اغلب از اصطلاحات علمی به جای هم استفاده میشود و توصیفات پذیرفتهشدهی علمی همیشه در حال اصلاح و پذیرفتن تفسیر جدید هستند که این موضوع میتواند منجر به خطا در فهم علمی مطالب شود. اما با وجود این که چنین خطاهایی به طور کامل قابل حذف نیستند، میتوان با آگاهی از آنها، فهم بهتر، ریشهشناسی کلمات و استفاده از روشهای علمی دقیق و هوشمندانه این خطاها را کاهش داد. در این مطلب قصد داریم به بیان تفاوت طیف سنجی و طیف بینی بپردازیم. زیرا این دو اصلاح از نظر ظاهری شبیه هم هستند اما تفاوتهای علمی دارند. با ما همراه باشید.
طیف بینی چیست؟
طیف بینی، مطالعهی جذب و نشر نور و دیگر پرتوها توسط اجسام است. این تکنیک عبارت است از شکافت نور (یا به صورت دقیقتر شکافت یک پرتو الکترومغناطیسی) به طول موجهای سازندهی آن نور یا طیف. این موضوع بسیار شبیه همان کاری است که یک منشور نور را به رنگینکمانی از رنگها تجزیه میکند. در حقیقت، طیفبینیهای قدیمی توسط یک منشور و صفحههای عکاسی انجام میشده است.
طیفبین پیشرفته با توری پراش، نور را پخش میکند، که بر روی CCDs (دستگاههای جفت بار) پخش میشود، مشابه با آن چه که در دوربینهای دیجیتال استفاده میشود. طیف دوبعدی به راحتی از این شکل دیجیتالی استخراج شده و برای تولید طیف یکبعدی که حاوی مقدار زیادی اطلاعات مفید است، دستکاری میگردد.
- جذب اتمی چیست؟ طیف سنجی جذب اتمی
ما در بلاگ صدراپژوهش این مقاله را تهیه کردیم تا شما عزیزان با فرایند جذب اتمی آشنا شوید. در این مقاله در ابتدا به صورت کامل در مورد این تئوری صحبت کرده و بعد از آن وارد جزئیات خود دستگاه میشویم.
اخیرا تعریف طیفبینی توسعه یافتهاست و شامل مطالعهی برهمکنشهای بین ذراتی همچون الکترونها، پروتونها و یونها و همچنین برهمکنش آنها با سایر ذرات به عنوان تابعی از انرژی برخورد آنها نیز میشود.
چگونه از طیفبینی استفاده میشود؟
طیفبینی نه تنها یک رشتهی تخصصی و منحصربهفرد است، بلکه در بسیاری از رشتهها نیز کاربرد دارد. در حالی که برای تحقیقات اولیهی کوانتومی یک پشتوانه نظری در زمینه پرتو و ساختار اتم فراهم میکند، دارای تعداد قابل توجهی کاربرد متفاوت نیز هست. تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) و دستگاههای اشعهی X از شکلی از طیفبینی فرکانس رادیویی بهره میبرند، ما آرایش منحصربهفرد و ویژگیهای فیزیکی اجسام اختری دور را از طریق طیف و طول موج آنها اندازه میگیریم و حتی برای آزمایش دوپینگ در ورزش نیز کاربرد دارد.
انواع مختلف طیفبینی با نوع انرژی تابشی درگیر در واکنش متمایز میشوند. در بسیاری از کاربردها، طیف با اندازهگیری تغییرات در شدت یا فرکانس انرژی تابشی تعیین میشود. همچنین انواع طیفبینی با توجه به ماهیت واکنش بین انرژی و ماده نیز قابل تمییز است. از جمله:
1- طیفبینی نجومی
این نوع از طیفبینی بیشتر مربوط به بررسی اجسام در فضا میباشد. با کمک تجزیه و تحلیل سادهی اجسام نجومی با طیفبینی میتوانیم طیف تابش الکترومغناطیسی را اندازه گرفته و طول موج آن را تعیین کنیم. این موضوع به ما اطلاعاتی در مورد ترکیب شیمیایی جسم (به عنوان فاکتور طیف و جرم آنها)، دما، فاصله و سرعت آن (به کمک تابعی از طول موج و سرعت نور) میدهد.
2- طیفبینی جذبی
طیفبینی جذبی شامل استفاده از تکنیکهای طیفبینی است که جذب تابش در جسم را اندازه میگیرند. در این صورت ما میتوانیم ساختمان اتمی نمونه را با کمک آزمایش جذب عناصر خاص در سراسر طیف الکترومعناطیسی تعیین کنیم.
3- طیفبینی زیست – پزشکی
طیفبینی زیست – پزشکی نوعی از طیفبینی است که در زیست – پزشکی کاربرد دارد. به عنوان مثال، طیفبینی رزونانس مغناطیسی (تکنیک تخصصی مربوط به تصویربرداری رزونانس مغناطیسی) اغلب برای تشخیص و مطالعه تغییرات شیمیایی در مغز کاربرد دارد که میتواند عامل بهوجودآورندهی هر چیزی از افسردگی گرفته تا تومورهای فیزیکی باشد و همینطور میتواند ساختار متابولیکی عضله را بررسی نمایند. این کار با نگاشت طیفی از طول موجها در مغز انجام میشود و با یک طیف معلوم مطابقت داده و به دقت الگوها و انحرافات در آن دو طیف تجزیه و تحلیل میشود.
4- طیفبینی پراش انرژی اشعهی ایکس
طیفبینی پراش انرژی اشعهی ایکس(به عنوان EDS/EDX نیز شناخته میشود) در شناسایی و تعیین کمیت عناصر موجود در یک نمونه کاربرد دارد. Phenom ProX Desktop SEM از این تکنیک استفاده میکند. همچنین میتوان از این تکنیک همراه با میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی (STEM) با قدرت تفکیک مکانی خوب برای تجزیه و تحلیل عنصری در مواد بسیار کوچک در حد نانومتر استفاده نمود.
طیف سنجی چیست؟
طیف سنجی، اندازهگیری برهمکنشهای بین نور، ماده و واکنشها و اندازهگیری شدت تابش و طول موج است. به عبارت دیگر، طیف سنجی یک روش مطالعه و اندازهگیری طیفی خاص است و در تجزیه و تحلیل طیف سنجی مواد سازندهی نمونه بسیار کاربرد دارد.
طیف سنجی جرمی، نمونهای از طیفسنجی است که جرمهای درون نمونهی شیمیایی را از طریق نسبت جرم به بار آنها اندازهگیری مینماید. این کار معمولا با یونیکردن ذرات نمونه با بارانی از الکترونها انجام میشود، سپس آنها را از درون میدان مغناطیسی عبور داده تا در مراحل مختلف از هم منحرف شده و جدا شوند. هنگامی که ذرات از هم جدا شدند، توسط تکثیرکنندهی الکترونی اندازهگیری میشوند و ما میتوانیم ساختار نمونه را از طریق جرم هر یون شناسایی کنیم. معمولا میکروسکوپهای الکترونی روبشی برای طیفسنجی بر اساس کاربرد، گزینههایی را ارائه میدهند.
استفادههای عملی از طیفسنجی جرمی شامل تعیین سن ایزوتوپ و تعیین مشخصات پروتئین است. رباتهای کاوشگر فضایی سرگردان مستقل همچون کاوشگر فونیکس مریخ نیز با خود طیفسنج جرمی برای تجزیه و تحلیل خاکهای خارج از کره زمین حمل میکنند.
تاریخچه طیف سنجی
مطالعه تاریخ طیفسنجی به دهه 1600 باز میگردد. در آن زمان برای اولین بار اسحاق نیوتن کشف کرد که تمرکز نور بر شیشه موجب شکافت نور به رنگهای مختلف رنگینکمان میشود (به آن طیف نور مرئی میگوییم). تشکیل طیف یک پدیده آشکار و قابل مشاهده است (این طیف، رنگهای رنگینکمان را تشکیل میدهد و موجب درخشندگی بر سطح یک گودال میشود)، اما قرنها طول کشید تا تحقیقات مقطعی و گسترش مطالعه موجب ایجاد موضوعی منسجم شد که میتواند برای نتیجهگیریهای کاربردی قابلاستفاده باشد.
چندین نسل از دانشمندان همچون ویلیام هاید ولاستون بودند که خطوط تیرهی موجود در طول این طیف را کشف کردند. در نهایت، مشخص شد که این خطوط تیره، ناشی از جذب نور خورشید توسط مواد شیمیایی حاضر در جو کره زمین است.
به بیان ساده، همانطور که نور طبیعی از اجرام آسمانی در فضا مانند خورشید فیلتر میشود، واکنشهای متفاوتی در اتمسفر کرهی زمین نیز انجام میدهد. هر عنصر شیمیایی به میزان کم و به صورت متفاوتی در این فرایند واکنش میدهد، برخی به صورت مرئی (آنهایی که در طول موج 700-390 نانومتر هستند و با چشم انسان قابل رؤیت هستند) و برخی دیگر به صورت نامرئی (مانند امواج مادون قرمز و فرابنفش که بیرون از طیف مرئی هستند).
برخی از کاربردهای طیفسنجی عبارتند از:
- استفاده از طیفهای منحصربهفرد برای شناسایی مواد شیمیایی تشکیلدهنده و اندازهگیری دما و سرعت اجرام آسمانی
- غربالگری و تجزیه و تحلیل متابولیتها و بهبود ساختار داروها
- اندازهگیری مواد شیمیایی نمونهبرداریشده یا نانوذرات از طریق نسبت جرم به بار آنها به کمک طیفسنجی جرمی
تفاوت طیف سنجی و طیف بینی
حال که این دو مفهوم را به صورت دقیق بررسی کردیم، وقت آن رسیده که به صورت دقیق به تفاوت طیف سنجی و طیف بینی بپردازیم.
طیفبینی، علم مطالعهی برهمکنش بین ماده و انرژی تابشی است. مطالعهی خصوصیات جذبی ماده یا رفتار جذبی آن در هنگام برخورد با تابش الکترومغناطیسی است. طیفبینی اصلا نتیجهای تولید نمیکند و رویکرد نظری به علم دارد.
از سوی دیگر، طیفسنجی روشی برای اندازهگیری کمی طیف است. این تکنیک کاربرد عملی در جایی دارد که نتیجهای تولید شود که به اندازهگیری کمی کمک نماید، مانند جذب نور، چگالی نوری یا عبور نور.
خلاصه این که طیفبینی یک علم نظری است اما طیفسنجی، اندازهگیری عملی تعادل ماده در سطوح اتمی و مولکولی میباشد.
طیفسنجها
طیفسنج به هر دستگاهی گفته میشود که برای اندازهگیری تغییرات یک ویژگی فیزیکی در محدوده معین یعنی طیف به کار میرود. این طیف میتواند یک طیف نسبت جرم به بار در طیفسنجی جرمی، تغییر فرکانسهای رزونانس هستهای در طیفسنجی رزونانس مغناطیس هستهای (NMR) یا تغییر در جذب و نشر نور توسط تغییر در طول موج در یک طیفسنج نوری باشد. طیفسنج جرمی، طیفسنج NMR و طیفسنج نوری، سه نوع از رایجترین طیفسنجهای مورداستفاده در آزمایشگاههای تحقیقاتی سراسر دنیا هستند.
طیفسنج، طول موج و فرکانس نور را اندازه میگیرد و به ما در شناسایی و تحلیل اتمهای موجود در نمونه مورد آزمایش کمک مینماید. در سادهترین شکل خود، طیفسنجها شبیه شکل پیچیدهای از پراش عمل میکنند که تقریبا مشابه با بازی نور است در زمانی که نور سفید به حفرههای ریز یک DVD یا سایر دیسکهای فشرده برخورد کند.
نور از یک منبع میگذرد (که از طریق گرمشدن، تابش میکند)، سپس به یک توری پراش (بسیار شبیه خط مصنوعی فرانهوفر) میرسد و به یک آینه منتقل میشود. چون نور منتشرشده از یک منبع اصلی، مشخصهی ترکیب اتمی آن است، پراش و انعکاس نور در وهله اول موجب پخش نور میشود، سپس به صورت طول موجی منعکس میشود که ما میتوانیم آن را آشکارسازی کرده و به صورت کمی درآوریم.
منبع: وبسایت atascientific
