Javidparvar@gmail.com
+989132050479

يشير مطيافية الانبعاث الضوئي (القياس الطيفي للإنبعاث الضوئي) و المعروفة أيضًا باسم بالمطيافية الضوئية الإلكترونية ( المطيافية الكهروضوئية أو القياس الطيفي الضوئي الإلكتروني) إلى قياس طاقة الإلكترونات المنبعثة من المواد الصلبة أو الغازات أو السوائل بواسطة التأثير الكهروضوئي ، من أجل تعيين طاقات الربط للإلكترونات الموجودة في مادة ما و لتحديد جهود التأين للجزيئات.

فالعينة التي تكون على شكل بخار او غاز يتم اشعاعها بشعاع دقيق من الأشعة فوق البنفسجية فالإلكترونات النتاجة عن تلك العملية تمرر خلال شق ( فتحة ضيقة ) إلى منطقة مفرغة حيث تنحرف بتأثير مجالات مغناطيسية أو كهربائية لتعطي طيف للطاقة . فالطيف الإلكتروني الضوئي يشمل قمما ترتبط مع جهود التأين للجزيئات ( و بالتالي طاقات الفلك )، و ايضا توفر هذه التقنية معلومات حول مستويات الطاقة الإهتزازية للأيونات المتكونة .

يشير المصطلح إلى تقنيات مختلفة و ذلك اعتمادًا على ما إذا كانت طاقة التأين يتم توفيرها بواسطة فوتون الأشعة السينية أو فوتون (فوتون الأشعة فوق بنفسجسة القوية أو عالية الطاقة) أو فوتون الأشعة فوق البنفسجية. و بغض النظر عن شعاع الفوتون الساقط ، فإن كل القياسات الطيفية الضوئية تدور حول الموضوع العام لتحليل السطح عن طريق قياس الإلكترونات المقذوفة.

طور كاي سيجبان القياس الطيفي للأشعة السينية الإلكترونية منذ العام 1957 و استخدم لدراسة مستويات الطاقة للإلكترونات الداخلية للذرة في المواد الصلبة بشكل أساسي. و قد أشار سيجبان إلى هذه التقنية باسم “القياس الطيفي للإلكترون للتحليل الكيميائي أو مطيافية الإلكترون للتحليل الكيميائي”، و حيث أن المستويات الداخلية لها تحولات كيميائية صغيرة تبعًا للبيئة الكيميائية للذرة المؤينة فقد سمح ذلك بتحديد التركيب الكيميائي.

حصل سيجبان و نتيجة لأبحاثه حول هذا العمل على جائزة نوبل عام 1981 . و أحيانا يشار إلى باسم (مطيافية الإلكترون الضوئية للأفلاك الداخلية) ، في حين يشار إلى الإشعاع المنخفض الطاقة لضوء الأشعة فوق البنفسجية باسم (الأفلاك الخارجية) لأنه لا يمكن أن تثير الإلكترونات الداخلية.

في المنطقة فوق البنفسجية والمرئية ، يشار إلى هذه الطريقة عادة باسم المطيافية الكهروضوئية لدراسة الغازات ، و مطيافية الإنبعاث الضوئي للأسطح الصلبة.

يستخدم المطيافية الكهروضوئية للأشعة فوق البنفسجية لدراسة مستويات طاقة التكافؤ والترابط الكيميائي و لا سيما خصائص الترابط للمدارات الجزيئية. فقد تم تطوير هذه الطريقة في الأصل لجزيئات الطور الغازي في عام 1961 بواسطة فيودور فيليسوف وفي عام 1962 بواسطة ديفيد تورنير ومن بين العلماء الآخرين الاوائل الذين عملوا في هذا المجال: ديفيد فروست و ج. إيلاند و ك. كيمورا وفي وقت لاحق قام ريتشارد سمالي بتعديل التقنية واستخدم ليزرالأشعة فوق البنفسجية لإثارة العينة من أجل قياس طاقة الربط للإلكترونات في التجمعات الجزيئية الغازية.

يعمل مطيافية الإلكترون الضوئي ثنائية الفوتون على توسيع التقنية لتشمل الحالات الإلكترونية المستثارة بصريًا من خلال إدخال مخطط المضخة ة المجس .

يقع المطيافية الكهروضوئية للأشعة فوق البنفسجية القوية بين و . و يستخدم عادة لتقييم بنية رابطة التكافؤ. و بالمقارنة مع ، فإنه يعطي دقة طاقة أفضل ، وبالمقارنة مع تكون الإلكترونات المقذوفة أسرع ، مما ينتج عنه شحنة مساحة أقل وتخفيف آثار الحالة النهائية.

Javidparvar@gmail.com
+989132050479

استطارة رمان عندما يتم تسليط الضوء على الجزيئات، يتشتت الضوء بواسطة تلك الجزيئات. معظم موجات الضوء المستطارة يكون لها نفس تردد الضوء الساقط ولكن بعض الموجات سيكون لها تردد مختلف بسبب التفاعل بين تذبذب الضوء والاهتزاز الجزيئي. ظاهرة تشتت الضوء مع تغير التردد تسمى استطارة رامان. نظرًا لأن تغير التردد هذا خاص بالاهتزاز الجزيئي والفونون في البلور، فمن الممكن تحليل تكوين المواد أو معلومات الشبكة البلورية عن طريق تحليل طيف الضوء المستطار لرامان. طريقة التحليل هذه تسمى مطيافية رامان. وللتحليل في المنطقة المجهرية يستخدم مطياف رامان، حيث يتم دمج مطياف رامان مع ميكروسكوب (مطيافية رامان الميكروية).

Fig.1

في الآونة الأخيرة، أصبح من الشائع جدًا قياس طيف رامان لجميع النقاط في المنطقة وإعادة بناء الصورة المجهرية في نطاق طيف معين لمعرفة توزيع المعلومات الطيفية. إن أداة رامان التي لديها القدرة على إظهار صورة رامان الطيفية تسمى مجهر رامان.

Fig.2

ما هو طيف رامان؟

يحتوي الضوء المستطار لرامان على معلومات مختلفة عن الجزيئات في المادة. إذا قمت بفصل الضوء المستطار عن طريق الطول الموجي من أجل تفسيرها، يمكنك أن ترى أن ضوء رايلي المستطار الذي يساوي الطول الموجي للضوء الساقط تم الكشف عنه بقوة ويتم اكتشاف ضوء رامان المستطار على كلا الجانبين كما هو موضح في الشكل 3. يُطلق على ضوء رامان المستطار المكتشف على جانب الطول الموجي الأقصر من ضوء رايلي المبعثر خط ستوكس المضاد، والضوء المكتشف على جانب الطول الموجي الأطول يسمى خط ستوكس. بشكل عام، يتم استخدام خطوط ذات الكثافة العالية للتحليل.

Fig.3

يتم تحويل المعلومات الخاصة بكل طول موجي مشتت إلى رقم موجي (الطول الموجي1 / )  ويتم حساب الفرق مع عدد الموجة للضوء الساقط.  يسمى الفرق بين الأعداد الموجية على المحور الأفقي والشدة على المحور الرأسي طيف رامان. من المحور الأفقي ، يمكنك قراءة معلومات الاهتزاز الجزيئي، ومن المحور الرأسي، يمكنك قراءة قوة النشاط.

حيث يمكن تحديد نوع وجودة الروابط الكيميائية. علاوة على ذلك، إذا كانت مادة بلورية، فيمكن معرفة درجة التبلور والتشوه لـ الشبكة بلورية.

مطياف رامان هو شكل تشتت من التحليل الطيفي الجزيئي، غالبًا ما تتم مقارنته مع التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء لأنّ كلاهما يوفر معلومات حول بنية وخصائص الجزيئات من تحولاتها الاهتزازية، يحدث امتصاص الأشعة تحت الحمراء عندما يكون تردد الضوء الوارد مساويًا للتردد الاهتزازي لوضع اهتزازي معين للجزيء الذي يسمح بامتصاص الفوتون “غير مبعثر”، هذا هو حدث فوتون واحد بالنسبة للعزم ثنائي القطب للجزيء.

على النقيض من ذلك، فإنّ تشتت رامان أو تبعثر رامان، أو “تأثير رامان” ، هو حدث ثنائي الفوتون ينطوي على تغيير في استقطاب الجزيء فيما يتعلق بحركته الاهتزازية في شكل طاقة مبعثرة، يؤدي تفاعل استقطاب الجزيء مع الضوء الوارد إلى إحداث عزم ثنائي القطب والضوء المنتشر بواسطة هذا ثنائي القطب المستحث يحتوي على “تشتت رامان” جنبًا إلى جنب مع “تشتت رايلي” ، “تبعثر رايلي” يتوافق مع الضوء المنتشر بشكل مرن، بنفس تردد الإشعاع الساقط، يتم تحويل “تشتت رامان” في التردد والطاقة من الإشعاع الساقط بمقدار الطاقة المكتسبة أو المفقودة في الجزيء حيث ينثر الطاقة ثمّ يصبح في حالة السكون.

توفر هذه التحولات الجزيئية المحددة، لكل من مطيافية، عند رسمها كطيف نمطًا فريدًا أو بصمة للمركب قيد التحقيق، بسبب خصائص التناظر للجزيء، قد لا تُرى الاهتزازات التي تُرى في طيف رامان “أو تُلاحظ بشكل ضعيف” في طيف الأشعة تحت الحمراء والعكس صحيح عند استجواب الجزيئات غير المتماثلة، يتم تلخيص هذا السلوك في قواعد الاختيار التي تحكم هذه الأنواع من التفاعلات، استنادًا إلى المعلومات الجزيئية المتشابهة، ولكن الفريدة، التي اكتسبتها هذه التقنيات، تعتبر وتقنيات تكميلية.

Fig.4

Fig.5

تاريخ تبعثر رامان

في عام (1928)، لاحظ “رامان” و”كريشنان” الظاهرة التي تُعرف الآن باسم “تأثير رامان” وهي أساس “مطياف رامان”، تتضمن هذه الظاهرة تفاعل الفوتونات مع جزيء يتبعه تشتت غير مرن عادةً عند طاقة أقل، تنتشر الفوتونات بشكل مرن، يشار إلى هذه الفوتونات المتناثرة غير المرنة ذات الطاقة المنخفضة بواحد في المليون باسم “تشتت ستوكس” وهي خاصة بالروابط داخل الجزيء ممّا ينتج عنه توقيع طيفي فريد لبنية جزيئية معينة.

تمّ إجراء تجربتهم باستخدام ضوء أحادي اللون، وتمّ ترشيح ضوء الشمس لتترك لونًا واحدًا فقط، ووجدوا في عام (1923) أنّ عددًا من السوائل غير لون الضوء، ولكن بشكل ضعيف جدًا، ثمّ في عام (1927) وجدوا تغيرًا قويًا في اللون بشكل خاص من الضوء المنتشر بواسطة الجلسرين حيث تغير الضوء الأزرق الساقط إلى اللون الأخضر، أخيرًا، في عام (1928)، تمّ إنشاء أول “طيف رامان” وخضع لاحقًا للعديد من التحسينات الهندسية حيث تقدم علم المواد في مجالات الليزر والبصريات وأجهزة الكشف.

References

• Keresztury, Gábor (2002). “Raman Spectroscopy: Theory”. Handbook of Vibrational Spectroscopy. 1. Chichester: Wiley. ISBN0471988472
• Raman, C. V. (1928). “A new radiation”. Indian Journal of Physics. 2: 387–398. hdl:10821/377
• S. Krishnan; Raman, C. V. (1928). “The Negative Absorption of Radiation”. Nature. 122 (3062): 12– 13. Bibcode:1928Natur.122…12R.  doi:10.1038/122012b0. ISSN 1476-4687. S2CID 4071281
• Singh, R. (2002). “C. V. Raman and the Discovery of the Raman Effect”. Physics in Perspective. 4 (4): 399–420. Bibcode:….4..399S