PAHPADHA پهپادها

Intelligent Aerospace Center

02128426036
INFO@PAHPADHA.COM

معنی و مفهوم طیف سنجی و طیف بینی، انواع و کاربردهای آن SPECTROSCOPY

طيف سنجی:

طیف‌سنجی (بیناب نمایی) (به انگلیسی: Spectroscopy) به عنوان مطالعه برهمکنش بین نور و ماده نیز تعریف می‌شود. از لحاظ تاریخی طیف‌سنجی به شاخه‌ای از علم برمی‌گردد که نور مرئی برای مطالعات نظری در ساختار ماده و آنالیزهای کیفی و کمی استفاده می‌شد. اگرچه اخیراً به عنوان یک تکنیک جدید نه فقط برای نور مرئی بلکه بسیاری از اشکال تابش‌های الکترومغناطیسی و غیرالکترومغناطیسی مانند میکروموجها، امواج رادیویی، اشعه ایکس، الکترونها، فوتونها (امواج صوتی) و غیره بکاربرده می‌شود. از انواع روش‌های مهم و پرکاربرد در شیمی آلی می‌توان به روش‌های طیف‌سنجی مادون قرمز، جرمی، ماوراء بنفش و رزنانس مغناطیسی هسته اشاره کرد.

طیف‌سنجی اغلب در شیمی‌فیزیک (بطور مثال در نوعی تصویربرداری ام‌آرآی) و شیمی تجزیه برای شناسایی ماده از طریق طیف گسیلی یا جذبی از آنها یکار برده می‌شود. وسیله‌ای که طیف هر ماده را ثبت می‌کند طیفسنج یا اسپکترومتر نام دارد. طیف‌سنجی همچنین به طور زیاد در اخترشناسی و مشاهدات از راه دور استفاده می‌شود. اکثر تلسکوپ‌های بزرگ طیف‌نگار دارند که برای اندازه‌گیری ترکیبات شیمیایی و خواص فیزیکی اجسام نجومی یا اندازه‌گیری سرعت‌شان از طریق جابجایی دوپلری خطوط طیفی‌شان استفاده می‌شود. این نوع کاربرد در مبحث طیف‌سنجی نجومی به تفضیل آمده‌است.

انواع طیف‌سنجی (بیناب‌نمایی)

 
طیف جذبی کلوروفیل
  • طیف‌سنجی فروشکست القایی لیزری
  • طیف‌سنجی فلورسانسی
  • طیف‌سنجی مرئی
  • طیف‌سنجی فوریه
  • طیف‌سنجی فرابنفش
  • طیف‌سنجی فروسرخ
  • طیف‌سنجی جرمی
  • طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای
  • طیف‌سنجی رامان
  • بیناب‌نمایی لیزری
  • طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی


مطالعه ی ساختار مواد ازطريق بررسی برهم کنش موج
الکترومغناطيسی و ماده
در لاتين به معنای روح است Spectron 
طيف سنجی نقش مهمی در فيزيک، شيمی و نجوم دارد


تاریخچه مختصر:
شروع اسپکتروسکوپی را می توان آزمايشات اپتيکی نيوتون و مشاهده ی طيف رنگهای مرئی
Joseph von Fraunhofer با عبور نور سفيد از منشور دانست. بعدها در ابتدای قرن نوزدهم
با مطالعه روی انواع طيف سنجها، روش علمی طيف سنجی را پيشرفت داد.

آنچه طيف سنجی دنبال می کند
. طيف سنجی ، با مجموعه متنوعی از روشهای مختلف آزمايشگاهی به دنبال پاسخ دادن سوالاتی
است در مورد موضوعاتی از قبيل ساختار مولکولی، طول و انرژی پيوندها، ترازهای انرژی
الکترونها، آرايش
هسته، چرخش مولکولها و...
. مطالعه ی برهم کنش هر ناحيه ی خاص از طيف امواج الکترومغناطيسی اطلاعاتی خاص در مورد
نمونه به ما می دهد .


