طیف‌سنجی چیست

طیف‌سنجی فرابنفش-مرئی-فروسرخ نزدیک (UV-vis-NIR)

این روش، مطالعه‌ی برهم‌کنش امواج الکترومغناطیسی با ماده است که به آن طیف‌سنجی یا اسپکتروسکوپی گویند. تابش الکترومغناطیسی با مؤلفه‌هایی هم چون طول‌موج، فرکانس و سرعت مشخص می‌شود. در این روش، هر دو رفتار دو گانگی ذره و موج  نور نقش دارند. هرگاه نور انتشار یابد از خود خاصیت موجی و هرگاه نور با ماده اندرکنش کند خاصیت ذره‌ای از خود نشان می‌دهد.

طیف الکترومغناطیسی از محدوده‌ی امواج رادیویی تا پرتوهای گاما را در بر گرفته و بر حسب فرکانس به نام‌های متفاوتی خوانده می‌شوند. کسری از طیف که به چشم انسان قابل رؤیت است نور مرئی ناحیه‌ی طول موج ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر را تشکیل می‌دهد. با افزایش فرکانس (کاهش طول‌موج) به محدوده‌ی فرابنفش یعنی طول موج ١۰۰ تا ۴۰۰ نانومتر می‌رسد و از ۷۰۰ تا ۲۳۰۰ نانومتر نیز فروسرخ نامیده می‌شود.

در طیف‌سنجیUV-vis-NIR ، جذب تابش الکترومغناطیسی باعث برانگیختگی الکترون‌های پائین‌ترین لایه اتم‌ها و مولکول‌ها می‌شود. این انتقال الکترونی در اتم‌ها باعث ایجاد تعدادی خط جذبی باریک می‌شود. اما در مولکول‌ها قله‌های جذبی پیوسته و پهن به دست می‌دهد. میدان الکتریکی تابشی ناشی از حالت موج‌گونه آن، سبب پدیده‌هایی مانند عبور، انعکاس، انکسار یا شکست و جذب در هنگام برهمکنش با ماده می‌شود.

حالت‌های انرژی مواد و نحوه برهمکنش نور با ماده در ناحیه فرابنفش_مرئی؛

تقریباَ تمامی الکترون‌های موجود در اتم‌ها، یون‌ها و مولکول‌ها در دمای اتاق در پایدارترین تراز انرژی خود هستند، به بیانی در حالت پایه قرار دارند. اگر به هر طریقی (گرمایی، نوری، مغناطیسی، الکتریکی و. . . ) الکترون‌های ماده براگیخته شوند به ترازهای انرژی بالاتر خواهند رفت؛ به دیگر سخن ماده در حالت برانگیخته قرار می‌گیرد.

گاهی انرژی پرتو نور فرودی به اندازه‌ای است که سبب جدا شدن الکترون از آن ماده و یونش آن می‌شود. از دیدگاه کوانتومی هنگامی که ماده برانگیخته می‌شود از ترازی به تراز دیگر تغییر حالت می‌دهد و این منجر به جذب یا نشر انرژی می‌شود، یعنی یک فرکانس یا طول موج معین ازتابش الکترومغناطیس را جذب یا نشر می‌کند. این فرکانس یا طول موج ویژگی منحصر به فرد ماده بوده و دقیقاَ برابر است با اختلاف بین دو تراز انرژی‌ای که تبادل الکترونی بین آنها رخ داده است. اگر 𝚬* انرژی حالت برانگیخته و 𝚬∘ انرژی حالت پایه باشد؛

𝜠*−𝜠°=𝒉𝝂=𝒉𝑪/𝝀

با توجه به آن که طیف‌سنجی در کدام ناحیه طیفی انجام شود و کدام ویژگی تابش (جذب، نشر، عبور و. . .) مورد بررسی قرار گیرند نوع انتقال الکترونی و در نتیجه نوع طیف‌سنجی متفاوت خواهد بود. در نام‌گذاری طیف‌سنجی، جذب فرآیندی است که در آن ماده به طور گزینشی فرکانس‌های خاصی از تابش الکترومغناطیسی را تضعیف می‌کند (شدت آن را کاهش می‌دهد). در ناحیه فرابنفش _ مرئی، انرژی فرودی دراندازه‌ای است که سبب گذر الکترونی در الکترون‌های لایه ظرفیت می‌شود. برای اتم‌ها و یون‌ها در حالت عنصری، انرژی هر تراز از حرکت الکترون‌های اطراف هسته ناشی می‌شود. به این حالت‌های انرژی ترازهای انرژی الکترونی گفته می‌شود. مولکول‌ها علاوه بر داشتن ترازهای انرژی الکترونی، ترازهای انرژی ارتعاشی و چرخشی نیز دارند. این ترازها به ترتیب از ارتعاش بین اتمی در مولکول و از چرخش مولکول‌ها حول مرکز جرم‌شان در فضا به وجود می‌آیند. در جذب اتمی، باریکه‌ای از تابش فرابنفش و مرئی از یک محیط حاوی اتم‌های گازی عبور می‌کند و تنها فرکانس‌های کمی توسط جذب در اتم تضعیف می‌شوند. از آنجایی که اتم‌ها فقط دارای ترازهای انرژی الکترونی می‌باشند، طیف جذبی شامل تعدادی خط جذبی باریک خواهد بود. این درحالی است که هنگام برانگیختگی مولکول‌ها در اثر پرتو فرابنفش-مرئی فرودی، هر سه نوع انتقال کوانتومی (الکترونی، ارتعاشی، چرخشی) می‌شود.

𝚬 =𝚬الکترونی +𝚬چرخشی +𝚬ارتعاشی +𝚬انتقالی

جذب مولکولی معمولاَ به یک یا چند نوارجذبی الکترونی منجر می‌شود هریک از آنها از تعداد بی‌شماری خط مجزای نزدیک به ‌هم تشکیل شده است. هر خط از انتقال یک الکترون از حالت پایه به یکی از چندین حالت انرژی ارتعاشی و چرخشی مربوط به هر حالت انرژی برانگیخته حاصل می‌شود. از آن جا که تعداد بی‌شماری حالت‌های ارتعاشی و چرخشی وجود دارند، و انرژی آنها با یکدیگر تفاوت کمی دارد، تعداد خط‌های موجود در نوار زیاد و فاصله آنها ازیکدیگر بسیار ناچیز خواهد بود. فواصل میان این خطوط بسیار کم است بنابراین طیف‌سنج قابلیت تفکیک گذارها را نداشته و طیف جذبی یک ترکیب را به صورت یک طرح کلی ارائه می‌دهد. اصولاَ انرژی یک تراز معین در مجموعه‌ای از مولکول‌ها شکل توزیع گاوسی ( نزدیک به گاوسی) را به خود می‌گیرد.

0 پاسخ

ثبت دیدگاه

مایل به ملحق شدن به بحث هستید ؟
به ما بپیوندید !

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *