أنواع اجهزة المطيافية الضوئية
تحدثنا في مقال سابق عن أجزاء ومكونات اجهزة المطيافية الضوئية ، فإذا قمنا بترتيب هذه المكونات بطرق مختلفة سينتج لدينا العشرات من التصاميم للأجهزة الطيفية وذلك من التصميم البسيط إلى التصميم فائق الجودة ، وتتراوح الكلفة ايضا من الرخيص إلى الغالي جدا ، ولايمكن ان يلبي جهاز واحد كل الاغراض ، وإنما يجب أن يكون الاختيار حسب نوع العمل المرغوب فيه ومتماشيا مع اقتصاديات التطبيقات .
أنواع أجهزة المطيافية
- السبيكتروسكوب
- المقياس اللوني
- المقياس الضوئي
- السبيكتروغراف
- السبيكترومتر
السبيكتروسكوب
هو جهاز للتعرف على العناصر في عينة مثارة باللهب او اي وسط حراري آخر .
ويتألف من مفرق ، ويستبدل المستوى المحرقي الذي يحوي شق الخروج بعينية متحركة تسمح لإحساس النظر بالكشف عن خطوط الأصدار وتحديد طول موجة خط طيفي من قياس الزاوية بين الحزمة الساقطة وممر الخط الطيفي إلى العينية .
المقياس اللوني
هو جهاز يستخدم في قياس الأمتصاص ، حيث تقوم العين مقام الكاشف ، لذا يلزم تحضير عدد من المحاليل العيارية من اجل مقارنة لون العينة معها عند كل أستخدام للجهاز .
المقياس الضوئي
هو جهاز بسيط يستخدم لقياسات الامتصاص والاصدار والفلورة ، مع الأشعة فوق البنفسجية او المرئي أو تحت الحمراء ، ويتميز باستخدام مرشحات أمتصاص او تداخل لإختيار الاطوال الموجية باستخدام أداة كهرضوئية لقياس شدة الاشعة .
السبيكتروغراف (مصور الطيف)
يسجل الطيف على صفيحة تصوير أو فيلم التي توضع في المستوى المحرقي لمفرق ويظهر الطيف عندئذ كسلسلة من الخطوط السوداء ، يستفاد منها في التحليل الكيفي للعناصر .
السبيكترومتر (المطياف)
هو عبارة عن مفرق مزود بشق ثابت في المستوى المحرقي ويدعى بالسبيكتروفوتومتر عندما يكون له كاشف فوتوني عند شق الخروج .
يمكن استخدام المطياف لقياسات الامتصاص والإصدار والفلورة .
أشكال الاجهزة المطيافية
- الأجهزة أحادية الحزمة
- الاجهزة مضاعفة الحزمة في الفراغ
- الاجهزة مضاعفة الحزمة في الزمن
- الاجهزة متعددة الأقنية
اولا- الأجهزة أحادية الحزمة
نلاحظ في الشكل المرفق في الصورة مخططا لجهاز أحادي الحزمة لقياسات الإمتصاص ، ويتالف من منبع أشعة ومرشح او مفرق لأختيار طول الموجة وخلايا متماثلة يمكن وضعها بالتناوب في طريق الحزمة ، ثم احد الكاشفات ومضخم ثم اداة قراءة .
يتضمن قياس النسبة المئوية للنفوذية يدويا بجهاز أحادي الحزمة ثلاث خطوات :
- ضبط T = 0%
- ضبط T = 100%
- تعيين T%
- يتم T= 0% بوضع الحاجز بين المنبع والكاشف ، ثم تحرك أشارة التدريج ميكانيكيا او كهربائيا حتى تعطي الصفر .
- وتجري الخطوة الثانية ، بوضع المحل في ممر الضوء ورافع الحاجز وتغيير شدة الحزمة او تضخيم الإشارة الآتية من الكاشف حتى يصل التدريج إلى 100 (T =100%)
- تبدل خلية المحل في الخطوة الثالثة بأخرى تحوي العينة وتؤخذ النسبة المئوية للنفوذية من قراءة التدريج .
- بما ان الإشارة المحولة من الكاشف تتناسب خطيا مع شدة الأشعة فإن قراءة التدريج عند وضع العينة في الممر الضوئي هي نسبة مئوية للنفوذية .
- ومن الواضح انه يمكن استبدال التدريج بتدريج لوغاريتمي لتعطي امتصاص المحلول مباشرة .
