نطاق امتصاص

وفقًا لميكانيكا الكم، يمكن حتى تحوز الذرات والجزيئات كميات محددة معروفة من الطاقة أوحتى توجد في حالات محددة. عندما تبث ذرة أوجزيء مثل هذه الكميات من الإشعاع الكهرومغناطيسي أوتمتصها، فتغير طاقة الإشعاع حالة الذرة أوالجزيء من الحالة الأولية إلى الحالة النهائية. نطاق الامتصاص هومدى من الأطوال الموجية أوالترددات أوالطاقات في الطيف الكهرومغناطيسي يتميز بانتنطق محدد من الحالة الأولية إلى الحالة النهائية في المادة.

نظرة عامة

وفقًا لميكانيكا الكم، يمكن حتى تحوز الذرات والجزيئات كميات محددة معروفة من الطاقة أوحتى توجد في حالات محددة. عندما تمتص ذرة أوجزيء الإشعاع الكهرومغناطيسي، فتغير طاقة الإشعاع حالة الذرة أوالجزيء من الحالة الأولية إلى الحالة النهائية. عدد الحالات عدد سليم في نطاق معين من الطاقة في الأنظمة الغازية أوالأنظمة المخففة، بمستويات طاقة منفصلة. أما الأنظمة المكثفة مثل المواد السائلة أوالصلبة، فلها توزيع متصل من كثافة الحالات وغالبًا ماقد يكون لها نطاق متصل من الطاقة. فلكي تغير مادة طاقتها، يجب عليها حتى تعمل ذلك في سلسلة من «المراحل» عبر امتصاص فوتونًا. يمكن لعملية الامتصاص هذه حتى تحرك جسيمًا مثل الإلكترون من مستوىً مشغول إلى مستوى فارغ أوغير مشغول. يمكنه أيضًا حتى يحرك نظامًا اهتزازيًا أودوارًا كاملًا، مثل الجزيء، من حالة اهتزازية أودائرية إلى حالة أخرى، أويمكنه حتى يخلق شبه جسيم مثل الفونون أوالبلازمون في المادة الصلبة.

انتنطقات كهرومغناطيسية

يختفي المجال المغناطيسي للفوتون عند امتصاصه لأنه يُحدث تغيرًا في النظام الذي امتص الفوتون. ينتقل من الفوتون إلى النظام جميع من الطاقة والزخم والزخم الزاوي وعزم ثنائي القطب المغناطيسي وعزم ثنائي القطب الكهربي. وفقًا لقوانين البقاء التي يجب مراعاتها، تخضع عملية الانتنطق إلى سلسلة من القيود. يؤدي هذا إلى سلسلة من قواعد الاختيار. فليس من الممكن حتى يحدث أي انتنطق يقع في نطاق الطاقة أونطاق التردد الملحوظ.

تتحدد قوة عملية الامتصاص الكهرومغناطيسي بعاملَين غالبًا. من المهم حتى ندرك أولًا حتى الانتنطقات التي تغير فقط من عزم ثنائي القطب المغناطيسي للنظام، أضعف كثيرًا من الانتنطقات التي تغير عزم ثنائي القطب الكهربي والانتنطقات الحادثة لعزم ذي درجة أعلى، مثل انتنطقات رباعي القطب، أضعف من انتنطقات ثنائي القطب. ثانيًا، ليست لكل الانتنطقات نفس عنصر انتنطق المصفوفة أومعامل الامتصاص أوقوة التذبذب.

تلعب درجة الحرارة والميكانيكا الإحصائية دورًا هامًا في بعض الأنواع من النطاقات أوالأنظمة الطيفية. في نطاق الأشعة تحت الحمراء (البعيدة) والميكرووية والراديوية، تحدد شدةَ الامتصاصات المشاهَدة الأعداد الشاغلة التي تعتمد على درجة الحرارة للحالات والفرق بين إحصاء بوز- أينشتاين وإحصاء فيرمي- ديراك. بالنسبة لنطاقات الطاقة الأخرى، قد يحدد عرضَ الخط تأثيراتُ الحركة الحرارية مثل اتساع دوبلر.

شكل النطاق والخطوط

هناك مجموعة متنوعة من أشكال الخطوط ونطاقات الامتصاص، ويمكن حتى يُستخدم تحليل شكل النطاق أوالخط لتجميع معلومات عن النطاق الذي يسببه. في عدة حالات،قد يكون ملائمًا حتى نفترض حتى خطًا طيفيًا ضيقًا هولورنتزي أوجاوسي، وفقًا لآلية الانحلال أوتأثيرات درجات الحرارة مثل اتساع دوبلر، على الترتيب. قد يسفر تحليل الكثافة الطيفية والشدة وشكل خطوط الطيف وعرضها عن الكثير من المعلومات بشأن النظام المشاهد كما يحدث في أطياف موسباور.

لا نستطيع دائمًا تمييز مستويات الطاقة المنفصلة في طيف الامتصاص في الأنظمة التي تحتوي على عدد كبير من الحالات مثل الجزيئات الضخمة والأنظمة المترافقة الكبيرة. إذا ما عُلمت آلية اتساع الخط وكان شكل الكثافة الطيفية ظاهرًا بوضوح في الطيف، يمكننا حينها الحصول على البيانات التي نرغب فيها. أحيانًا يكفي فهم مسقط النطاق أوحدوده العليا والسفلى من أجل التحليل.

انظر أيضًا

مطيافية
خط طيفي

مراجع

^ Edgar Bright Wilson, J.C. Decius, Paul C. Cross, MOLECULAR VIBRATIONS. The Theory of Infrared and Raman Vibrational Spectra. McGraw-Hill, New York, 1955
^ Harry C. Allen Jr., Paul C. Cross, Molecular Vib-Rotors. THE THEORY AND INTERPRETATION OF HIGH RESOLUTION INFRARED SPECTRA. John Wiley and Sons, Inc. New York, 1963
^ K.M Smith, D.A Newnham. Near-infrared absorption spectroscopy of oxygen and nitrogen gas mixtures. doi:10.1016/S0009-2614(99)00584-9