تعريف طيف الامتصاص

طيف الامتصاص يشير إلى تقنيات لقياس امتصاص من الإشعاع ، بوصفها وظيفة من تردد أو الطول الموجي ، نظرا لتفاعله مع عينة ، تمتص العينة الطاقة  أي


الفوتونات


، من المجال المشع ، تختلف شدة الامتصاص كدالة للتردد ، وهذا الاختلاف هو طيف الامتصاص ، يتم إجراء التحليل الطيفي للامتصاص عبر الطيف الكهرومغناطيسي.

يتم استخدام التحليل الطيفي للامتصاص كأداة كيميائية تحليلية لتحديد وجود مادة معينة في العينة ، وفي كثير من الحالات ، لتحديد كمية المادة الموجودة ، الأشعة تحت الحمراء و مطيافية الأشعة فوق البنفسجية مرئية شائعة خاصة في التطبيقات التحليلية ، يستخدم التحليل الطيفي للامتصاص أيضًا في دراسات الفيزياء الجزيئية والذرية ، التحليل الطيفي الفلكي والاستشعار عن بُعد.

ما هو طيف الامتصاص

طيف امتصاص المادة هو جزء من الإشعاع الساقط تمتصه المادة عبر مجموعة من الترددات ، يتم تحديد طيف الامتصاص في المقام الأول  من قبل الذري و الجزيئي تكوين المادة ، من المرجح أن يتم امتصاص الإشعاع بترددات تتطابق مع فرق الطاقة بين حالتين ميكانيكيتين كميتين للجزيئات ، يشار إلى الامتصاص الذي يحدث بسبب الانتقال بين حالتين باسم خط الامتصاص ويتكون الطيف عادة من العديد من الخطوط.

الترددات التي تحدث فيها خطوط الامتصاص بالإضافة إلى كثافة نسبية ، ويعتمد في المقام الأول على الإلكترونية و التركيب الجزيئي للعينة ، سوف الترددات تعتمد أيضا على التفاعلات بين الجزيئات في العينة ، التركيب البلوري في المواد الصلبة ،  وعلى عدة عوامل بيئية (مثل درجة الحرارة ، الضغط ،


المجال الكهرومغناطيسي


) ، فإن خطوط أيضا أن يكون العرض و الشكل التي يتم تحديدها في المقام الأول من قبل الكثافة الطيفية أو كثافة الحالات للنظام.

تطبيقات على طيف الامتصاص

الاستشعار عن بعد

واحدة من المزايا الفريدة للطيف الطيفي كأسلوب تحليلي هي أنه يمكن إجراء القياسات دون ملامسة الجهاز والعينة ، سيحتوي الإشعاع الذي ينتقل بين عينة وأداة على معلومات طيفية ، بحيث يمكن إجراء القياس عن بُعد ، يعتبر الاستشعار الطيفي عن بعد ذا قيمة في العديد من المواقف  على سبيل المثال ، يمكن إجراء القياسات في بيئات سامة أو خطرة دون تعريض مشغل أو أداة للخطر ، أيضًا لا يجب أن يتم تلامس مادة العينة مع الجهاز مما يمنع التلوث المتبادل المحتمل.

تمثل القياسات الطيفية البعيدة عدة تحديات مقارنة بالقياسات المخبرية ، قد يكون للمسافة بين عينة الفائدة والأداة امتصاص طيفية أيضًا ، يمكن لهذه الامتصاصات إخفاء أو إرباك طيف الامتصاص للعينة ، قد تختلف تداخلات الخلفية هذه أيضًا بمرور الوقت ، غالبًا ما يكون مصدر الإشعاع في القياسات البعيدة مصدرًا بيئيًا ، مثل ضوء الشمس أو الإشعاع الحراري من جسم دافئ ، وهذا يجعل من الضروري التمييز بين الامتصاص الطيفي والتغيرات في طيف المصدر.

لتبسيط هذه التحديات اكتسب مطياف الامتصاص البصري التفاضلي بعض الشعبية حيث يركز على ميزات الامتصاص التفاضلي ويغفل الامتصاص واسع النطاق مثل انقراض الهباء الجوي والانقراض بسبب تشتت رايلي ، تُطبق هذه الطريقة على القياسات الأرضية والجوية ، وتوفر بعض الطرق الأرضية إمكانية استرداد ملفات تعريف الغازات التروبوسفيرية والستراتوسفيرية.

التحليل الطيفي الفلكي

التحليل الطيفي الفلكي هو نوع مهم بشكل خاص من الاستشعار الطيفي عن بعد ، في هذه الحالة تكون الأشياء والعينات ذات الأهمية بعيدة جدًا عن الأرض لدرجة أن الإشعاع الكهرومغناطيسي هو الوسيلة الوحيدة المتاحة لقياسها ، تحتوي الأطياف الفلكية على معلومات طيفية للامتصاص والانبعاث ، كان التحليل الطيفي للامتصاص مهمًا بشكل خاص لفهم السحب بين النجوم وتحديد أن بعضها يحتوي على جزيئات ، يستخدم التحليل الطيفي للامتصاص أيضًا في دراسة الكواكب خارج المجموعة الشمسية  كما أن اكتشاف الكواكب خارج المجموعة الشمسية بطريقة العبور يقيس أيضًا طيف الامتصاص ويسمح بتحديد تكوين الغلاف الجوي للكوكب درجة الحرارة والضغط والارتفاع ، وبالتالي يسمح أيضًا بتحديد كتلة الكوكب.

الفيزياء الذرية والجزيئية

يتم استخدام قياسات طيف الامتصاص لتحديد بعض خصائص الذرة ، يسمح التحليل الطيفي على سبيل المثال ، بتحديد أطوال الرابطة والزوايا بدقة عالية.

بالإضافة إلى ذلك يمكن استخدام القياسات الطيفية لتحديد دقة التنبؤات النظرية مثال لم يكن من المتوقع أن يكون تحول لامب المقاس في طيف الامتصاص الذري للهيدروجين موجودًا في الوقت الذي تم قياسه ، حفز اكتشافه وتوجيه تطوير الديناميكا الكهربائية الكمومية ، وتستخدم الآن قياسات التحول لتحديد ثابت.

الطرق التجريبية على طيف الامتصاص

إن أكثر الطرق وضوحًا في التحليل الطيفي للامتصاص هو توليد إشعاع بمصدر وقياس طيف مرجعي لذلك الإشعاع باستخدام كاشف ، ثم أعد قياس طيف العينة بعد وضع المادة المهمة بين المصدر والكاشف ، يمكن بعد ذلك دمج الطيفين المقياسين لتحديد طيف امتصاص المادة ، طيف العينة وحده لا يكفي لتحديد طيف الامتصاص لأنه سيتأثر بالظروف التجريبية  لطيف المصدر ، طيف الامتصاص للمواد الأخرى الواقعة بين المصدر والكاشف والخصائص المعتمدة على الطول الموجي للكاشف.

سوف يتأثر الطيف المرجعي بنفس الطريقة ، على الرغم من هذه الظروف التجريبية وبالتالي ينتج عن الجمع طيف الامتصاص للمادة وحدها.

يتم استخدام مجموعة واسعة من مصادر الإشعاع لتغطية الطيف الكهرومغناطيسي ،  بالنسبة إلى التحليل الطيفي من المستحسن بشكل عام أن يغطي المصدر مساحة واسعة من الأطوال الموجية من أجل قياس منطقة واسعة من طيف الامتصاص ، تطلق بعض المصادر بطبيعتها طيفًا واسعًا.

وتشمل الأمثلة على هذه الكرات أو مصادر الجسم السوداء الأخرى في الأشعة تحت الحمراء ومصابيح الزئبق في الأنابيب المرئية والأشعة فوق البنفسجية وأنابيب الأشعة السينية ، أحد المصادر الجديدة التي تم تطويرها مؤخرًا للإشعاع واسع النطاق هو الإشعاع السنكروتروني الذي يغطي كل هذه المناطق الطيفية ، تولد مصادر الإشعاع الأخرى طيفًا ضيقًا ولكن يمكن ضبط الطول الموجي للانبعاثات لتغطية مدى طيفي ، تشمل الأمثلة على هذه الكليسترون في منطقة الميكروويف والليزر عبر الأشعة تحت الحمراء والمنطقة المرئية و


الأشعة فوق البنفسجية


(على الرغم من أنه ليس لجميع أشعة الليزر أطوال موجية قابلة للضبط).

يعتمد الكاشف المستخدم لقياس القدرة الإشعاعية أيضًا على مدى الطول الموجي المطلوب ، معظم أجهزة الكشف حساسة لنطاق طيفي واسع إلى حد ما وسيعتمد المستشعر المختار في الغالب على متطلبات الحساسية والضوضاء الخاصة بقياس معين ، وتشمل الأمثلة على كشف شيوعا في التحليل الطيفي مغايرة الاستقبال في


الميكروويف


، بولومتر في ملليمتر موجة والأشعة تحت الحمراء، تيلوريد الكادميوم الزئبق وغيرها من تبريد أشباه الموصلات كشف في الأشعة تحت الحمراء، و فوتوديوديس و أنابيب مضخم في الظاهر والأشعة فوق البنفسجية.

إذا كان المصدر والكاشف يغطيان منطقة طيفية واسعة ، فمن الضروري أيضًا إدخال وسيلة لحل الطول الموجي للإشعاع لتحديد الطيف ، غالبًا ما يتم استخدام مخطط طيفي للفصل المكاني لأطوال موجات الإشعاع بحيث يمكن قياس القدرة عند كل طول موجي بشكل مستقل ، من الشائع أيضًا استخدام قياس التداخل لتحديد الطيف يعد التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء من فورييه تطبيقًا مستخدمًا على نطاق واسع لهذه التقنية.