طیف سنجی چیست؟
مقدمه
طیف سنجی (Spectroscopy) یکی از تکنیک‌های کلیدی در علوم فیزیکی و شیمیایی است که به مطالعه تعامل تابش الکترومغناطیسی با ماده می‌پردازد. این روش به وسیله تحلیل تغییرات در تابش‌هایی که از یک ماده عبور می‌کنند، بازتابیده می‌شوند یا از آن منتشر می‌شوند، اطلاعاتی درباره ساختار، ترکیب و ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی ماده به‌دست می‌آورد. طیف‌سنجی با ارائه داده‌های دقیق درباره مواد مختلف، ابزار مهمی در شیمی، فیزیک، بیولوژی و سایر علوم است.
تاریخچه طیف سنجی
تاریخچه طیف‌سنجی به قرن هفدهم برمی‌گردد، زمانی که دانشمندان برای اولین بار از منشور برای تجزیه نور به رنگ‌های مختلف استفاده کردند. در اواخر قرن هجدهم، ویلهلم رونی با استفاده از منشور شیشه‌ای، طیف‌های نور را تحلیل کرد و کشف کرد که نور سفید از رنگ‌های مختلف تشکیل شده است. در قرن نوزدهم، جان ولیام جودس و آرتور کمپتون با استفاده از تئوری‌های الکترومغناطیسی، اصول جدیدی را برای تحلیل طیف‌ها معرفی کردند. با پیشرفت تکنولوژی در قرن بیستم، تکنیک‌های جدید طیف‌سنجی مانند طیف‌سنجی مادون قرمز، رامان و جذب اتمی توسعه یافتند که به تحلیل دقیق‌تر و کاربردی‌تر مواد کمک کردند.
انواع طیف سنجی
1. طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS)
اصول کار: این روش بر اساس جذب تابش‌های الکترومغناطیسی توسط اتم‌های آزاد در بخار استوار است. هر عنصر فلزی، طول موج خاصی از تابش را جذب می‌کند که به وسیله طیف‌سنج اندازه‌گیری می‌شود. به این ترتیب، غلظت فلزات در نمونه‌های مختلف مشخص می‌شود.
کاربردها: طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS) به طور گسترده‌ای برای آنالیز فلزات در نمونه‌های آب، خاک و مواد غذایی استفاده می‌شود. این تکنیک به بررسی آلودگی‌های فلزی در آب‌های آشامیدنی، کنترل کیفیت محصولات غذایی و ارزیابی غلظت فلزات سنگین در خاک‌های کشاورزی کمک می‌کند.
2. طیف سنجی فلورسانس (FS)
اصول کار: در این روش، ماده پس از جذب تابش، نور با طول موج بلندتری نسبت به تابش اولیه منتشر می‌کند. میزان این تابش فلورسانس به ویژگی‌های ماده مربوط می‌شود و می‌تواند به شناسایی و تجزیه و تحلیل مواد کمک کند.
کاربردها: طیف‌سنجی فلورسانس به طور عمده برای آنالیز مواد زیستی، مطالعه تعاملات مولکولی و تحقیقات پزشکی استفاده می‌شود. این تکنیک در بررسی ساختار پروتئین‌ها و DNA، شناسایی مواد شیمیایی و تشخیص بیماری‌های خاص کاربرد دارد.
3. طیف سنجی مادون قرمز (IR)
اصول کار: این روش به بررسی جذب تابش مادون قرمز توسط گروه‌های شیمیایی در مولکول‌ها پرداخته و اطلاعاتی درباره ساختار شیمیایی و پیوندها ارائه می‌دهد. تابش مادون قرمز جذب شده به تحلیل گروه‌های عاملی و پیوندهای شیمیایی کمک می‌کند.
کاربردها: طیف‌سنجی مادون قرمز برای شناسایی گروه‌های عاملی، مطالعه ساختار مولکولی و تحلیل نمونه‌های زیستی استفاده می‌شود. این تکنیک به بررسی پیوندهای شیمیایی و تعیین ساختار داخلی مولکول‌ها کمک می‌کند.
4. طیف سنجی رامان (Raman)
اصول کار: این روش بر اساس پراکندگی تابش لیزر توسط مولکول‌ها استوار است. تغییر در انرژی تابش پراکنده شده اطلاعاتی درباره پیوندهای شیمیایی و ساختار مولکولی می‌دهد. این تکنیک به شناسایی و تحلیل ساختار شیمیایی مواد کمک می‌کند.
کاربردها: طیف‌سنجی رامان برای تحلیل ساختار مولکولی، شناسایی مواد و بررسی تغییرات فاز در مواد استفاده می‌شود. این تکنیک به تحلیل و شناسایی دقیق مواد و بررسی خواص فیزیکی آن‌ها کمک می‌کند.
5. طیف سنجی جرمی (MS)
اصول کار: در این روش، یون‌های تولید شده از ماده به کمک میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی تفکیک می‌شوند و بر اساس نسبت جرم به بار (m/z) شناسایی می‌شوند. این تکنیک برای شناسایی ترکیب‌های شیمیایی و بررسی ساختار مولکولی به کار می‌رود.
کاربردها: طیف‌سنجی جرمی به شناسایی ترکیب‌های شیمیایی، بررسی ساختار مولکولی و آنالیز ترکیب‌های پیچیده مانند داروها و ترکیبات زیستی استفاده می‌شود. این تکنیک به تحلیل دقیق و شناسایی ترکیبات پیچیده کمک می‌کند.
6. طیف سنجی UV-Vis (ماورای بنفش – مرئی)
اصول کار: این روش به بررسی جذب تابش ماورای بنفش و مرئی توسط مولکول‌ها پرداخته و اطلاعاتی درباره ساختار الکترونی مواد ارائه می‌دهد. این تکنیک به مطالعه تغییرات الکترونی و شیمیایی مواد می‌پردازد.
کاربردها: طیف‌سنجی UV-Vis برای آنالیز ترکیب‌های شیمیایی، کنترل کیفیت مواد و بررسی تغییرات شیمیایی استفاده می‌شود. این تکنیک به تعیین غلظت و شناسایی مواد کمک می‌کند و در تحلیل واکنش‌های شیمیایی کاربرد دارد.
7. طیف سنجی هسته‌ای مغناطیسی (NMR)
اصول کار: این روش به بررسی تعاملات هسته‌های اتمی با میدان‌های مغناطیسی و تابش‌های رادیویی پرداخته و اطلاعاتی درباره محیط شیمیایی هسته‌های اتمی به‌دست می‌آورد. این تکنیک به مطالعه ساختار و محیط شیمیایی هسته‌ها کمک می‌کند.
کاربردها: طیف‌سنجی هسته‌ای مغناطیسی برای مطالعه ساختار مولکولی، شیمی ترکیبات آلی و تحلیل پروتئین‌ها استفاده می‌شود. این تکنیک به بررسی ساختار و عملکرد پروتئین‌ها و نانوذرات کمک می‌کند.
8. طیف سنجی اتمسفری (Atomic Absorption Spectroscopy)
اصول کار: مشابه با AAS، این روش به بررسی جذب تابش‌های الکترومغناطیسی توسط اتم‌های آزاد در نمونه‌ها پرداخته و به شناسایی و اندازه‌گیری عناصر کمک می‌کند.
کاربردها: طیف‌سنجی اتمسفری برای آنالیز فلزات در مواد مختلف و اندازه‌گیری غلظت عناصر در نمونه‌های مختلف کاربرد دارد. این تکنیک به تعیین کیفیت و ویژگی‌های مواد کمک می‌کند.
مطالب مرتبط:
طیف سنجی جذب اتمی AAS یا اسپکتروسکوپی
خرید قطعات دستگاه طیف سنجی اتمی AAS
منبع:
- Spectroscopy: An Introduction to the Study of Molecular Structure by David E. Smith and John R. Ferraro
- Fundamentals of Analytical Chemistry by Douglas A. Skoog, Donald M. West, F. James Holler, and Stanley R. Crouch