عرض مصدر مطيافية

{{لا مصدر|تاريخ =أكتوبر 2024}}
{{بطاقة عامة}}
'''المطيافية''' (Spectroscopy) هي علم التآثر بين ال[[إشعاع]] (سواء كان [[موجة كهرومغناطيسية|كهرومغناطيسيا]] أو [[إشعاع جسيمي|إشعاع جسيمات]]) مع ال[[مادة]] والتي تشمل الذرات والجزيئات.

أما '''قياس الطيف''' ('''القياسات الطيفية''') فهو قياس هذه التآثرات الناتجة عن عملية [[امتصاص (كهرومغناطيسي)|امتصاص شعاع كهرومغناطيسي]] أو [[طيف الانبعاث|انبعاث شعاع كهرومغناطيسي]] أو تبعثر ([[تشتت (توضيح)|تشتت]]) [[طيف كهرومغناطيسي|للطيف الكهرومغناطيسي]]، والأجهزة التي تقوم بهذه القياسات التي تدعى [[مطياف]] أو [[راسم طيفي]].

[[ملف:Spectrum4websiteEval.png|تصغير|300 بك|الضوء الأبيض يتكون من طيف مركب مختلف الألوان.]]
تصدر المادة طيفا عند امتصاصها لطاقة؛ فمثلا إذا قمنا بتسخين قطعة من الحديد فإنها تحمر أولا ثُم يتغير لونها بارتفاع درجة الحرارة فتصبح برتقالية اللون، وإذا زادت درجة حرارتها فيميل وميضها إلى الاصفرار. كل هذا يسمى طيفا. وكذلك يمكنك التسبب في احمرار قطعة الحديد إذا ما قمت بطرقها بمطرقة مع مواصلة عملية الطرق حتى تحمر، ذلك لأنها تمتص جزءا من طاقة الطرق (طاقة الحركة) وتحوله إلى [[حرارة]] وتلك الحرارة تجعلها تصدر وميضا هو الطيف.

إذا قمنا بتحليل طيف قطعة [[حديد|الحديد]] وصورناه على فيلم تصوير فإننا نجده مكون من خطوط من الضوء متوازية متراصة بين خطوط حمراء فخطوط برتقالي فخطوط صفراء، هذا هو طيف قطعة الحديد الساخنة؛ ويظهر في هيئة خطوط ضوئية لونية لأنها تمثل انتقالات لإلكترونات الحديد بين مستويات الطاقة المختلفة للإلكترونات في ذرة الحديد، وعند انتقال إلكترون من مستوى طاقة في الذرة عالي إلى مستوى طاقة منخفض فهو يصدر شعاع ضوء له طاقة تعادل الفرق بين طاقتي المستويين في الذرة.

كذلك عندما نقوم بتسخين قطعة من [[نحاس|النحاس]] فهي تصدر أيضا طيفا ضوئيا، ولكن خطوط طيفها تكون مختلفة عن خطوط طيف قطعة الحديد الساخن (اختلاف في أطوال الموجات الضوئية الصادرة ([[فوتون]]ات) بسبب اختلاف البنية الإلكترونية الذرية في المادتين. فمن طيف الحديد نتعرف على الحديد ومن طيف النحاس نتعرف على النحاس. والجهاز الذي يُحَلِّل تلك الأطياف ويظهر خطوطها يسمى [[مطياف]].

بجهاز المطياف يمكننا التعرف على المواد عن طريق تحليل أطيافها.

== كيف ينشأ الطيف ==

[[ملف:Hg Niederdruck Spektrum.png|تصغير|يسار|300px|طيف مصباح الزئبق، صورته آلة تصوير خلف [[الموشور (توضيح)|موشور]]. (عدد البكسلات يتناسب مع [[طول الموجة|طول موجة]] شعاع الضوء)]]

سنأخذ مثال الطيف الضوئي الذي نعرفه لضوء الشمس. تحتوي الشمس في معظمها على عنصر الهيدروجين. هذا الهيدروجين في درجات حرارة عالية بحيث يقفز إلكترون ذرة الهيدروجين إلى مستوى طاقة عالية في ذرة الهيدروجين. أي أن الإلكترون يكون مثارا أو ذرة الهيدروجين تكون مثارة بحيث أن ذرة الهيدروجين لا تستطيع البقاء مثارة طوال الوقت؛ فبعد فترة وجيزة يعود الإلكترون إلى [[حالة قاعية|مستواه الأرضي]] - إلى مستوى طاقة أقل - بعدما يتخلص من جزء من الطاقة التي تسببت في إثارته. تلك الطاقة التي يتخلص منها هي الفرق بين طاقته أثناء الإثارة وطاقته بعد هبوطه إلى [[مستوى طاقة]] أقل في ذرة الهيدروجين. ويطلق تلك الطاقة في هيئة شعاع ضوء. ويكون لدى شعاع الضوء تردد متناسبا مع طاقته. أي إذا كانت طاقة الشعاع عالية كان تردد موجته عالية، وإذا كانت طاقة الشعاع منخفضة يكون تردد موجة الشعاع منخفضة.

قد يعود إلكترون ذرة الهيدروجين من مستوى طاقة رقم 5 إلى مستوى تحته مثالا إلى مستوى طاقة رقم 3؛ أو قد يعود إلى مستوى طاقة رقم 2 إلى المستوى الأرضي رقم 1. في كل تلك الحالات تختلف كمية الطاقة التي تصدر من كل قفزة من تلك القفزات عن الأخرى، وتبدو كخطوط طيف على حائل عندما تنكسر على [[الموشور (توضيح)|موشور]].

إذا قمنا في المعمل بتسخين الصوديوم مثلا إلى درجة عالية نجد أنه يشع ضوءا أصفرا برتقاليا، وإذا قمنا بتحليل طيفه هذا لوجدنا أن له خطوط طيف تختلف عن خطوط طيف الهيدروجين. الاختلاف يظهر كاختلاف في ترددات الأشعة الصادرة من الصوديوم عن ترددات الأشعة الصادرة من الهيدروجين. فكل عنصر كيميائي له بصمة هي طيفه؛ ويمكن التعرف على العنصر من طيفه (بصمته).

وطيف عنصر يمكن رسمه في رسم بياني يعطي العلاقة بين شدة خطوط الطيف و[[تردد|وتردداتها]]، أو [[طول الموجة|طول موجة]] خط الطيف. والعلاقة بين تردد شعاع ضوء (موجة كهرومغناطيسية) <math>\nu\,</math> و[[طاقة|طاقته]]
<math>E\,</math> تعطى بالمعادلة:

:<math>E = h \cdot \nu \,</math>
:حيث <math>h \,</math> [[ثابت بلانك]].

أساس فهمنا لتكوين الطيف يعود إلى [[نموذج بور]] لذرة الهيدروجين. وبواسطة هذا النموذج يمكن تفسير امتصاص الذرة وإصدارها [[فوتون]]ات (أشعة ضوئية) عند انتقال الإلكترون بين [[مستوى طاقة|مستويات الطاقة]] المختلفة في الذرات. الطاقة الممتصة وبالتالي الطاقة الصادرة <math>\Delta E \,</math> متعلقة بمستوى الطاقة الابتدائي في الذرة <math>E_n \,</math> ومستوى الطاقة النهائي <math>E_m \,</math> فيها. في [[ميكانيكا الكم]] نميز طبقات الطاقة هذه بأنها [[حالة كمومية|حالات كمومية]].

وتنطبق عليها المعادلة:

:<math>\Delta E = E_n-E_m = h \cdot \nu \,</math>

وعندما يكون الفرق <math>E_n> E_m \,</math> موجبا، تكون الحالة حالة إصدار شعاع، وإذا كان الفرق سالبا، أي <math>E_n <E_m \,</math> كانت الحالة حالة امتصاص شعاع (امتصاص فوتون).

وبنيات كل طيف تشير إلى الطاقات المختلفة التي يستطيع عنصر امتصاصها أو إشعاعها (إصدارها). كميات الطاقة هذه تعادل الفرق بين طاقات المستويات المختلفة في العينة. ويعتمد طيف عنصر ما على تركيزه في العينة وعلى الانتقالات المسموحة لانتقال الإلكترون فيه.

== استخداماتها ==
[[ملف:Light dispersion of a mercury-vapor lamp with a flint glass prism IPNr°0125.jpg|تصغير|يسار|تحليل الضوء الأبيض بواسطة المنشور إلى ألوان هو مثال على المطيافية]]
[[ملف:EM-Spektrum.svg|تصغير|يسار|400px|hochkant=2|موقع حيز [[طيف مرئي|الطيف المرئي]] في طيف [[موجة كهرومغناطيسية|الموجات الكهرومغناطيسية]] في الوسط في حيز ضيق. أشد الأشعة طاقة هي [[أشعة غاما]] (يسار). الترقيم العلوي يعطي [[تردد]] الشعاع بال[[هرتز]] والترقيم السفلي للطيف الكلي يعطي [[طول الموجة]] بالمتر.]]

تاريخيا، أشير للمطيافية على أنها أحد فروع العلوم الذي يستخدم فيه [[طيف مرئي|الضوء المرئي]] لدراسة بنيات المادة وللتحليل النوعي والكمي لها. وكان نصرا كبيرا عند معرفة مكونات [[الشمس]] من مجرد تحليل طيف ضوئها، ونحن هنا على الأرض، فنعرف أنها في معظمها تتكون من [[هيدروجين|الهيدروجين]] مع قليل من [[هيليوم|الهيليوم]] (نحو 4%) وقليل من [[ليثيوم|الليثيوم]] (أقل من 1%). (يوجد في قلب [[الشمس]] أيضا [[حديد|الحديد]] والعناصر الأخرى ك[[كربون|الكربون]] و[[أكسجين|الأكسجين]] و[[نيتروجين|النتروجين]] وغيرها بنسبة صغيرة ولكن الحديد على الأخص لا يظهر على السطح. سطح الشمس هو الذي يصدر الضوء الذي نتلقاه منها وهو مكون من الهيدروجين والهيليوم والليثيوم). كان ذلك نصرا عظيما '''للمطيافية'''. وبتطبيق الطريقة على النجوم وجدنا أن أغلبها يماثل الشمس في تكوينها وطيفها؛ إلا أن للنجوم أجيال وأجيال ولهذا تختلف أطيافها عن طيف الشمس. وهذا الموضوع له متخصصيه في [[علم الفلك]].

ثم توسع تعريف المطيافية بعد إدخال وتطوير تقنيات جديدة لإنتاج الأشعة، مثل [[أشعة سينية|الأشعة السينية]] و[[موجة راديو|الأشعة الراديوية]] و[[رادار|أشعة الرادار]] واكتشفنا [[أشعة غاما]] التي تصدرها بعض الذرات. واتضح لنا أن الطيف أعرض بكثير من الحيز الضيق الذي نسميه [[طيف مرئي|الطيف المرئي]]؛ فكلها أنواع من [[موجة كهرومغناطيسية|الأشعة الكهرومغناطيسية]] ولكنها تختلف فيما تحمله من [[طاقة]]. أشدها طاقة هي [[أشعة غاما]].

المطيافية تستخدم غالبا في [[كيمياء فيزيائية|الكيمياء الفيزيائية]] و[[كيمياء تحليلية|التحليلية]] للتحليل النوعي والكمي للمواد الكيميائية سواء كانت ذرية باستخدام الأطياف الذرية لتلك العناصر أو لتحليل الجزيئات. يتم ذلك بتسليط الأشعة المرئية على العينة أو [[الأشعة فوق البنفسجية|أشعة فوق البنفسجية]] أو [[الأشعة تحت الحمراء|أشعة تحت الحمراء]] للتفاعل معها، إذ تمتص منها بعض ذرات العنصر، وقياس ما يصدر منها من ضوء أو موجات كهرومغناطيسية. وابتكرت أنواع مختلفة من [[مطياف|المطيافات]]، فمنها [[مطيافية الأشعة المرئية وفوق البنفسجية|مطيافية الأشعة فوق البنفسجية]] و[[مطيافية الأشعة تحت الحمراء]] و[[مطيافية إلكترون أوجيه]]، و[[مطيافية الانبعاث الضوئي]]، وغيرها.

وابتكرت أنواع تستخدم أيضا بكثرة في [[علم الفلك]] و[[استشعار عن بعد|الاستشعار عن بعد]]. تزود ال[[مقراب|تلسكوبات]] الكبيرة دوما ب[[مطياف]] أو مطيافات مختلفة لقياس إما التركيب الكيميائي أو الخواص الفيزيائية للأجرام الفلكية أو قياس السرعات حسب [[تأثير دوبلر|انزياح دوبلر]] [[خط طيفي|لخطوطهم الطيفية]].

== مراجع ==
{{مراجع}}

== انظر أيضًا ==
* [[تاريخ التحليل الطيفي]]
* [[مطياف]]
* [[خط طيفي|خط طيف]]
* [[مطياف بصري]]
* [[مطيافية فلكية]]
* [[مطيافية إلكترون أوجيه]]
* [[مطيافية الأشعة تحت الحمراء]]
* [[مطيافية الرنين المغناطيسي النووي]]
* [[مطيافية جسيمات ألفا]]
* [[مطياف نير]] لـ ([[مقراب جيمس ويب الفضائي|تلسكوب جيمس ويب الفضائي]])
{{روابط شقيقة}}
{{كيمياء عضوية}}
{{فروع المطيافيات}}
{{الجزيئات المكتشفة في الفضاء الخارجي}}
{{معرفات مركب كيميائي}}
{{ضبط استنادي}}
{{شريط بوابات|الفيزياء|الكيمياء|بصريات|رحلات فضائية|رياضيات|علم الفلك|علوم|كيمياء فيزيائية|نجوم}}

[[تصنيف:مطيافيات|*]]
[[تصنيف:تبعثر]]
[[تصنيف:تبعثر وامتصاص ونقل إشعاعي (بصريات)]]
[[تصنيف:تقانة علمية]]
[[تصنيف:علم الفلك الرصدي]]
[[تصنيف:غوستاف روبرت كيرشهوف]]