منتدى طلاب جامعة الحديدة

أخي الزائر إن لم تكن عضواً في المنتدى فنحن ندعوك لكي تنظم إلينا وشكراً تحيات مدير المنتدى طارق البغوي
منتدى طلاب جامعة الحديدة


    Spectrophotometer

    شاطر

    العبادل
    طالب متميز
    طالب متميز

    ذكر
    عدد الرسائل : 257
    العمر : 29
    البلد : الـــيـــمـــن
    القسم والمستوى : علوم طبيه قسم مخـــتــبــرات
    المزاج : شــــاعــــر
      :
    السٌّمعَة : 0
    نقاط : 372
    تاريخ التسجيل : 12/03/2009

    بطاقة الشخصية
    تخصصي: طب
    المحافظة: حجة

    Spectrophotometer

    مُساهمة من طرف العبادل في السبت فبراير 06, 2010 6:46 pm

    جهـاز التحليـل الطيفـي للضوءSpectrophotometer





    www.4electron.com

    ملاحظة: الموضوع من إعداد صديق الدراسة، حسن عيسى، وله أطيب التحيات على جهوده القيّمة.

    1. مقدمة:
    تعتمد فكرة جهاز التحليل الطيفي على تسليط حزمة مركزة من شعاع ضوئي على العينة المراد تحليلها , ثم قياس شدة الشعاع الضوئي الممتص في العينة وبالتالي تقدير تركيز مادة الاختبار. ويمكن تفسير مبدأ عمل الجهاز على المستوى الذري بأنه حينما تتعرض الذرات والجزيئات لمصدر طاقة , حراراي, ضوئي ..... الخ تمتص الإلكترونات في الذرات هذة الطاقة وتصبح في حالة مثارة وبالتالي تنتقل الى مستويات طاقية أعلى ثم تعود الإلكترونات إلى مستويات الطاقة الأكثر استقرارا وتشع الطاقة الممتصة في صورة حرارة أو ضوء أو ومضان. ينجم عن امتصاص الطاقة , زيادة في الحركة الدورانية او الانتقالية للجزيئات.وحيث إن الضوء المرئي صورة من صور الطاقة ( إشعاع كهرومغناطيسي) فعندما تكون طاقة الروابط الكيمائية للجزيئات و للالكترونات في الذرات مساوية لطاقة الإشعاع الضوئي, يعمل على إثارة الإلكترونات وانتقالها إلى مستويات طاقة أعلى وبالتالي امتصاص الضوء, تبنى على هذة الظاهرة العديد من التطبيقات لقياس تراكيز المواد وتحديد هويتها .

    02.jpg (46.45 KiB) شوهد 291 مرات




    2. مبدأ العمل
    Principleof operation :
    العناصر الأساسية في جهاز تحليل الطيف الضوئي هي كالتالي :
    مصدر الضوء (
    Light Source ) , الناخب اللوني Wavelength) monochromator )) نظام تركيز الحزمة الضوئية ((Focusing device , حوامل العينات (Cuvette), الكواشف الضوئية (Photodetector ), منظومة الإظهار (Display device ).
    يبين الشكل التالي كيف أن الضوء يمر عبر الناخب اللوني والذي يكون هنا عبارة عن مخروط والذي يقوم بفصل الحزمة الضوئية إلى مركباتها ذات الأطوال الموجية المختلفة .

    الشكل 1 يبين جهاز التحليل الطيفي باستخدام كاشف ضوئي وحيد



    www.4electron.com
    يقوم شق طولاني بعزل طول الموجة المحدد اللازم لقياس تركيز العينة حيث يحسّن هذا الشق من نقاء طول الموجة المحدد , وبعدها يمر الضوء عبر العينة ويمتص جزء من طاقة هذا الضوء من قبل العينة , كمية الضوء الممتص من قبل العينة يعتمد على تركيز وطبيعة العينة , أما جزء العينة الذي لم يمتص من قبل العينة والذي مر خلال العينة فيتم نقله إلى الكاشف الضوئي (
    photdetector ) والذي يقوم بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية التي يمكن قياسها وتسجيلها ثم إظهارها , وعند استخدام نظام كشف ضوئي باستخدام مصفوفة من الديودات الضوئية ( photodiode arrays ) بدلاً من الكاشف الضوئي فإن الضوء سوف يمر عبر العينة أولاً ثم سوف يمر إلى الناخب اللوني كما في الشكل (2)


