مطياف

مطياف بسيط

انكسار شعاع ضوء في المنشور.

المطياف في الفيزياء والكيمياء هوجهاز يستعمل لقياس الخواص الضوئية عبر نطاق معين من طيف الموجات الكهرومغناطيسية، وبصفة خاصة يقوم بالتحليل الضوئي للتعهد على مكونات المواد. وقد تقاس مباشرة شدة الضوء أواستقطاب الضوء. وهويقوم بقياس طول الموجات الضوئية حيث تتناسب طول الموجة تناسبا عكسيا مع طاقة الفوتون. ويمكن كتابة طاقة الفوتون أوطاقة شعاع الضوء بوحدة إلكترون فولت، وعادة يعبر عن طاقة شعاع الضوء بطول الموجة، أي بوحدة نانومتر.

ويستعمل المطياف لإنتاج التحليل الطيفي الذي يظهر في هيئة خطوط ضوئية ملونة نظرا لاختلاف طول الموجة لكل خط عن الآخر. ويمكن بفهم مجموعة الخطوط الضوئية الناتجة عن مادة معينة تعيين انوع لمادة بدقة ،لأن جميع عنصر كيميائي يتميز ببصمة خاصة به (أي بطيف معين خاص به).

ويستخدم التعبير مطياف للتعريف عن الأجهزة التي تقوم بقياس طول موجة الأشعة في نطاق واسع من طول الموجة، من أشعة غاما ذات طول الموجة القصيرة جدا إلى منطقة الأشعة السينية إلى منطقة الضوء المرئيذات طول موجة متوسطة الطول، إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء ذات الموجات الطويلة. وإذا كانت منطقة الدراسة محصورة في منطقة الضوء المرئي فيسمى المطياف المطياف البصري.

وفي منطقة الموجات الكهرومغناطيسية التي تكون تحت الطيف المرئي مثل الميكروويف والموجات الراديوية فإن جهاز تحليل الطيف يصبح جهازا إلكترونيا بحتا، مثل الراديو(ليس ضوئيا).

هجريب المطياف

مطياف بسيط

يتكون المطياف الضوئي البسيط من الأجزاء الآتية:

S مصدر الضوء المطلوب تعيين طيفه
ينفذ شعاع المصدر خلال فتحة رأسية ضيقة F1 من أجل تكوين شعاعا ساقطا أشعته متوازية يسقط على العدسة L1
موشور زجاجي P لكسر الشعاع المطلوب تحليله،
تخرج الأشعة من الموشور محللة (منفصلة) طبقا للونها وتسقط على عدسة ثانية L2 لتخرج من عدسة مخرج المطياف (عند العين)،
عدسة خروج الأشعة تمكن من رؤية خطوط الطيف بالعين وقياسها. كما يمكن الاستعاضة عنها بوضع عدسة ثالثة في طريق الأشعة واستقبال الإشعة على حائل أومقياس ضوئي.

بغرض قياس الزوايا بين خطوط الطيف الناشئة تكون العدسة L2 للتلسكوب متحركة ومتكئة على مقياس مفهم لأخذ القراءة مباشرة عليه.

مقاييس الطيف

تعطي المطيافات الحديثة الطيف بصفة عامة (في نطاق الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء بالوحدات الأتية : طول الموجة بوحدة نانومتر nm، عدد الموجات/متر um-1 أوإلكترون فولت eV.

طيف ضوء لمبة الزئبق. تبين الصورة السفلى خطوط الطيف المميزة للزئبق. ويبين الشكل العلوي طول الموجة بالنانومتر (المحور الأفقي)، وشدة الضوء (المحور الرأسي).

وكما نستخلص من الشكل فاللون البنفسجي للضوء له طول موجة 8و435 نانومتر ،واللون الأخضر له طول موجة 546 نانومتر، كما يوجد في الطيف خطوط أخرى.

أنواع أخرى للمطياف

توجد لأشعة الجسيمات طريقة مطيافية الكتلة حيث تستغل القوة المركزية الطاردة للتفرقة بين الجسيمات الثقيلة والخفيفة. كما تستغل تأثيرات فيزيائية أخرى ،مثل تأثير شتارك الذي يعتمد على استخدام مجال كهربائي لفصل خطوط الطيف القادمة من المصدر. كذلك توجد مطيافات تعمل بالمجال المغناطيسي لفصل خطوط الطيف وهي تعتمد في نظريتها على تأثير زيمان. أما في حالة الجسيمات الثقيلة وفي حالة الجسيمات المتهادلة الشحنة مثل النيوترونات فيستخدم المطياف المسمى مطياف زمن الطيران وهويمكنه قياس فروق السرعات للجسيمات.

بالنسبة إلى كيفية تحليل سرعات جسيمات فطريقة مطياف زمن الطيران تعتمد على أنه إذا انطلقت الجسيمات في الزمن to وبدأنا القياس على بعد 20 متر مثلا من فتحة انطلاق الجسيمات لوجدنا حتى الجسيم السريع يصل عدادنا أولا عند الزمن t1. أما الجسيم البطيئ فهويصل العداد متأخرا في الزمن t2. هذه هي فكرة قياس زمن طيران الجسيمات لتعيين سرعاتها المتنوعة، وهي عملية تحليل السرعات، وتطبق كثيرا في تجارب فيزياء الجسيمات.

مراجع

^ J. Michael, Hollas (1993). Modern spectroscopy (باللغة الإنجليزية) (الطبعة 2). Wiley. ISBN . 1
^ "mass spectrometer" (PDF). 2009. doi:10.1351/goldbook.M03732. مؤرشف من الأصل (PDF) فيثمانية أكتوبر 2018.