- يلزم عادة في الاجهزة أحادية الحزمة مثبت للكمون لتجنب الخطأ الذي يمكن أن يحدث من تغير شدة الحزمة خلال الزمن اللازم لضبط T عند 100% ولتحديد T% للعينة .
- تتفاوت الأجهزة أحادية الحزمة في تعقيداتها وفي عملها ، فابسطها واقلها كلفة يتالف من مصباح تنغستين يعمل على البطاريات كمنبع ، ومجموعة من المرشحات الزجاجية لأختيار طول الموجة ، وانابيب اختبار لوضع العينة ، وخلية كهرضوئية ككاشف ، وميكرو أمبير لقراءة الإشارة .
- بينما في الجانب الآخر توجد أجهزة متطورة جدا يضبطها حاسوب وتعمل في مجال 200-1000nm ولها منابع من التنغستين او الديتريوم متبادلة ، وتستخدم خلايا على شكل متوازي المستطيلات ، ولها شبكة انعراج ذات تفريق عال ، وشقوق متغيرة الإتساع ، ولها أيضا أنابيب مضاعفة الفوتون ككاشف ، وتحول الإشارة الخارجة إلى معطيات رقمية يمكن خزنها وطبعها بأشكال متعددة .
ثانيا - الاجهزة مضاعفة الحزمة
تعتمد معظم مقاييس الطيف الحديثة على تصميم مضاعف للحزمة .
1-اجهزة مضاعفة الحزمة في الفراغ
- نلاحظ من الشكل الموضح بالصورة جهاز مضاعف الحزمة في الفراغ حيث تتشكل حزمتين في الفراغ بواسطة مرآة على شكل V تدعى مشطرة الحزمة ، تعبر إحدى الحزمتين خلال المحلول الشاهد إلى كاشف فوتوني بينما تمر الأخرى آنيا عبر العينة إلى كاشف فوتوني مماثل .
- تضخم الإشارتين الخارجتين وتحدد نسبتهما (او لوغاريتم نسبتهما) الكترونيا ومن ثم تعرض على الجهاز القارئ .
- تتم القياسات في الاجهزة اليدوية بخطوتين ، تتضمن الاولى ضبط الصفر بوضع الحاجز بين المفرق ومشطرة الحزمة ، وفي الخطوة الثانية يرفع الحاجز وتقرأ النفوذية أو الأمتصاص مباشرة على التدريج .
2- الاجهزة مضاعفة الحزمة في الزمن
- نلاحظ في الشكل الموضح في الصورة النوع الثاني من الأجهزة مضاعفة الحزمة ، تفصل الحزم بالزمن بواسطة مرآة قطاعية والتي يوجه كل الحزم الآتية من المفرق إلى خلية الشاهد أولا ثم خلال خلية العينة ، تجمع نبضات أشعة مع بعضها بواسطة مرآة قطاعية أخرى والتي تمرر نبضة وتعكس الاخرى إلى الكاشف .
تتميز الاجهزة مضاعفة الحزمة بأنها تعوض معظم التأرجحات في شدة أشعة المنبع والانزياحات في الكاشف والمضخم وتعوض ايضا التغيرات الواسعة لشدة المنبع مع الطول الموجي .
بالإضافة إلى ذلك فإن نوع مضاعف الحزمة يسهل عملية تسجيل طيف الأصدار أو طيف الأمتصاص ، إن معظم الأجهزة الحديثة التي تسجل طيف فوق البنفسجي أو المرئي هي من نوع مضاعف الحزمة ، كما ان كثيرا من مقاييس طيف الأشعة تحت الحمراء هي من هذا النوع .
ثالثا - الأجهزة متعددة الأقنية
- تركز فيها أشعة مصباح تنغستين او ديتريوم على خلية او المحل وتمر إلى المفرق الذي هو شبكة انعراج ثابتة ، ومن ثم تسقط الاشعة المفرقة على الكاشف والذي هو شبكة دايود ، يكون طولها عادة من 1 إلى 6 سم وعرض كل دايود هو 15 إلى 50 ميكرومتر ، تحوي الرقاقة ايضا مكثفة وفاصل الكتروني لكل دايود .
- يكون التيار الناتج تابعا لشدة الاشعة ، فيضخم ويحول رقميا ويخزن في ذاكرة الحاسوب ويتم كل ذلك خلال بضع اجزاء من ميللي ثانية .