    الشكل 2 يبين نظام جهاز التحليل الطيفي باستخدام مصفوفة من الديودات الضوئية الكاشفة بدلاً من الكاشف الضوئي الوحيد .



    www.4electron.com
    1- مصادر الضوء : يجب على مصدر الضوء أن يحوي تقريباً مجالاً كاملاً من أطوال الموجة اي أن يكون طيفه واسعاً , فمن أجل المجال المرئي يتم استخدام لمبة التنغستين التي تعطي مجالاً من أطوال الموجة من (330 إلى 900
    nm) وهو مجال جيد لقياس تراكيز المحاليل المخففة وسطياً والتي تتغير فيها شدة الضوء بشكل مرئي بتغير شدة التركيز أما بالنسبة إلى المنطقة فوق البنفسجية يتم استخدام لمبة الهيدروجين أو الديتيريوم ويكون مجالهما من (200 إلى 450 nm ) . لمبات الديتيريوم في العادة تكون أكثر استقراراً وذات زمن خدمة طويل نسبياً , وتكون اللمبات في أجهزة التحليل الطيفي الذي يعتمد على كلا طيفي أطوال الموجة المرئية وما فوق البنفسجية (UV\V) متوضعة بحيث إن الضوء الصادر منها يتجه مباشرة إلى الناخب اللوني للحزمة الضوئية وإلى العينة ( أي يجب أن لا يتشتت قبل الوصول إلى موحّد الحزمة الضوئية). جهاز تحليل الطيف الضوئي UV\V إما أن يستخدم مبدأ الحزمة الواحدة أو الحزمة الثنائية. في مبدأ الحزمة الواحدة يتم تسليط الحزمة الضوئية الواحدة على العينة ويحسب تركيز العينة دون وجود أي تفرق لمسار الحزمة من خروجها من المصدر الضوئي حتى سقوطها على الكاشف الضوئي وحساب تركيز العينة من خلال كمبيوتر أو معالج, بينما في الأجهزة التي تعتمد على الحزمة الثنائية فإن الحزمة الضوئية سوف تتفرق آلياً وسوف تمر كل حزمة من خلال عينة ونحصل على القراءة النهائية من خلال تفاضل قراءة كل من العينتين، وفي أغلب الأحيان تكون العينة الثانية هي عينة مرجعية معروفة التركيز.
    ملاحظة : المادة المراد تحديد تركيزها يجب تكون ملونة أو تتفاعل مع مركب لتنتج مركباً ملوناً وذلك للتأثر بطول موجة محدد .
    يبين الشكل 3 مبدأ عمل جهاز تحليل طيفي ثنائي الحزمة، فنلاحظ أن الناخب الضوئي المستخدم هو موشور وأن العينة الثانية هي عينة مرجعية .

    الشكل 3 جهاز تحليل طيفي يعتمد على مبدأ الحزمة الثنائية (Double Beam )



    www.4electron.com
    2-الناخب اللوني (
    Monochromator ) :
    يقوم الناخب اللوني بعزل طاقة طول موجة محدد مرغوب من طيف واسع من أطوال الموجة المختلفة ويتم ذلك إما عن طريق وضع فلاتر ملونة على طريق الحزمة أو عن طريق تحليل الحزمة الضوئية إلى مكوناتها وبوضع شق في طريق الضوء سوف يمر حزمة ضيقة جداً من أطوال الموجة (من 0.05 إلى 20
    nm ). وتسمى هذه الطريقة بالعزل الطيفي, وفي بعض الأجهزة يتم اختيار طول الموجة المحدد عن طريق تعديل مكان الشق يدوياً أو أوتوماتيكياً من خلال محركات خطوية. تستخدم العدسات المشتتة , والمواشير كموحّدات للأطوال الموجية , وتعد المواشير من أفضل الناخبات اللونية لأنها تعطي طيفاً كاملاً من أطوال الموجة بدلاً من طول موجة محدد كما هو الحال في استخدام الفلاتر . الشكل 4 يوضح تحليل الضوء الأبيض إلى مركباته الموجية في حال استخدام الموشور


    الشكل 4
    06.jpg (41.33 KiB) شوهد 284 مرات




    3-نظام تركيز الحزمة الضوئية : (
    Focusing Devises) :
    مجموعة من العدسات , الشقوق والمرابا هي التي تكون نظام تركيز الحزمة الضوئية حيث يوضع هذا النظام في طريق الحزمة الضوئية بحيث تسمح المرايا بالتحكم بطريق الشعاع الضوئي وتوجيهه في الطريق الأنسب، كما تسمح الشقوق المتغيرة بالتحكم في شدة الضوء الناخب. أما العدسات فتساعد في زيادة تركيز الحزمة الضوئية التي تصل إلى الكاشف الضوئي .
    www.4electron.com
    4-حوامل العينات
    Cuvettes :
    توجد حوامل العينات أو مايسمى خلايا الامتصاص بعدة أشكال فمنها الدائرية والمربعة أو حتى المثلثية , ويتم تصنيع هذه الحوامل من الزجاج , الكوارتز أو البلاستيك , وتسبب كل حوامل العينات نقصاً في شدة الحزمة الضوئية وذلك بسبب عملية الانعكاس التي ستحدث على السطح أو بسبب عدم التجانس في السطوح الخارجية للحوامل، وبالنتيجة يجب أن تكون حوامل العينات متجانسة ضوئياً، وذلك إذا تم استخدام أكثر من واحد, كما يجب الانتباه إلى اختيار الكوفيت المناسب حسب المجال الضوئي المستخدم، فمثلاً عندما يكون مجال العمل ضمن المنطقة المرئية الكوفيتات المصنعة من الزجاج تبدي فعالية جيدة حيث إن الزجاج الضوئي يمتص الضوء الذي يكون تحت 350
    nm كما يمكن استخدام السيليكا المصهور أو الكوارتز لنفس أطوال الموجة السابقة .

    5-الكواشف
    Detectors :
    أي عنصر حساس للضوء يمكن استخدامه ككاشف لطاقة الموجة، فالخلايا الضوئية أو الأنابيب الضوئية من أبسط الكواشف الضوئية حيث تنتج هذه العناصر تياراً متناسباً مع شدة الإضاءة الساقطة عليها، كما يمكن استخدام الديود الضوئي أو الترانزستور الضوئي. قياس الضوء ذي الشدات الضعيفة يتطلب مضاعفات ضوئية
    Photo multiplier tubes ((PMTs والتي تستخدم في أجهزة التحليل الطيفي الذي يتعامل مع الحزم الضيقة أو مع الأجهزة التي يجب فيها التسجيل السريع لتغيرات الإضاءة (كما في أجهزة المسح الطيفي scanning spectrophotometer) ).

    يبين مصفوفة الديودات الضوئية التي يمكن استخدامها ككاشف
    07.jpg (32.45 KiB) شوهد 283 مرات



    www.4electron.com
    6-أجهزة الإظهار :
    displaying devices
    إن البيانات الناتجة من الكاشف يجب أن تظهر بشكل مفهوم وسهل لمستثمر الجهاز، فمثلا يمكن أن يكون الخرج على شكل مقياس تمثيلي أو مقياس رقمي. إن إضافة المعالجات الصغرية إلى أجهزة التحليل الطيفي أتاحت استخدام الخوارزميات الرياضية في حسابات أكثر تعقيدا لتراكيز مواد كثيرة في عينة واحدة، وأتاح إمكانية إظهار نتائج هذه التحاليل بشكل متطور على شاشات وطابعات .

    3. آلية قياس تركيز عينة ما :
    كما ذكر سابقاً، يتكون جهاز الطيف الذري من قسمين رئيسين هما المصدر الضوئي لأي طول موجي محدد و(مقياس كثافة الضوء)، حيث يتم وضع السائل المراد قياس تركيز العناصر الموجودة بداخله في حامل العينة (
    Cuvette) ، ثم يتم وضع العينة بين المصدر الضوئي والكاشف, وعند تعرض الكاشف الضوئي للضوء فانه يتولد على أقطابه إشارة كهربائية تتغير بتغير كمية الضوء الممتصة من قبل السائل ، حيث يعتمد تغير امتصاص العينة للضوء على تغير تركيز المادة في المحلول وبالتالي يمكن حساب التركيز بالاعتماد على امتصاص الضوء عند طول موجي محدد، فعلى سبيل المثال، الهيموغلوبين يكون أحمر اللون لأن الهيموغلوبين يمتص اللونين الأزرق والأخضر اكثر من اللون الأحمر، حيث إن درجة امتصاص الهيموغلوبين للضوء الأزرق والأخضر يتناسب مع تركيز الهيموغلوبين، فعندما نمرر ضوءاً ذا طول موجي محدد خلال المحلول فان هناك علاقة بين تركيز المذاب وكمية الضوء المنقولة حسب قانون (Beer’s Dalampere Law) :

    08.jpg (47.42 KiB) شوهد 284 مرات




    حيث إن:
    Io: كمية الضوء المنقولة من مذيب نقي.
    I : كثافة الضوء المنقولة بعد إضافة المكونات الملونة.
    C: تركيز المادة المطوب حساب تركيزها (المادة الملونة).
    L: المسافة التي قطعها الضوء خلال المحلول.
    K: ثابت الامتصاصية للمادة.

    الشكل 5 يوضح العلاقة بين المسافة المقطوعة من قبل الحزمة الضوئية ومابين امتصاصية المادة
    09.jpg (14.33 KiB) شوهد 281 مرات



    الشكل 6يوضح العلاقة بين طول الموجة والامتصاصية.
    10.jpg (39.64 KiB) شوهد 279 مرات



    يبين الشكل جهاز تحليل الطيف الضوئي ( قديم نسبيا ) مع أجزائه المختلفة نلاحظ أن وحد إظهار تركيز العينة هو مؤشر تماثلي



    نمط حديث من أجهزة التحليل الطيفي نلاحظ أن وحدة الإظهار مربوطة بالحاسب ويمكن طباعة النتائج

    عمر النجاده
    مراقب عام المنتدى
    مراقب عام المنتدى

    ذكر
    عدد الرسائل : 630
    العمر : 29
    البلد : اليمن
    القسم والمستوى : خريج / مختبرات طبــــيـــــه
    المزاج : طبيعــــــي
    العضوية : 107
    أختر علم دولتك :
      :
    السٌّمعَة : 0
    نقاط : 202
    تاريخ التسجيل : 08/03/2008

    بطاقة الشخصية
    تخصصي: طب
    المحافظة: الحديدة

    رد: Spectrophotometer

    مُساهمة من طرف عمر النجاده في الجمعة فبراير 19, 2010 9:39 am

    اخي العزيز ان موضوعك رائع بالفعل
    خاصة وهو يتعلق بشكل مباشر بجهاز مهم من اجهزة المختبر الذي لايمكن الإستغناء عنه
    " بالرغم من ان الأشكال لم تظهر " الا ان الموضوع فعلا رائع

    اشكر لك هذا الموضوع الرائع ...
    واتمنى لك مزيد التقدم دووووووما


    _________________

      مواضيع مماثلة

      -

      الوقت/التاريخ الآن هو الأحد ديسمبر 04, 2016 11:28 pm