توضیحات

 این یک مونوگراف تکمیل بوده که دارای پرپوزل هم میباشد شما میتوانید با پیام گذاشتن در وتسپ ما آن را دریافت کنید

وتسپ:۰۷۹۹۱۱۸۸۳۱

مونوگراف به صورت تضمینی بوده که نیاز به تغیرات نداشته  قبلا دفاع و ارایه شده است

---------------------------------------------

طیف‌ سنجی

طیف‌ سنجی یا بیناب نمایی به عنوان بینایی نور و ماده نیز تعریف می‌شود. از لحاظ تاریخی طیف‌سنجی به شاخه‌ای از علم برمی‌گردد که نور مرئی برای مطالعات نظری در ساختار ماده و آنالیزهای کیفی و کمی استفاده می‌شد. اگرچه اخیراً به عنوان یک تکنیک جدید نه فقط برای نور مرئی بلکه بسیاری از اشکال تابش‌های الکترومقناطیسی و غیرالکترومقناطیسی مانند میکروموجها، امواج رادیویی، اشعه ایکس، الکترونها، فوتونها (امواج صوتی) و غیره بکاربرده می‌شود. از انواع روش‌های مهم و پرکاربرد در کیمیا تجزیه می‌توان به روش‌های طیف‌سنجی جرمی، ماوراء بنفش و رزونانسمقناطیسی هسته اشاره کرد. طیف‌سنجی اغلب در کیمیا‌فیزیک (بطور مثال در نوعی تصویربرداری ام‌آرآی) و کیمیا تجزیه برای شناسایی ماده از طریق طیف گسیلی یا جذبی از آنها یکار برده می‌شود. وسیله‌ای که طیف هر ماده را ثبت می‌کند طیفسنج یا اسپکترومتر نام دارد. طیف‌سنجی همچنین به‌طور زیاد در اخترشناسی و مشاهدات از راه دور استفاده می‌شود. اکثر تلسکوپ‌های بزرگ طیف‌نگار دارند که برای اندازه‌گیری ترکیبات کیمیاایی و خواص فیزیکی اجسام نجومی یا اندازه‌گیری سرعت‌شان از طریق جابجایی دوپلری خطوط طیفی‌شان استفاده می‌شود. این نوع کاربرد در مبحث طیف‌سنجی نجومی به تفضیل آمدهاست. اندازه‌گیری طیف نشری یکی از وظایف اصلی طیف سنجی تشخیص دادن این است که در هر طول موج چه مقدار نور منتشر شده‌است. ساده‌ترین روش عبور دادن نور از یک تک‌فام‌ساز است. وسیله‌ای که تنها به یک طول موج اجازه عبور می‌دهد و جلوی عبور بقیه طول موج‌ها را می‌گیرد. سپس شدت در این تک طول موج اندازه گیری می‌شود، شدت اندازه گیری شده نشان دهنده این است که چه مقدار نور در آن طول موج انتشار می‌یابد. با تغییر تک فام ساز در طول موج‌های متفاوت طیف کامل اندازه گیری می‌شود. این روش ساده بیان کننده عمل کرد طیف سنج‌ها است. طیف سنجی تبدیل فوریه یک روش تقریباً غیر مستقیم برای بدست آوردن اطلاعاتی مشابه‌است. این روش به کل نور، شامل طول موج‌های مختلف، در یک زمان اجازه عبور می‌دهد تا شدت کل نور اندازه گیری شود. سپس داده‌های دیگری مبنی بر این که موج شامل چه طولموج‌هایی است به رایانه داده می‌شود. این روند چندین بار تکرار می‌شود سپس کل داده‌ها به کامپیوتر داده می‌شود(بهزاد،۱۳۹۴.ص۹).

تاریخچه طیف سنجی

رومی ها از قبل با توانایی منشور برای تولید رنگین کمان رنگ ها آشنا بودند.

نیوتن به طور سنتی به عنوان بنیانگذار طیف سنجی در نظر گرفته می شود ، اما او اولین مرد علمی نبود که

طیف خورشید را مطالعه و گزارش دهد نیوتون نظریه بدن از نور به تدریج توسط نظریه موج موفق شد نظریه موج فقط در قرن نوزدهم بود که اندازه گیری کمی نور پراگنده شناسایی و استاندارد شد همانند بسیاری از آزمایش های طیف سنجی بعدی منابع نور سفید نیوتن را نیز شامل میشود شعله های آتش وستاره ها از جمله آفتاب مطالعات بعدی در مورد ماهیت نور شامل مواردی از هوک،هویگنس جوان آزمایش های بعدی با منشور ها اولین نشانه های را نشان میدهد که طیف ها با ترکیبات کیمیایی منحصر به فرد هستند دانشمندان انتشار الگوی متمایز رنگ را در هنگام مشاهده مشاهده کرد. (مهرام،۱۳۸۳،ص ۱۴۳).

