ما هو جهاز قياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية؟

مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية  يُعد جهاز قياس الطيف الضوئي بالأشعة فوق البنفسجية والمرئية نوعًا مهمًا جدًا من الأدوات التحليلية، سواء في مجالات البحث العلمي في الفيزياء والكيمياء وعلم الأحياء والطب وعلوم المواد والعلوم البيئية، أو في الصناعة الكيميائية والطب والاختبارات البيئية، وفي أقسام الإنتاج والإدارة الحديثة مثل علم المعادن، حيث يتمتع هذا الجهاز بتطبيقات واسعة وهامة.

يعود الفضل في اختراع جهاز قياس الطيف الضوئي إلى دوبوسك ونيسلر اللذين طبقا قانون لامبرت-بير في مجال التحليل الكمي للكيمياء عام 1854، وصمما أول مقياس للألوان. وبحلول عام 1918، أنتج المكتب الوطني الأمريكي للمعايير أول جهاز قياس طيف ضوئي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية. ومنذ ذلك الحين، شهد هذا الجهاز تحسينات مستمرة، وظهرت أنواع مختلفة من الأجهزة، مثل أجهزة التسجيل والطباعة التلقائية، وأجهزة العرض الرقمي، وأجهزة التحكم بالحواسيب الصغيرة، مما ساهم في تحسين حساسية ودقة طريقة القياس الضوئي، وتوسيع نطاق تطبيقاتها. يوجد حاليًا نوعان رئيسيان من هذه الأجهزة في السوق: جهاز قياس الطيف الضوئي ذو المحزز الماسح، وجهاز قياس الطيف الضوئي ذو المحزز الثابت.

مطياف الأشعة فوق البنفسجية

تطوير مطياف الأشعة فوق البنفسجية

فيما يتعلق بمكونات تقسيم الضوء، فقد مرّ الجهاز بمراحل تطورية شملت الموشورات، والشبكات المحفورة آليًا، والشبكات الهولوغرافية. وسرعان ما حلت الشبكات الهولوغرافية التجارية محل الشبكات المحفورة التقليدية. أما فيما يخص التحكم بالجهاز، فمع ظهور الحواسيب الصغيرة أحادية الشريحة، والمعالجات الدقيقة، وتكامل تقنيات البرمجيات والأجهزة، تطور التحكم اليدوي من التحكم اليدوي المبكر إلى التحكم الآلي. وفيما يتعلق بالعرض والتسجيل والرسم، استُخدم رأس المقياس (مقياس الجهد) للإشارة، واستُخدم الرسم بواسطة الراسمة في البداية، ثم استُخدمت الفولتميترات الرقمية للعرض الرقمي. أما اليوم، فتُستخدم شاشات LCD أو شاشات الحاسوب بشكل أكثر شيوعًا. وفيما يخص الكواشف، استُخدمت الخلايا الضوئية والأنابيب الضوئية في البداية، ثم شاع استخدام أنابيب المضاعف الضوئي، وحتى مصفوفات الثنائيات الضوئية لاحقًا. وقد أدى الجمع بين كاشف المصفوفة والشبكة المقعرة إلى قفزة نوعية في سرعة قياس الجهاز.

من حيث تصميم الأجهزة، تطورت من شعاع واحد إلى شعاعين. واليوم، تكاد جميع أجهزة قياس الطيف الضوئي المتقدمة تعمل بشعاعين. تستخدم بعض الأجهزة عالية الدقة مُوحِّدَي لون مزدوج، مما يُحسِّن أداء الجهاز بشكل كبير من حيث الدقة وتقليل الضوء الشارد. مع تطور تقنية الدوائر المتكاملة وتقنية الألياف الضوئية، والاستخدام المُدمج لتقنيات جديدة مثل محززات الهولوغرام المقعرة الصغيرة، وكواشف المصفوفات، وواجهات USB، ظهرت أجهزة قياس طيف ضوئي محمولة ومتعددة الاستخدامات، صغيرة الحجم، وحتى بحجم كف اليد، تعمل بالأشعة فوق البنفسجية والمرئية. وقد مكّن تطور تقنية الإلكترونيات الضوئية وتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) من دمج عناصر التحليل الطيفي والكواشف على ركيزة واحدة لصنع أجهزة قياس طيف ضوئي مصغرة. ومع ازدياد نضج تقنية مصادر الضوء LED وتطور الصناعة، أصبحت أجهزة قياس الطيف الضوئي الصغيرة والمحمولة وغير المكلفة التي تستخدم مصابيح LED كمصادر للضوء محورًا رئيسيًا للبحث والتطوير. بالإضافة إلى التشتت المكاني، قام بعض الأشخاص أيضًا بدراسة تطبيق ترشيح التعديل الصوتي البصري وقياس الطيف بتحويل فورييه في منطقة الأشعة فوق البنفسجية المرئية.

يمكن لوظائف البرمجيات في الجهاز أن تُحسّن بشكل كبير من أدائه وقيمته. فبالإضافة إلى برامج التحكم بالجهاز وبرامج تحليل ومعالجة البيانات العامة، طوّرت العديد من الأجهزة برامج تحليل خاصة لتطبيقات صناعية مختلفة، مما يوفر راحة كبيرة لمستخدمي الأجهزة.