منتدى الحزام الأخضر

جهاز قياس الطيف الضوئي

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل

جهاز قياس الطيف الضوئي

مُساهمة  المدير العام في الإثنين فبراير 14, 2011 2:17 pm

1. مقدمة

جهاز قياس الطيف الضوئي : هو عبارة عن جهاز لقياس شدة الضوء حيث يقيس كثافة الضوء كاقتران بدلالة اللون (الطول ألموجي). يوجد استخدامان لجهاز طيف الامتصاص الضوئي (الشكل-1) حيث يستخدم لقياس امتصاص الضوء، وأيضا يستخدم لقياس ارتداد الضوء، والتطبيق المستخدم على هذا الجهاز في المختبرات الطبية على النوع الأول وهو قياس الامتصاص للعينة حيث يعتمد امتصاص العينة للضوء على كثافة لون العينة الذي يعتمد كثافة المادة المذابة. يوجد من هذا الجهاز صنفان قياس رئيسيان همــــــــــا أحادي الشعاع
( (single beam وثنائي الشعاع ((double beam، حيث ان جهاز طيف الامتصاص الضوئي ثنائي الشعاع يقوم بقياس نسبة كثافة الضوء شعاعين مختلفي المسار، اما جهاز طيف الامتصاص الضوئي احادي الشعاع يقيس كثافة الضوء المطلقة، على الرغم من ان النوع الاول اسهل واكثر استقراراً، لكن النوع الثاني اكثر استخداماً لانه يملك مدى اطول من الاطوال الموجية. يستخدم في اجهزة طيف الامتصاص الضوئي اطياف مختلفة مثل فوق البنفسجية والاطياف المرئية، وبعضها يعمل على منطقة قريبة من تحت الحمراء، ولكن النوع الثالث يختلف في تصميمه عن النوعين الاولين لانه يحتاج الى تقنية خاصة مختلفة.

الشكل (1) جهاز قياس الطيف spectrophotometer
الاشكال بالمرفقات

نظرية اللون الأبيض
الضوء الأبيض يحوي على ألوان الطيف و إن الأجسام التي تظهر ملونة فهي في الحقيقة تمتص جزء من موجة الضوء و تقوم بعكس الأخر الذي يعبر عن لون الجسم مثال : المادة التي تمتص اللون البنفسجي تظهر بلون أصفر إلى أصفر مخضر


مبدأ عمل جهاز امتصاص الطيف الضوئي

كما وضحت سابقاً يتكون جهاز الطيف الضوئي من قسمين رئيسين هما المصدر الضوئي لأي طول موجي محدد و Photometer (مقياس كثافة الضوء)، حيث يتم وضع السائل المراد قياس العناصر بداخله في انبوب (Cuvette) ، ثم يتم وضع العينة بين المصدر الضوئي و Photometer ، وبالتالي فان كمية الضوء المار من خلال العينة يقاس بواسطة ال Photometer. عند تعرض Photometer للضوء فانه يتولد على أقطابه اشارة اشارة كهربائية تتغير بتغير كمية الضوء الممتصة من قبل السائل ، حيث يعتمد تغير امتصاص العينة للضوء على تغير تركيز المادة في المحلول و بالتالي يمكن حساب التركيز بالاعتماد على امتصاص الضوء عند طول موجي محدد، فعلى سبيل المثال الهيموغلوبين يكون احمر اللون لأن الهيموغلوبين يمتص اللونين الأزرق والأخضر اكثر من اللون الاحمر، حيث ان درجة امتصاص الهيموغلوبين للضوء الأزرق والأخضر يتناسب مع تركيز الهيموغلوبين ، فعندما نمرر ضوء ذو طول موجي محدد خلال المحلول فانه هناك علاقة بين تركيز المذاب و كمية الضوء المنقولة فحسب قانون (Beer’s Law) :

I = Iْ * 10 (-kcl

حيث أن:
I0: كمية الضوء المنقولة من مذيب نقي.
I : كثافة الضوء المنقولة بعد اضافة المكونات الملونة.
C: تركيز المادة المطلوب حساب تركيزها (المادة الملونة).
L: المسافة التي قطعها الضوء خلال المحلول.
K: ثابت.
أاذا كان L إي المسافة التي يقطعها الضوء خلال المحلول 1 يصبح قانون Beer :

حيث إن:
T: Transmittance of solution
ملاحظة: انظر الشكل (2) حيث يوضح علاقة طول المسافة التي يقطعها الضوء خلال المحلول مع كمية الامتصاص.


الشكل(2) هناك علاقة لوغاريتمية بين Transmittance وتركيز المادة الملونة: في الاشكال بالمرفقات

وكما نلاحظ من المعادلة إن K وT معلومين و بالتالي يمكن حساب التركيز بسهولة من هذه المعادلة

طريقة عمله

جهاز طيف الامتصاص الضوئي يقيس امتصاص الضوء بواسطة مواد سائلة على أطوال موجية مختلفة، بهذه الطريقة يمكن يمكن تحديد المواد الغير معروفة او يمكن حساب تراكيز عدد من المواد المعروفة. (Monochromator) يستخدم انحراف الحاجز المشبك(diffraction grating) او منشور ليشتت الأشعة القادمة من HCL عن طريق (slit 1) . بهذه الطريقة فان الضوء ينقسم الى المكونات الطيفية عند خروجها من (Slit 2) ويسقط على الأنبوبة المحتوية(cuvette) على العينة (الشكل - 3).

الشكل ( 3 ) مبدأ عمل جهاز قياس الطيف . في الاشكال بالمرفقات

حيث ان الشقوق الضيقة تعطي اطوال موجية قصيرة، وايضاً زاوية انحراف الحاجز المشبك تحدد الطول الموجي اذا كانت جميع العوامل الاخرى ثابتة والمرآة هنا لتقليل حجم الجهاز. الضوء الخارج من العينة يسقط على (Photodiode) حيث يكون حساس جداً للضوء، ومن الملاحظ إن المواد في العينة يختلف امتــــصاصها تبعاً لتغير الطول ألمـــــــــوجي ، ومن هنا فانه من الضروري عمل معايرة لتصفير بعد عــــــمل كل فحص(الشكل- 4).

الشكل ( 4 ) العلاقة بين الامتصاص والطول الموجي . في الاشكال بالمرفقات

جهاز طيف الامتصاص الضوئي ثنائي الشعاع (Double Beam) ينجز ذلك أوتوماتيكيا بواسطة المقارنة مع عينة مرجعية. حيث يأخذ النسبة بين
الشكل (5) جهاز طيف الامتصاص الضوئي ثنائي الاشعاع . في الاشكال بالمرفقات



طرق استخدام جهاز امتصاص الطيف الضوئي

ُ حفظ مقياس الطيف النموذجي في وعاء يحجب الضوء الذي لا تُرغب دراسته. ويدخل الضوءعن طريق فتحة دخول ضيقة ويمر عبر عدسة ضيقة جداً. وتحول هذه العدسةالضوء إلى حزمة من الأشعة الضوئية المتوازية. ويمر الضوء المتوازي بعد ذلك من خلالمنشور حيث يتم تفريقه إلى ألوان الطيف. وتركز عدسة أخرى الضوء في فتحة الخروج. ولايمكن لأكثر من لون واحد للضوء المرور عبر هذه الفتحة في وقت واحد. ولهذا فإنالموشور يجب أن يدار لجلب مزيد من الألوان لتخرج من الفتحة حتى يتم فحص ألوان الطيف بأكملها. ويسجل مقياس دائري زاوية المنشور الذي يمكن بوساطته تحديد طول موجة الضوء (الشكل -6 ) .
.

