مطيافية الأشعة فوق البنفسجية - المبدأ، الجهاز، التطبيق

علم الأطياف هو قياس وتفسير الإشعاع الكهرومغناطيسي الممتص أو المنبعث عندما تنتقل جزيئات أو ذرات أو أيونات عينة من حالة طاقة إلى حالة طاقة أخرى.

يُعد التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية طيف امتصاص يتم فيه امتصاص الضوء في منطقة الأشعة فوق البنفسجية (200-400 نانومتر) بواسطة الجزيئات، مما يتسبب في إثارة الإلكترونات من الحالة الأرضية إلى حالة طاقة عالية.

مبادئ التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية

يرتبط علم الأطياف بشكل أساسي بتفاعل الضوء والمادة.

عندما تمتص المادة الضوء، تكون النتيجة زيادة في محتوى الطاقة للذرات أو الجزيئات.

عند امتصاص الأشعة فوق البنفسجية، يتسبب ذلك في إثارة الإلكترونات من الحالة الأرضية إلى حالة الطاقة الأعلى.

جزيئات تحتوي علىπ يمكن للإلكترونات أو الإلكترونات غير الرابطة (الإلكترونات n) امتصاص الطاقة على شكل أشعة فوق بنفسجية، مما يؤدي إلى إثارة هذه الإلكترونات إلى مدارات جزيئية أعلى مقاومة للروابط.

كلما كان إثارة الإلكترون أسهل، زاد طول موجة الضوء الذي يمتصه. هناك أربعة أنواع محتملة من الانتقالات (π–π *, ن–π *, σ–σ *، و ن–σ *), ويكون ترتيبها كما يلي:σ–σ *> ن–σ *>π– π *> ن–Π *

سيؤدي امتصاص المركب للأشعة فوق البنفسجية إلى إنتاج طيف فريد يساعد في تحديد المركب.

مطياف الأشعة فوق البنفسجية

مصدر ضوء

تُعد مصابيح خيوط التنجستن ومصابيح الهيدروجين والديوتيريوم من أكثر مصادر الضوء استخدامًا وملاءمة لأنها تغطي نطاق الأشعة فوق البنفسجية بالكامل.

تتميز مصابيح خيوط التنجستن بغناها بالإشعاع الأحمر. وبشكل أكثر تحديداً، فإنها تُصدر إشعاعاً بطول موجي 375 نانومتر، بينما تنخفض شدة إشعاع مصباح الهيدروجين-الديوتيريوم إلى ما دون 375 نانومتر.

أحادي اللون

يتكون جهاز أحادي اللون عادةً من موشور وشق.

معظم أجهزة قياس الطيف الضوئي المرئي هي أجهزة قياس طيف ضوئي ثنائية الحزمة.

يتم تشتيت الإشعاع المنبعث من مصدر الضوء الرئيسي بواسطة موشور دوار.

بعد ذلك، يتم اختيار الأطوال الموجية المختلفة لمصدر الضوء المفصول بواسطة الموشور بواسطة الشق بحيث يؤدي دوران الموشور إلى مرور سلسلة من الأطوال الموجية المتزايدة باستمرار عبر الشق لأغراض التسجيل.

إن شعاع الضوء الذي يتم اختياره بواسطة الشق أحادي اللون ويتم تقسيمه بشكل أكبر إلى شعاعين بواسطة موشور آخر.

خلية العينة وخلية المرجع

يمر أحد الشعاعين المنفصلين عبر محلول العينة، ويمر الشعاع الثاني عبر محلول المرجع.

يحتوي كل من محلول العينة والمحلول المرجعي على محتويات الخلية.

تُصنع هذه البطاريات من ثاني أكسيد السيليكون أو الكوارتز. لا يمكن استخدام الزجاج في الخلايا لأنه يمتص الضوء في منطقة الأشعة فوق البنفسجية.

كاشف

عادةً ما يتم استخدام خليتين ضوئيتين للكشف في طيف الأشعة فوق البنفسجية.

تستقبل إحدى الخلايا الضوئية شعاع الضوء من خلية العينة، بينما يستقبل الكاشف الثاني شعاع الضوء من الخلية المرجعية.

تكون شدة الإشعاع الصادر من الخلية المرجعية أقوى من شدة الإشعاع الصادر من خلية العينة. وهذا يؤدي إلى حدوث نبضات أو تيار متردد في الخلية الضوئية.

مضخم طاقة

يتم نقل التيار المتردد المتولد في الخلية الضوئية إلى المضخم.

يتم توصيل المضخم بمقياس مؤازر صغير.

بشكل عام، تكون شدة التيار المتولد في الخلية الكهروضوئية منخفضة للغاية، والغرض الرئيسي من المضخم هو تضخيم الإشارة عدة مرات من أجل الحصول على إشارة واضحة وقابلة للتسجيل.

جهاز التسجيل

في معظم الأحيان، يتم توصيل مكبر الصوت بجهاز تسجيل صوتي متصل بالكمبيوتر.

يقوم الحاسوب بتخزين جميع البيانات المُولَّدة وإنشاء أطياف المركبات المطلوبة.

تطبيق مطيافية الأشعة فوق البنفسجية

الكشف عن الشوائب

إنها إحدى أفضل الطرق لتحديد الشوائب في الجزيئات العضوية.

بسبب الشوائب الموجودة في العينة، يمكن ملاحظة قمم أخرى ويمكن مقارنتها بالمواد الخام القياسية.

من خلال قياس الامتصاص عند طول موجي محدد، يمكن الكشف عن الشوائب.

توضيح بنية المركبات العضوية

يمكن استخدامه لتوضيح بنية الجزيئات العضوية، على سبيل المثال للكشف عن وجود أو عدم وجود روابط غير مشبعة، ووجود ذرات غير متجانسة.

يمكن استخدام مطيافية امتصاص الأشعة فوق البنفسجية لتحديد المركبات التي تمتص ضوء الأشعة فوق البنفسجية كمياً.

يمكن استخدام مطيافية امتصاص الأشعة فوق البنفسجية لتحديد أنواع المركبات التي تمتص الأشعة فوق البنفسجية، مما يسمح بتحديد المركبات نوعيًا. ويتم التحديد بمقارنة طيف الامتصاص مع طيف مركب معروف.

تُستخدم هذه التقنية للكشف عن وجود أو عدم وجود مجموعات وظيفية في المركبات. وتُعتبر الحزم التي تفتقر إلى طول موجي محدد دليلاً على عدم وجود مجموعات معينة.

يمكن أيضاً دراسة حركية التفاعل باستخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية. يمر الإشعاع فوق البنفسجي عبر خلية التفاعل، ويمكن ملاحظة التغير في الامتصاص.

تتوفر العديد من الأدوية إما كمواد خام أو على شكل مستحضرات. ويمكن الكشف عنها عن طريق تحضير محلول دوائي مناسب وقياس الامتصاص عند طول موجي محدد.

يمكن قياس الوزن الجزيئي للمركبات باستخدام مطياف ضوئي عن طريق تحضير مشتقات مناسبة من هذه المركبات.

يمكن استخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية ككاشف في جهاز HPLC.