طیف اتمی

احتمالاً تاکنون شنیده‌اید که خورشید از هِلیم تشکیل شده یا این‌که جنس یکی از قمرهای مشتری از متان است. بدیهی است که تاکنون بشر نتوانسته به سطح خورشید یا سطح اروپا (قمر مشتری) سفر کند؛ بنابراین دانشمندان به چه صورت جنس این اجرام را شناسایی می‌کنند؟ پاسخ در طیف اتمی عناصر است. طیف اتمی، مفهومی است که ترکیب تشکیل دهنده یک ماده یا هر جرمی را می‌توان با استفاده از آن تعیین کرد.

در شکل فوق نیز می‌بینید که دو میدان الکتریکی ومقناطیسی عمود به یکدیگر در جهت x در حال حرکت هستند. فاصله دو قله از موج را طول موج می‌نامند. در شکل زیر طول موج، نشان داده شده‌است. انرژی می‌تواند در خلاء یا محیطی مادی، در قالب امواج الکترومقناطیسی  منتشر شود. تابش الکترومقناطیس ، موجی عرضی است که در آن دو میدان الکتریکی ومقناطیسی به صورت عمود به یکدیگر و به شکل نوسانی در محیط حرکت می‌کنند(سلیمی، ۱۳۸۹ .ص۴).

بدیهی است که هرچه طول موج کمتر باشد، موج فشرده‌تر شده و انرژی بیشتری را حمل می‌کند. طول موج دقیقاً همان عاملی است که نورهای با رنگ‌های مختلف را از هم متمایز می‌کند. البته فرکانس نیز کمیتی است که می‌توان با استفاده از آن میزان فشردگی یک موج را بیان کرد. در حقیقت فرکانس و طول موج با عکس هم در ارتباط هستند. طیف الکترومقناطیس  به بازه‌ای از تمامی طول موج‌ها و فرکانس‌های ممکن گفته می‌شود که در آن موج الکترومقناطیس  می‌تواند منتشر شود.طبق توصیف کوانتوم مکانیک از الکترون، که مفهوم «دوگانگی موج-ذره را بیان می‌کند، اگرچه پدیده الکترومقناطیس در نور را تحت عنوان موج می‌شناسند، اما در مواردی به این پدیده هم‌چون ذره نیز نگاه می‌شود.ماکس پلانک، فیزیک‌دان آلمانی، در سال 1900 در هنگام مطالعه تابش جسم سیاه، متوجه این موضوع شد که با افزایش پیوسته فرکانس یک موج، انرژی تابشی بدست آمده از منبع تابش، به‌صورت پیوسته افزایش نمی‌یابد. در حقیقت افزایش انرژی به‌صورت پله‌ای یا اصطلاحاً کوانتومی رخ می‌دهد. به‌عبارت دیگر یک بسته انرژی از سیستم همانند یک اتم از یک جرم است.آلبرت انیشتین، در سال 1905مقاله‌ای ارائه داد که در آن نور را به‌صورت بسته‌هایی از انرژی تحت عنوان فوتون در نظر گرفت. او با استفاده از توصیفش از نور، پدیده‌ای تحت عنوان اثر فوتوالکتریک را نیز شرح داد. کشف فوتون، افزایش پله‌ای (یا افزایش کوانتومی) انرژی تابشی را توجیه کرد.همان‌طور که در بالا نیز عنوان شد، زمانی که الکترونی از سطح انرژی بالایی به سطح انرژی پایین‌تری جابجا شود، از خود فوتونی با طول موج و فرکانس خاصی نشر می‌دهد. زمانی که مجموعه‌ای از الکترون‌ها، فوتون‌هایی با طول موج یکسان را نشر دهند، مجموعه‌ای از خطوط با همین طول موج ایجاد می‌شود. شکل زیر را در نظر بگیرید.در سمت چپ لامپی هایدروجنی قرار گرفته که توسط جریان الکتریکی تحریک می‌شود. در مرحله بعد نورِ ناشی از تحریک، از منشور عبور داده می‌شود و در نتیجه به نورهایی با فرکانس‌های متفاوت تقسیم می‌شود. از آنجایی که فرکانس‌های نور، مرتبط با سطوح انرژی متفاوت هستند، می‌توان خطوط طیفی اتم هایدروجن  را با استفاده از معادله کشف شده توسط «یوهان بالمِر بدست آورد.اگر جسمی بتواند نور تولید کند و نور تولید شده را از منشوری عبور دهیم، طیفی بدست می‌آید که طیف نشری نامیده می‌شود. اگر رنگهای طیف حاصل بهم متصل باشند، طیف نشری اتصالی و اگر فاصله‌ای بین آنها باشد، طیف نشری انفصالی یا خطی می‌نامند. به عنوان مثال لامپ حاوی بخار بسیار رقیق را در نظر بگیرید. این لامپ به‌صورت لوله باریک شیشه‌ای است که درون آن یک گاز رقیق در فشار کم وجود دارد. دو الکترود به نامهای کاتد و آند در دو انتهای لوله قرار دارند. اگر بین این دو الکترود، ولتاژ بالایی برقرار شود، اتم های گاز درون لامپ شروع به گسیل نور می‌کنند. اگر این بخار مربوط به بخار جیوه باشد، این گسیل به رنگ نیلی - آبی است. اگر این نور را از منشور بگذرانیم و طیف آن را تشکیل دهیم می‌بینیم که این طیف پیوسته نیست. بلکه تنها از چند خط رنگی جدا از هم با طول موجهای معین تشکیل شده‌است(بهزاد،۱۳۹۴.ص ۱۱).

