعة فوق البنفسجية للفوتون الإلكتروني
- التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية
- مطيافية ثنائية اللون الدائرية الاهتزازية
- مطيافية الفيديو
- مطيافية الأشعة السينية للفوتون الإلكتروني
التطبيقات

هناك العديد من التطبيقات لعلم التحليل الطيفي في مجالات الطب والفيزياء والكيمياء والفلك. ومن خلال الاستفادة من خصائص الامتصاص والانبعاث في علم الفلك، يمكن استخدام علم التحليل الطيفي لتحديد حالات معينة من الطبيعة. وقد أدى استخدام علم التحليل الطيفي في العديد من المجالات المختلفة وفي العديد من التطبيقات المختلفة إلى ظهور مجالات علمية فرعية متخصصة. ومن الأمثلة على ذلك:
- تحديد البنية الذرية للعينة [32]
- دراسة خطوط الانبعاث الطيفي للشمس والمجرات البعيدة [33]
- استكشاف الفضاء
- مراقبة معالجة المواد المركبة باستخدام الألياف البصرية .
- تقدير أوقات تعرض الخشب المتآكل باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء القريبة. [34]
- قياس المركبات المختلفة في عينات الأغذية بواسطة مطيافية الامتصاص في الطيف المرئي والأشعة تحت الحمراء.
- قياس المركبات السامة في عينات الدم
- التحليل العنصري غير المدمر باستخدام الأشعة السينية الفلورية .
- البحث في البنية الإلكترونية باستخدام أجهزة مطيافية مختلفة.
- الانزياح الأحمر لتحديد سرعة وسرعة جسم بعيد
- تحديد البنية الأيضية للعضلة
- مراقبة محتوى الأكسجين المذاب في النظم البيئية للمياه العذبة والبحرية
- تعديل بنية الأدوية لتحسين فعاليتها
- توصيف البروتينات
- تحليل الغازات التنفسية في المستشفيات [7]
- العثور على الخصائص الفيزيائية لنجم بعيد أو كوكب خارجي قريب باستخدام تأثير دوبلر النسبي . [35]
- تحديد جنس البيضة : يسمح التحليل الطيفي بتحديد جنس البيضة أثناء فقسها. وقد قررت كل من الدولتين حظر إعدام الكتاكيت ، والذي يتم في الغالب من خلال جهاز التقطيع، في عام 2022، بعد تطويره من قبل شركات فرنسية وألمانية. [36]
- مراقبة العمليات في التحكم في العمليات الصناعية [37]
تاريخ
بدأ تاريخ علم التحليل الطيفي بتجارب إسحاق نيوتن في البصريات (1666-1672). ووفقًا لأندرو فراكنوي وديفيد موريسون ، "في عام 1672، في أول ورقة قدمها إلى الجمعية الملكية ، وصف إسحاق نيوتن تجربة سمح فيها لأشعة الشمس بالمرور عبر ثقب صغير ثم عبر منشور. ووجد نيوتن أن ضوء الشمس، الذي يبدو أبيضًا لنا، يتكون في الواقع من مزيج من جميع ألوان قوس قزح". [38] طبق نيوتن كلمة "الطيف" لوصف قوس قزح الألوان التي تتحد لتكوين الضوء الأبيض والتي يتم الكشف عنها عندما يمر الضوء الأبيض عبر منشور.
يذكر فراكنوي وموريسون أنه "في عام 1802، بنى ويليام هايد وولاستون مطيافًا محسنًا يتضمن عدسة لتركيز طيف الشمس على شاشة. وعند الاستخدام، أدرك وولاستون أن الألوان لم تكن منتشرة بشكل موحد، بل كانت بها بقع مفقودة من الألوان، والتي ظهرت كأشرطة داكنة في الطيف". [38] خلال أوائل القرن التاسع عشر، حقق جوزيف فون فراونهوفر تقدمًا تجريبيًا باستخدام مطياف التشتت الذي مكّن علم الطيف من أن يصبح تقنية علمية أكثر دقة وكمية. ومنذ ذلك الحين، لعب علم الطيف ولا يزال يلعب دورًا مهمًا في الكيمياء والفيزياء وعلم الفلك. وفقًا لفراكنوي وموريسون، "لاحقًا، في عام 1815، فحص الفيزيائي الألماني جوزيف فراونهوفر أيضًا طيف الشمس، ووجد حوالي 600 خط داكن (ألوان مفقودة)، تُعرف الآن باسم خطوط فراونهوفر، أو خطوط الامتصاص". [38] [ مصدر أفضل مطلوب ]
في الأنظمة الميكانيكية الكمومية، الرنين التناظري هو اقتران حالتين ميكانيكيتين كموميتين ثابتتين لنظام واحد، مثل الذرة ، عبر مصدر متذبذب للطاقة مثل الفوتون . يكون اقتران الحالتين أقوى عندما تتطابق طاقة المصدر مع فرق الطاقة بين الحالتين. ترتبط طاقة الفوتون E بتردده ν بواسطة E = hν حيث h هو ثابت بلانك ، وبالتالي فإن طيف استجابة النظام مقابل تردد الفوتون سيبلغ ذروته عند تردد الرنين أو الطاقة. تتمتع الجسيمات مثل الإلكترونات والنيوترونات بعلاقة قابلة للمقارنة، علاقات دي بروجلي ، بين طاقتها الحركية وطول موجتها وترددها وبالتالي يمكنها أيضًا إثارة التفاعلات الرنانة.
غالبًا ما تتكون أطياف الذرات والجزيئات من سلسلة من الخطوط الطيفية، يمثل كل منها رنينًا بين حالتين كميتين مختلفتين. كان تفسير هذه السلاسل والأنماط الطيفية المرتبطة بها أحد الألغاز التجريبية التي دفعت إلى تطوير وقبول ميكانيكا الكم. تم تفسير سلسلة أطياف الهيدروجين على وجه الخصوص بنجاح لأول مرة من خلال نموذج رذرفورد-بور الكمومي لذرة الهيدروجين . في بعض الحالات تكون الخطوط الطيفية منفصلة ويمكن تمييزها جيدًا، ولكن يمكن أن تتداخل الخطوط الطيفية أيضًا وتبدو وكأنها انتقال واحد إذا كانت كثافة حالات الطاقة عالية بما يكفي. تشمل السلاسل المسماة من الخطوط السلسلة الرئيسية والحادة والمنتشرة والأساسية .
انظر أيضا
- التحليل الطيفي التطبيقي
- علم الأطياف الفلكي
- التحليل الطيفي الذري
- التحليل الطيفي الطبي الحيوي
- كورونيوم
- فرانسيس لووتر
- التحليل الطيفي لأقل المربعات
- قائمة علماء التحليل الطيفي
- التماثل اللوني
- مطيافية التشغيل
- نظرية التشتت
- نسب الخطوط الطيفية
- توزيع الطاقة الطيفية
- نظرية الطيف
- التدوين الطيفي
- التلوث الأرضي
- مجموعة طورية مصورة افتراضيا
ملحوظات
- ^ داكيت، سيمون؛ جيلبرت، بروس (2000). أساسيات التحليل الطيفي . منشورات أكسفورد العلمية. رقم ISBN 978-0198503354.
- ^ abc Crouch, Stanley R.; Skoog, Douglas A.; Holler, FJ (2007). Principles of instrumental analysis. Australia: Thomson Brooks/Cole. ISBN 9780495012016.
- ^ بارتوسياك، مارسيا (2017-06-27)، "سمفونية أينشتاين غير المكتملة: قصة مقامرة وثقبين أسودين وعصر جديد من علم الفلك"، سمفونية أينشتاين غير المكتملة ، مطبعة جامعة ييل، doi :10.12987/9780300228120، ISBN 9780300228120، OCLC 1039140043، S2CID 246149887 ، تم الاسترجاع في 2023-05-22كتب جوجل
- ^ قاموس أوكسفورد الأمريكي. أبناء جي بي بوتنام. 2002. ISBN 9780399144158. OCLC 48965005.
- ^ "إسحاق نيوتن ومشكلة اللون"، ستيفن أ. إدواردز، الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم.
- ^ "1861: أعظم عام لجيمس كليرك ماكسويل". كينجز كوليدج لندن. 18 أبريل 2011. مؤرشف من الأصل في 22 يونيو 2013. تم الاسترجاع 28 مارس 2013 .
- ^ من قبل PASCO، "ما هو التحليل الطيفي؟"
- ^ Sutton, MA "السير جون هيرشل وتطور علم التحليل الطيفي في بريطانيا". المجلة البريطانية لتاريخ العلوم، المجلد 7، العدد 1، [دار نشر جامعة كامبريدج، الجمعية البريطانية لتاريخ العلوم]، 1974، ص 42-60.
- ^ لازيتش، ديجان. "مقدمة إلى المجهر/التحليل الطيفي رامان". تطبيق الأساليب الجزيئية والمجهر/التحليل الطيفي رامان في العلوم الزراعية وتكنولوجيا الأغذية، تحرير ديجان لازيتش وآخرون، مطبعة يوبيكويتي، 2019، ص 143-150، http://www.jstor.org/stable/j.ctvmd85qp.12.
- ^ ab Perelman, LT; Backman, V.; Wallace, M.; Zonios, G.; Manoharan, R.; Nusrat, A.; Shields, S.; Seiler, M.; Lima, C.; Hamano, T.; Itzkan, I.; Van Dam, J.; Crawford, JM; Feld, MS (1998-01-19). "ملاحظة البنية الدقيقة الدورية في الانعكاس من الأنسجة البيولوجية: تقنية جديدة لقياس توزيع الحجم النووي". رسائل المراجعة الفيزيائية . 80 (3): 627-630. رمز Bibcode : 1998PhRvL..80..627P. doi : 10.1103/PhysRevLett.80.627.
- ^ كومار، مانجيت. الكم: أينشتاين، وبور، والنقاش الكبير حول طبيعة الواقع / مانجيت كومار. - الطبعة الأمريكية الأولى، 2008. الفصل الأول.
- ^ "الأطياف وما يمكن أن تخبرنا به". تخيل الكون! . مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا. أغسطس 2013.
- ^ نونيل، سانتي؛ فيابياني، كريستيانو. "التحليل الطيفي الأساسي". العلوم الضوئية الحيوية على الإنترنت .
- ^ "قاعدة بيانات الأطياف الذرية"، المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا.
- ^ Saul, Louise. (6 أبريل 2020). "أنواع مختلفة من التحليل الطيفي للتحليل الكيميائي". AZoOptics. تم الاسترجاع في 10 نوفمبر 2021.
- ^ إسحاق أسيموف، فهم الفيزياء، المجلد 1، ص 108.
- ^ "طعم الإسبرسو" . تم الاسترجاع في 15 سبتمبر 2015 .
- ^ Mariani, Z.; Strong, K.; Wolff, M.; Rowe, P.; Walden, V.; Fogal, PF; Duck, T.; Lesins, G.; Turner, DS; Cox, C.; Eloranta, E.; Drummond, JR; Roy, C.; Turner, DD; Hudak, D.; Lindenmaier, IA (2012). "قياسات الأشعة تحت الحمراء في القطب الشمالي باستخدام مقياسين للتداخل الإشعاعي المنبعث في الغلاف الجوي". تقنيات القياس الجوي . 5 (2): 329-344. رمز Bibcode : 2012AMT.....5..329M. doi : 10.5194/amt-5-329-2012 .
- ^ Kroto, HW (1975). Molecular Rotation Spectra. Wiley. ISBN 9780471508533. OCLC 793428.
- ^ Philip R. Bunker and Per Jensen (1998), Molecular Symmetry and Spectroscopy , 2nd ed. NRC Research Press, Ottawa [1] ISBN 9780660196282
- ^ بابوشك، دوشان؛ علييف، ماميد راجيموفيتش (1982). الأطياف الاهتزازية الدورانية الجزيئية: نظرية وتطبيقات التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء والميكروويف ورامان عالي الدقة للجزيئات متعددة الذرات. أمستردام: شركة إلسيفير للنشر العلمي. رقم ISBN 9780444997371. OCLC 7278301.
- ^ ويلسون، إدغار ب.؛ ديسيوس، جون سي.؛ كروس، بول سي. (1980-03-01). الاهتزازات الجزيئية: نظرية الأطياف الاهتزازية تحت الحمراء ورامان. كورير كوربوريشن. رقم ISBN 9780486639413. OCLC 1023249001.
- ^ إيفانز، سي إل؛ شيه، إكس إس (2008). "مجهر تشتت رامان المتماسك المضاد لستوكس: التصوير الكيميائي لعلم الأحياء والطب". المجلة السنوية للكيمياء التحليلية . 1 : 883-909. رمز Bibcode :2008ARAC....1..883E. doi :10.1146/annurev.anchem.1.031207.112754. PMID 20636101.
- ^ W. Demtröder ، مطيافية الليزر ، الطبعة الثالثة (سبرينغر، 2003).
- ^ Brian Orr ؛ JG Haub؛ Y. He؛ RT White (2016). "Spectroscopic Applications of Pulsed Tunable Optical Parametric Oscillators". في FJ Duarte (المحرر). Tunable Laser Applications (الطبعة الثالثة). بوكا راتون: CRC Press . ص 17-142. ISBN 978-1-4822-6106-6.
- ^ Backman, V.; Wallace, MB; Perelman, LT; Arendt, JT; Gurjar, R.; Müller, MG; Zhang, Q.; Zonios, G.; Kline, E.; McGillican, T.; Shapshay, S.; Valdez, T.; Badizadegan, K.; Crawford, JM; Fitzmaurice, M. (يوليو 2000). "اكتشاف الخلايا السرطانية قبل الغزو". Nature . 406 (6791): 35–36. doi :10.1038/35017638. ISSN 1476-4687. PMID 10894529. S2CID 4383575.
- ^ موراي، كيرميت ك.؛ بويد، روبرت ك.؛ إبرلين، ماركوس ن.؛ لانجلي، ج. جون؛ لي، ليانغ؛ نايتو، ياسوهيد (2013). "تعريفات المصطلحات المتعلقة بمطياف الكتلة (توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية 2013)". الكيمياء البحتة والتطبيقية . 85 (7): 1. doi : 10.1351/PAC-REC-06-04-06 . ISSN 0033-4545.
- ^ NA Sinitsyn؛ YV Pershin (2016). "نظرية مطيافية ضوضاء الدوران: مراجعة". تقارير عن التقدم في الفيزياء . 79 (10): 106501. arXiv : 1603.06858 . Bibcode :2016RPPh...79j6501S. doi :10.1088/0034-4885/79/10/106501. PMID 27615689. S2CID 4393400.
- ^ Solli, DR; Chou, J.; Jalali, B. (2008). "Amplified wavelength–time conversion for real-time spectroscopy". Nature Photonics . 2 (1): 48–51. Bibcode :2008NaPho...2...48S. doi :10.1038/nphoton.2007.253.
- ^ تشو، جيسون؛ سولي، دانيال ر؛ جلالي، بهرام (2008). "التحليل الطيفي في الوقت الحقيقي بدقة دون الجيجاهيرتز باستخدام تحويل فورييه المشتت المضخم". رسائل الفيزياء التطبيقية . 92 (11): 111102. arXiv : 0803.1654 . Bibcode :2008ApPhL..92k1102C. doi :10.1063/1.2896652. S2CID 53056467.
- ^ "تنبيه إعلامي: مؤتمر صحفي للإعلان عن نتائج مهمة لعلماء الفلك البرازيليين". إعلان المرصد الأوروبي الجنوبي . تم استرجاعه في 21 أغسطس 2013 .
- ^ بريان باورز (2001). السير تشارلز ويتستون، زميل الجمعية الملكية: 1802-1875 (الطبعة الثانية). IET. ص 207-208. ISBN 978-0-85296-103-2.
- ^ براند، جون سي دي (1995). خطوط الضوء: مصادر التحليل الطيفي التشتتي، 1800 – 1930. دار جوردون وبريتش للنشر. ص 57. رقم ISBN 978-2884491624.
- ^ وانج، شيبينج؛ واكر، جيمس ب. (2006). "استخدام التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة للتنبؤ بأوقات تعرض الخشب المتآكل" (PDF) . WTCE 2006 – المؤتمر العالمي التاسع للهندسة الخشبية . مؤرشف من الأصل (PDF) في 2021-03-01 . تم الاسترجاع في 2009-06-22 .
- ^ شير، د. (1968). "تأثير دوبلر النسبي". مجلة الجمعية الفلكية الملكية الكندية . 62 : 105. رمز Bibcode :1968JRASC..62..105S.
- ^ "ألمانيا وفرنسا ستتوقفان عن قتل الكتاكيت". 22 يوليو 2021.
- ^ جراو لوك، إنريك؛ جوك، مكسيم. بيسيريل روميرو، إجناسيو؛ إزكويردو روكا، فيكتور؛ بيريز رودريغيز، أليخاندرو؛ بولت، بيتر. فان دن برويل، فيكي؛ روهل ، أولفيرت (مارس 2022). “تقييم سمك طبقات حاجز AlO x لتغليف الوحدات الكهروضوئية المرنة في البيئات الصناعية عن طريق الانعكاس الطبيعي والتعلم الآلي”. التقدم في الخلايا الكهروضوئية: البحوث والتطبيقات . 30 (3): 229-239. دوى :10.1002/pip.3478. ISSN 1062-7995.
- ^ abc Andrew Fraknoi ؛ David Morrison (13 أكتوبر 2016). "علم الفلك OpenStax".
مراجع
- جون م. تشالمرز؛ بيتر جريفثس، محرران (2006). دليل التحليل الطيفي الاهتزازي . نيويورك: وايلي. doi :10.1002/0470027320. ISBN 978-0-471-98847-2.
- جيري ووركمان؛ آرت سبرينغستين، محرران (1998). التحليل الطيفي التطبيقي. بوسطن: أكاديميك بريس. رقم ISBN 978-0-08-052749-9.
- بيتر م. سكرابال (2012). التحليل الطيفي - وصف متكامل متعدد التخصصات للتحليل الطيفي من الأشعة فوق البنفسجية إلى الرنين المغناطيسي النووي (كتاب إلكتروني) . المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ: vdf Hochschulverlag AG. doi :10.3218/3385-4. ISBN 978-3-7281-3385-4. S2CID 244026324.
روابط خارجية
- قواعد بيانات التحليل الطيفي الذري للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا
- تاريخ علم التحليل الطيفي في مختبر التحليل الطيفي التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
- الجدول الزمني لعلم التحليل الطيفي
- علم الطيف: قراءة قوس القزح