طيف امواج الکترومغناطيسی:

نواحی طيفی:

تغييرات ناشی از هر محدوده ی طيفی
راديويی : وارونه شدن اسپين هسته يا الکترون
مرئی- فرابنفش: تغيير در ممان دوقطبی مولکول
ريزموج: چرخش ممان دوقطبی دائمی مولکول
ريزقرمز: ارتعاش( که منجر به تغيير ممان دوقطبی می شود)

روش کلی
طيف سنج : منبع + دستگاه اپتيکی( مثلا برای تفکيک زاويه ای فرکانس ها) + دتکتور + تقويت
کننده === پالس

منابع نوری متداول:

شدت طيف های PEAK :
به سه عامل عمده ی زير بستگی دارد:
۱. احتمال گذارهای کوانتومی( که براساس قواعد گزينش تعيين ميشوند)
۲. جمعيت ترازها( براساس توزيع آماری)
۳. مقدار ماده ( آناليت) که در مسير طيف سنجی وجود دارد

نویز:
نسبت سيگنال به اغتشاش از مهمترين فاکتورهای ارزيابی يک طيف ثبت شده است. برای پهن شدگی
قله های طيف عوامل زير را می توان در نظر گرفت:
. منبع در همه فرکانس ها تابش يکسان ندارد
. دتکتور پاسخ يکسان به همه ی فرکانس ها نمی دهد.
. عدم قطعيت
.توزيع انرژی ( مثلا اثر پهن شدگی دوپلر )
. تابش های ثانويه
.طيف های محيطی


انواع طيف سنجی:


dispersive: هر نقطه ی طيف با فرکانس جداگانه ثبت می شود 


طيف سنج تبديل فوريه: ثبت همزمان تمام طيف در همه ی فرکانسها اتفاق می افتد
روش دوم به دليل اغتشاش کمتر بر اولی مزيت دارد

 

طيف سنجي IR

IR
در محدوده ي ارتعاشات مولكولي 
~ 3 × 1012 − 3 × 1014 𝐻𝐻 : فركانس 
تاريخچه: 


نوسانگر هماهنگ:


نوسانگر ناهماهنگ:


تقریب بورن – اپنهایمر:

 

𝒎 =±𝟏,±𝟐,… 𝒎 ≠𝟎 

(𝝎ˉ𝟎=𝝎ˉ𝒆(𝟏−𝟐𝝌𝒆


بيشينه ي شدت ها:


تجزیه به روش IR:


منابع توليد کننده ی IR:

Nernst Lamp

Globar

IR LEDs


طیف سنجی رامان:
بابک امانی

معرفی اثر رامان

SIR CHANDRASEKHARA VENKATA RAMAN
در سال ۱۹۳۰ برنده ی جايزه ی نوبل شد.
اثر رامان برای اويل بار توسط کريشنن و رامان گزارش شد
علاوه بر کشف اثر رامان در زمينه ی پراکندگی اشعه ايکس،
اپتيک و محلول های کلوييدی تحقيق کرد.

پراکندگی رامان و ریلی:
۱.۵ برابر طول موج دارند فوتون را پراکنده می کنند. - تنها مولکول هايی که اندازه ای در مرتبه ی ۱
پراکندگی ريلی: پراکندگی نوربا فرکانس برابر با نور اوليه
پراکندگی رامان: پراکندگی نور با فرکانسی متفاوت با نور اوليه
رامان تکنيکی است که به کمک تابش پراکنده شده از برخورد فوتون با مولکول خواص مولکول را آشکار می
کند.

دقيقا چه چيز را اندازه می گيریم؟
وقتی نور به نمونه تابيده می شود، آن را برا انگيخته کرد و به نوسان و حرکت وا می دارد. همين نوسان
هاست که اندازه گيری می شود.

پراکندگی رامان:
نور موجی از ميدان های الکتريکی و مغناطيسی نوسان کننده است 
تنها ميدان الکتريکی نور است که اثر رامان را موجب می شود. 
وقتی نور با مولکول برخورد می کند ميدان الکتريکی نور درون مولکول هم راه می يابد. 
ميدان به همه ی الکترون ها نيرو وارد می کند تا آنها را جابجا کند. 
درون مولکول القا می کند: μ(ind) اين جابجايی يک ممان الکتريکی 
μ(ind) = αE

 α: قطبش پذيری الکتريکی مولکول نام دارد. 
برهمکنش رامان دو خروجی ممکن دارد:
اگر ماده انرژی جذب کند و فوتونِ تابش شده انرژی پايين تری از فوتون اوليه داشته باشد. اين پراکندگی
رامان استوکس نام دارد.
اگر انرژی بالاتری داشته باشد، رامان آنتی-استوکس است.

طيف رامان:
طيف فوتون های پراکنده شده را طيف رامان می گويند. اين طيف شدت نور پراکنده را به صورت تابعی از اختلاف
با فوتون فرودی نشان می دهد. اين اختلاف به جابجايی رامان معروف است. Δν فرکانس

طيف نگار رامان:

يک طيف نگار رامان پيشرفته

کاربرد های اساسی طيف سنجی رامان:
شناسايی ترکيبات داخل نمونه به وسيله ی تطبيق دادن طيف با طيف های مرجع (اثر انگشت)
تشخيص ساختار مولکولی سطوح
شناسايی ترکيبات غير ارگانيک در جامدات و محلول های آب پوشيده
پيدا کردن نا خالصی ها و افزودنی های مولکولی

 

مقایسه ی طيف سنجی رامان و فروسرخ:
برتری رامان بر فروسرخ:
اختلالات وارد شده از طرف حلال، سلول ها و روش های آماده سازی نمونه را 
برطرف می کند.
مد های نوسانی فروسرخ گريز را آشکار می کند. 
برتری فروسرخ بر رامان: 
خطوط رامان بسيار ضعيف اند و خطوط ريلی غالب اند. 
ستاپ آزمايشی رامان بسيار پر خرج است. 
در رامان ممکن است به خاطر نور ليزر فلورسانس در نمونه ايجاد شود و طيف را 
مختل کند.
در نتيجه هر دو تکنيک مکمل يکديگر اند.


به سوی جهان نانو...
نانورامان:
برای گسترش کاربرد های رامان، برخی توليد کننده ها سعی می کنند آن را با تکنيک های تحليلی ديگر پيوند
دهند.
مرز های پراکنش را وسيع تر ميکنند علاوه بر اينکه اطلاعات AFM تکنيک های غير اپتيکی ديگری مثل
شيميايی که رامان تأمين ميکند را به دست می دهند.

کاربرد های اخير اثر رمان:
دانشمندان دانشگاه استفورد با استفاده از رامان روشی برای تشخيص سرطان بسيار کم خطر تر از روش 
های ديگر ارائه کردند.
پرتو ليزری که به سطح پوست تابيده می شود می تواند با دقت بالايی ذرات ريز تزريق شده به جريان 
خون را تشخيص دهند و خود را به سلول های سرطانی برسانند.
می تواند توموری به عرض ۵ ميليمتر شامل ميليون های سلول سرطانی را بر دارد. در حالی PET روش 
که عکس برداری رامان قابليت تشخيص چند صد سلول را دارد.


Astronomical spectroscopy is the study of astronomy using the techniques of spectroscopy to measure the spectrum of electromagnetic radiation

Aplications:Chemical Composition

temperature

density

mass

Distance

luminosity

relative motion

measure 3 major band of electromagnetic radiation :

Optic

radio

X-ray
different methods are required to acquire the signal depending on the frequency

OPTICAL SPECTROSCOPY
Isaac Newton

used a simple prism to observe the refractive properties of light
Joseph Von Fraunhofer
create very pure prisms
observe 574 dark lines in a seemingly continuous spectru
he combined telescope and prism to observe the spectrum of Venus, the Moon, Mars, and various stars such as Betelgeuse…

J.Fraunhofer observe 574 dark lines in a seemingly continuous spectrum

THE ESSENTIAL COMPONENTS OF AN ASTRONOMICAL SPECTROGRAPH

LIMITATIONS
The resolution of a prism is limited by its size
development of high-quality reflection gratings by “J.S. Plaskett” at the “Dominion Observatory” in Ottawa, Canada (early 1900s)
creating a "blazed" grating which utilizes a large number of parallel mirrors

BLAZED GRATING

RADIO SPECTROSCOPY

Radio Astronomy

Karl Jansky (early 1930s)

Noise from the center of the Milky Way, in the constellation Sagittarius


RADIO INTERFEROMETRY

1946, “Joseph Lade Pawsey”, “Ruby Payne-Scott” and “Lindsay McCready”

The first multi-receiver interferometer was built in the same year by “Martin Ryle” and “Vonberg”

Radio astronomy has led to substantial increases in astronomical knowledge

new objects, including “pulsars”, “quasars” and “radio galaxies”

The “Cosmic Microwave Background radiation”(CMB)

observations of the Sun and solar activity, and radar mapping of the planets

X-RAY ASTRONOMY
X-radiation is absorbed by the Earth's atmosphere
hot gasses (temperatures from about a million kelvin (K) to hundreds of millions of kelvin (MK))
first cosmic X-ray source ,in the constellation Scorpius, 1962
X-ray sources as Sco X-1 are compact stars

THEORETICAL X-RAY ASTRONOMY
is a branch of “theoretical astronomy” that deals with the “theoretical astrophysics” and “theoretical astrochemistry” of X-ray generation, emission, and detection as applied to astronomical objects
uses analytical models to approximate the behavior of a possible X-ray source
Uses computational numerical simulations to approximate the observational data

ASTRONOMICAL MODELS
addressing the likely source of X-ray emission can be constructed

Scorpius X-1

Crab Nebula

STELLAR X-RAY ASTRONOMY
Eta Carinae
stellar system containing at least two stars; 7,500 light-years (2,300 parsecs) from the Sun in the direction of the constellation Carina

X-ray observations by the Chandra X-ray Observatory show three distinct structures:

outer, horseshoe-shaped ring about 2 light years in diameter,

hot inner core about 3 light-months in diameter

hot central source less than 1 light-month in diameter which may contain the superstar that drives the whole show.

STARS AND THEIR PROPERTIES

Chemical Properties

hot solid objects surrounded by cooler gasses will show a near-continuous spectrum with dark lines corresponding to the emission lines of the gasses

To date more than 20 000 absorption lines have been listed for the Sun between 293.5 and 877.0 nm, yet only approximately 75% of these lines have been linked to elemental absorption

TEMPRATURE AND SIZE
λ 𝑚𝑚𝑚𝑇=𝑏
𝐿=4π𝑅2σ𝑇4
λ : Wavelength
R: radius of the Star
T: Temprature
L: luminosity
σ: Stefan–Boltzmann constant


By measuring the peak wavelength of a star, the surface temperature can be determined

when both luminosity and temperature are known (via direct measurement and calculation) the radius of a star can be determined.

PLANETS, ASTEROIDS, AND COMETS

Planets

The reflected light of a planet contains absorption bands due to minerals in the rocks present for rocky bodies, or due to the elements and molecules present in the atmospheres of gas giants

Using spectroscopy, compounds such as alkali metals, water vapor, carbon monoxide, carbon dioxide, and methane have all been discovered

ASTEROID

C-type
made of carbonaceous material

S-type
consist mainly of silicates

X-type
are 'metallic'

COMETS
The spectra of comets consist of a reflected solar spectrum from the dusty clouds surrounding the comet

دیدگاه خود را بنویسید

دیدگاه پس از تائید مدیریت منتشر می شود.
 
منوی وب‌سایت