الشكل (6) آلية استخدام جهاز قياس الطيف . الاشكال بالمرفقات


الأجزاء الأساسية للجهاز

يتكون جهاز طيف الامتصاص الضوئي اربعة اجزاء رئيسية:

1- مصدر الضوء(Light Source): هذا الجزء هو المصدر الرئيسي للإشعاع وفي هذا الجهاز يستخدم (Hollow Cathode Lamps) (HCL)، هذا النوع من المصادر الضوئية يتكون من كاثود (قطب سالب) و أنود (قطب موجب) موضوع مع غاز خامل مثل (أرغون او نيون) في انبوب محكم الغلاق.عندما يطبق جهد عالي على ذرات الغاز الخامل الموجود في الانبوب فانها تتأين وتجذب من قبل الكاثود، وبالتالي فان هذه الأيونات تضرب الكاثود وتعمل على اثارة ذرات االعنصر المستخدم في عمل الكاثود، تبدأ هذه الذرات ببعث الاشعاع بطول موجي حسب خصائص العنصر.





شروط مصدر الإشعاع المستخدم في جهاز السبيكتروفوتوميتر:
1- يجب ان يعطي بشك مثالي خرج ثابت و منتظم من الإشعاع ضمن مجال طيفي واسع و هذا يتطلب تغذية منتظمة وثابتة من وحدات التغذية
2- يجب ان تكون الإشارة الصادرة في معظم الحالات على شكل إشعاع مستمر في المنطقة المدروسة
طريقة عمل مصدر الإشعاع :تقــوم اللمبة بإرسال اشعاع يركز هذا الإشعاع في محرق العدسة فتخرج الأشعة متوازية و هذه الأشعة المتوازية نمررها ضمن أنبوب اسود نضع عدسة أخرى فتخرج من المحرق على الموشور. وبالتالي يخرج لدينا طيف مرئي و أشعة تحت حمراء و فوق بنفسجي و لكننا نريد فقط الضوء المرئي لذلك نستعمل شق ميكانيكي بحيث نحصل على الضوء المرئي بالكمية المطلوبة . ثم يخرج الضوء الى الخلية الضوئية ثم إلى المكبر فالخرج.
2-الموقد(Burner): وهو الجزء الذي يستخدم لتسخين العينة.
3- موحد الموجات : (Monochromator) هو عبارة عن جزء مهم في جهاز امتصاص الطيف الذري، ووظيفة هذا الجزء في عمل الجهاز فصل الطوال الموجي المطلوب عن الطوال الموجية المختلفة التي تنبعث بواسطة HCL ، حيث يتم اختيار الطول ألموجي المطلوب لفحص العينة ، حيث يتم انتاج هذا الطول عن طريق جزء خاص في monochromator يسمى grating (الحاجز المشبك)، الحاجز المشبك عبارة عن سطح عاكس، يعمل ميكانيكياً او تجسيمياً عن طريق اخاديد (فتحات) متوازية حيث صممت لاطوال موجية مختلفة، عادة معظم اجهزة امتصاص الطيف الذري مزودة بحاجزين مشبكيين بهدف الحصول على اطوال موجية لتغـــــــــــطية المدى 189-851، وهي الأطوال الموحية المستخدمة في طيف الامتصاص الضوئي.
4- كاشف مقدار الطاقة المتبقية(Photometer):
بعد اختيار الطول الموجي المطلوب عن طريق (Monochromator) حيث يمر الضوء من خلال العينة حيث يكون في الجهة المقابلة مجموعة من الكاشفات لمقدار الطاقة المتبقية وهي عبارة عن (array of photodiode) وتكون مجموعة لأن لكل طول موجي كاشف (Photodiode) حيث ينتج على اقطاب (Photodiode) تيار كهربائي يعتمد على كثافة الضو الساقط عليه، حيث يتم تكبير هذا التيار بواسطة Amplifier ثم تعرض النتيجة على شاشة LCD
الحساسات الضوئية
1- الخلايا الضوئية :يستخدم غالباً خلايا من ثلاث طبقات هي
أأ-الشفافة العلوية
ب - الحساسة
ج- الناقلة
تعمل على الشكل التالي عندما يسقط الضوء على الخلية فإنه ينفذ أولاً من الطبقة الشفافة ليسقط على الحساسة التي تستقبل هذه الفوتونات فتثار و تصدر إلكترونات هذه الإلكترونـــــــات تستقبل من الطبقة الناقلة و تمرر هذا التـــــــيار إلى الدارات الخاصة من أجل قياسه لأنه يتنـــــــــاسب و كمية الضوء الساقط إن استجابتها تردديــــــــــة بالنسبة للضوء الساقط و هي غير خطية و حساسيتها قليلة لذلك استعيض عنها بالمضاعفات الضوئية
2-المضاعفات الضوئية : يتألف من أنبوب مفرغ من الهواء و يحوي على مجموعة مصاعد14 و مهبط مطلي بمادة حساسة للضوء حيث أنها تصدر إلكترونات عندما تسقط عليها فوتونات الضوء إن فرق الجهد بين المصعد الأول و المـهبط هو ( 100 v ) و نفسة بين المصعد الثاني و الأول الإلكترونات الصادرة عن المهبط تستقبل من المصعد الأول و بإصطدامها به فإنها تحرر المزيد من الإلكترونات التي تســــتقبل با المصعد التالي و تتكرر العملية على عدد المصاعد فتنتج إشارة تتناسب مع الضوء الهابط على المهبط تتميز بخطيتها و حساسيتها العالية للضوء لذلك يجب أن توضع في ظلام دامس




الصيانة

الصيانة الدورية:

1. تغير مصدر الضوء.
2. تنظيف العدسات والمرايا والممرات الضوئية.
3. يجب إبعاد العدسات عن الغبار واللمس لأن ذلك يغير من النتيجة.
4. لاحظ إن العدسات والمرايا حساسة جداً فيجب التعامل معها بحذر وتنظيفها بأداة ناعمة خوفاً من كسرها او خدشها.

الاعطال الرئيسية:

1. تلف في لمبة الاضائة.
2. إعطاء قياسات غير منطقية- تلف في لمبة الاضائة أو اتساخ العدسات والمرايا وممرات الضوء.
3. تلف في احد ال IC’s ويتم فحصها بالتجربة.

ملاحظات أمان:

1. الحذر من وصول الأشعة فوق البنفسجية إلى العين لأنها مؤذية.
2. هناك جهد عالي مطبق في هذا الجهاز فيجب التعامل معه بحذر عند إزالة الغطاء الرئيسي.
3. فصل الجهاز عن مصدر الطاقة عند إزالة او تبديل احد مكونات الجهاز.



المصادر
Christian, G.D. (2003) Analytical Chemistry (6th Int. edn), John
Wiley, ISBN 0-471-451622.
Crosby, N.T., Davy, J.A., Hardcastle, W.A., Holcombe, D.G. and
Treble, R.D.(1995) Quality in the Analytical Chemistry
Laboratory, ACOL series, ISBN0-471-95470-5.
De Hoffmann, E., Charette, J, and Stroobant, V. (1996) Mass
Spectrometry: Principles and Applications, John Wiley, ISBN 0-
471-96697-5
Broekaert, J.A.C. (2005) Analytical Atomic Spectrometry With
Flames And Plasmas (2nd edn), John Wiley & Sons Inc, ASIN :
352731282X.


المدير العام
Admin

عدد المساهمات: 55
تاريخ التسجيل: 23/01/2011
العمر: 23

معاينة صفحة البيانات الشخصي للعضو http://green.syriaforums.net

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: جهاز قياس الطيف الضوئي

مُساهمة  اخصائي مختبر في الإثنين أبريل 23, 2012 9:23 pm

الملحقات عير موجوده اتمنى اعادة رفعها

اخصائي مختبر

عدد المساهمات: 1
تاريخ التسجيل: 23/04/2012

معاينة صفحة البيانات الشخصي للعضو

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي الرجوع الى أعلى الصفحة


صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى