التبعثر الضوئي في التحليل الطيفي

ترجمة: ميشيل رحال، الكيمياء العربي

تبعث المصادر الضوئية في أجهزة التحليل الطيفي مجال طيفي واسع من الحزم الموجية، والتي يجب أن تفصل لأطوال موجية فردية لاستخدامها في جهاز التحليل الطيفي. يسمى المكون الذي يعلب دور عزل الأطوال الموجية وتوجيهها إلى العينة بالمفرق اللوني monochromator. يكون العنصر الذي يبعثر الضوء ضمن المفرق اللوني إما موشورprism  أو شبكة انعراجdiffraction grating . في حالة الكشف التلقائي، يستخدم مفرق لوني متعدد حيث يبعثر الضوء إلى أطوال موجية مستقلة عن بضعها، حيث تبلغ حجرة الكواشف بعد مرورها من العينة.

عناصر التشتت الضوئي

الموشور Prism

قد يكون الموشور المشتت مألوفاً بالنسبة لك في مخبر الفيزياء في المدرسة. تقوم قطعة تلاثية البعد من الزجاج ببعثرة الضوء لألوان قوس قزح المعروفة. يتألف كل لون من مجال محدد من الأطوال الموجية. استخدمت هذه الميزة للموشور من أجل انتقاء خطوط الأطوال الموجية المطلوبة.

ميزات الموشور

• المواشير فعالة جداً ضمن المجال المرئي والذي يقع مابين 400-800 nm.
• نفوذيته بالنسبة للضوء هي تقريباً 100%.

مساوئ الموشور

• التبعثر غير متجانس ضمن كل الأطوال الموجية للطيف وتتزايد نحو الأطوال الموجية القصيرة.
• في معظم الأجهزة يتم استخدام موشورين إلى ثلاثة مواشير على التسلسل للحصول على التبعثر المطلوب.
• يمتص الزجاج المجال فوق البنفسجيregion  UV لذا هناك حاجة لاستخدام موشور مصهور السيليكا أو الكوارتز لاستخدامه في الكشف ضمن مجال الأشعة فوق البنفسجية.
• يحدث ضياع للضوء خلال دخول وخروج الأشعة الضوئية من الموشور.

شبكة الانعراج Diffraction Grating

تتألف شبكة الانعراج من سطح محمل عليه أخاديد قريبة من بعضها. إنّ الفصل ما بين الخطوط هو من مرتبة سعة الأطوال الموجية للضوء الوارد عليه. يقوم بفصل وحرف الأمواج الواردة باتجاهات مختلفة.

يمكن أن تكون الشبكة عاكسة أو نفوذة. عند المرتبة صفر لا يوجد انعراج وتنعكس الحزمة أو تنعكس بحسب طبيعة الشبكة.

في الطرف الآخر هناك العديد من المراتب الناتجة عن أنماط التداخل للحزمة المنعكسة أو النافذة. هناك نوعان مستخدمان وشائعان للشبكات، يسميان الشبكة المحكمة ruled gratings والشبكة ثلاثية الأبعاد (الهولوغرافية) holographic gratings.

الشبكة المحكمة Ruled Gratings

تكون شبكات النفوذية والانعكاس تحت هذا التصنيف. يتعلق مقدار التبعثر الذي تحققه الشبكة بشكل مباشر بعدد الخطوط في الميلي متر. تقوم الشبكة بعملية الانعراج وفق عدة مراتب.

يمكنها أن تكون محزوزة باختيار زاوية الأخاديد لإعطاء الفعالية القصوى عند تلك الزاوية.

الشبكة ثلاثية الأبعاد (الهولوغرافية) Holographic Gratings

تتشكل الشبكة الهولوغرافية من حقل تداخلات الأهداب لحزمتي ليزر حيث يتم تعريض نمط الحزمة المستقرة لركازة مصقولة مطلية بمادة مقاومة للضوء. يكون هذا النوع من الشبكات عادة أقل فعالية من الشبكات المحفورة وذلك بعدة مراتب من التبعثر لتفريق الطاقة الضوئية لكن تنتج مراتب حادة من الانعراج.

شبكة الموشور Grism

هو عنصر مبعثر يتشكل من ضم شبكة النفوذية مع الموشور. يقوم بموازنة انحراف الضوء الناتج من شبكة الانعراج باستخدام تأثير الانعكاس في الموشور. على الرغم من أنه مفضلاً في العديد من المواضع لكن بعثرته ليست خطية.

المصدر:

Dispersion of Light in Spectroscopy. (n.d.). LabTrainingcom. Retrieved September 9, 2014, from http://lab-training.com/2014/05/06/dispersion-of-light-in-spectroscopy