انواع طیف سنجی

1-طیف سنجی رامان (Raman Spectroscopy)

طیف سنجی رامان یک روش تحلیلی است که در آن از نور پراکنده برای اندازه گیری حالت‌های انرژی ارتعاشی یک نمونه استفاده می‌شود. این نام از فیزیکدان هندی رامان گرفته شده است که همراه با شریک تحقیق خود کریشن، در سال 1928 پراکندگی رامان را مشاهده کردند.رامان، یک روش پراکندگی نور است. در این طیف سنجی نور تابشی در اثر برخورد با مولکول پراکنده می‌شود. بیشتر نور پراکنده شده در همان طول موج منبع لیزر است و اطلاعات مفیدی را ارائه نمی‌دهد. این نوع پراکندگی، پراکندگی ریلی نامیده می‌شود. اما مقدار کمی از نور (به طورمعمول 0,000001درصد!!) در طول موج‌های مختلف پراکنده می‌شود که به ساختار کیمیایی آنالیت بستگی دارد. به این نوع پراکندگی، پراکندگی رامان گفته می‌شود. در این پدیده ممکن است طول موج کاهش (پراکندگی رامان آنتی استوکس) و یا افزایش یابد (پراکندگی استوکس). این طیف سنجی می‌تواند اطلاعات کیمیایی، ساختاری و هم چنین شناسایی مواد را از طریق مشخصه رامان آن‌ها فراهم کند (مهرام،۱۳۸۳،ص ۶).

2-طیف سنجی فلورسانس (Fluorescence spectroscopy)

دستگاه فلوئورسانس اتمی دارای انواع مختلفی می باشد که در حال حاضر فلورسانس اتمی رزونانسی به دلیل ایجاد برانگیختگی انتخابی در الکترون ها و کمترین میزان تداخل بیشترین کاربرد را دارد. سایر مدل های فلورسانس اتمی عبارتند از:

• فلورسانس خط مستقیم
• فلورسانس پله ای
• فلورسانس حساس
• فلورسانس چند فتونی

منبع تابش نور در دستگاه فلورسانس اتمی (AFS) همانند دستگاه جذب اتمی معمولاً یک لامپ هالوکاتد HCL می باشد. این لامپ باید قابلیت برانگیخته کردن اتم های آن عنصر را با ایجاد یک طول موج خاص داشته باشد. منبع نور در فلورسانس اتمی برخلاف سایر تجهیزات نوری در زاویه قرار می گیرد. دلیل آن هم این است که دتکتور تنها بایست نور منتشر یافته توسط عنصر را اندازه گیری کند و نوری که از منبع منتشر می شود نباید در مسیر اندازه گیری دتکتور باشد. از دیگر مزایای این کار امکان افزایش شدت نور لامپ می باشد که مستقیماً در میزان برانگیختگی اتم و در نهایت تعیین غلظت دقیقتر موثر است. در دستگاه AFS هم مانند دستگاه جذب اتمی، حالت اتمی عنصر مطلوب، توسط یک شعله ایجاد می شود. برای دستگاه هائی که فقط برای آنالیز عناصر در حالت هایدرید است از یک کوره کوچک الکتریکی برای تولید دما تا 1100 درجه نیز استفاده می شود. پس از آن نور از یک منبع که معمولاً لامپ هالوکاتد عنصر مورد نظر می باشد، منتشر می گردد. در اثر برخورد نور لامپ با اتم های ماده مورد نظر، الکترون های لایه ظرفیت انرژی آن را دریافت کرده و برانگیخته می شوند و به لایه بالاتر منتقل می شوند. انتقال الکترون ها به لایه بالاتر یک حالت ناپایدار است. بنابراین الکترون ها تمایل دارند به سرعت به حالت اول باز گردند. این عمل باعث از دست دادن انرژی به صورت نور با طول موج خاصی می شود. شدت این نور منتشر شده توسط آشکارساز یا Detector اندازه گیری می شود. با اندازه گیری شدت نور انتشار یافته توسط دتکتور، کمیت عنصر مورد نظر تخمین زده می شود. هر چه شدت نور انتشار یافته بیشتر باشد غلظت عنصر مورد نظر بیشتر می باشد (مهرام،۱۳۸۳،ص ۵۵).

 ۳-طیف سنجی نشر نوری

نوع رایجی از طیف سنجی است که برای تعیین عناصر اساسی در فلزات به کار می‌رود. به طیف سنجی نشر نوری، کوانتومتر هم گفته می‌شود. از این دستگاه به طور گسترده‌ای در کارخانه‌های ریخته‌گری و تولید فلزات استفاده می‌شود. زیرا می‌تواند طیف وسیعی از عناصر را با دقت بالا تجزیه و تحلیل کند.اساس کار کوانتومتر نشر نور است. برای تحریک اتم‌ها در نمونه‌های فلزی، یک منبع الکتریکی مورد نیاز است. دمای بخش کوچکی از نمونه با استفاده از این منبع الکتریکی ولتاژ بالا تا هزاران درجه سانتی‌گراد می‌شود. به دلیل وجود اختلاف پتانسیل بین الکترود و فلز تخلیه الکتریکی رخ می‌دهد. این تخلیه الکتریکی باعث گرم شدن سطح نمونه شده و پلاسما به وجود می‌آید. سپس در پی آن قسمتی از فلز بخار می‌شود. در طی این فرایند اتم‌های فعال شده خطوط انتشار را ایجاد می‌کنند که برای هر عنصری منحصر به فرد است(سلیمی، ۱۳۸۹ .ص۸۸).

۴-طیف سنج مرئی فرابنفش

طیف سنجی یا اسپکتروفتومتری روشی است که میزان جذب یا عبور نور از یک نمونه را نشان می‌دهد. در این روش شدت نور عبوری از نمونه اندازه‌گیری می‌شود. سپس مقدار آن با شدت نور اولیه مقایسه می‌شود. به این ترتیب میزان نور جذب شده به دست می‌آید. اصل اساسی این سیستم این است که هر یک از ترکیبات اکسیجن ، نور را در طول‌موج های خاصی جذب می‌کنند یا عبور می‌دهند. همچنین می‌تواند برای اندازه‌گیری غلظت یک ماده اکسیجن  شناخته شده مورد استفاده قرار گیرد. اسپکتروفتومتری یکی از روش‌های مفید تجزیه و تحلیل کمی در زمینه‌های مختلف مانند شیمی، فیزیک، بیوشیمی، مهندسی مواد و کاربردهای بالینی است. در واقع در هر آزمایشگاهی که در آن روی مواد اکسیجن  کار می شود، حداقل یک اسپکتروفتومتر یافت می‌شود. به عنوان مثال در بیوشیمی از آن برای تعیین واکنش‌های کاتالیز شده آنزایم یا در کاربردهای بالینی آن برای بررسی خون یا بافت ها استفاده می‌شو(سلیمی، ۱۳۸۹ .ص۹).

خلاصه تحقیق

برای چندین دهه دانشمندان ازطیف بازتابندگی با قدرت تفکیک طیفی بالا، برای ارزیابی ویژگی‌های فیزیکی و اکسیجن خاک استفاده نموده‌اند. انقلاب بزرگ این مطالعات، استفاده ازطیف سنجی مرئی- فروسرخ برای کالیبراسیون کمی توصیف مواد مغذی و ویژگی‌های فیزیکی خاک بوده است. تجمیع این فن‌آوری با داده‌های سنجش از دور، نقشه برداری‌های زمینی و روش‌های زمین آماری جدید، موجب توسعه قابلیت ارزیابی خاک در سطح وسیع شده است. تحلیل سریع خاک به روش طیف‌سنجی محدودیت‌های مربوط به جمع‌آوری نمونه و آزمایشات میدانی را تا حد زیادی

اشتراک‌گذاری: