المطياف في الفيزياء والكيمياء هو جهاز يستعمل لقياس الخواص الضوئية عبر نطاق معين من طيف الموجات الكهرومغناطيسية، وبصفة خاصة يقوم بالتحليل الضوئي للتعرف على مكونات المواد.[1][2] وقد تقاس مباشرة شدة الضوء أو استقطاب الضوء. وهو يقوم بقياس طول الموجات الضوئية حيث تتناسب طول الموجة تناسبا عكسيا مع طاقة الفوتون. ويمكن كتابة طاقة الفوتون أو طاقة 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 بمعرفة مجموعة الخطوط الضوئية الناتجة عن مادة معينة تعيين انوع لمادة بدقة ،لأن كل 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).
تركيب المطياف
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 أو مقياس ضوئي.
بغرض قياس الزوايا بين خطوط الطيف الناشئة تكون العدسة L2 للتلسكوب متحركة ومتكئة على مقياس معلم 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 نانو متر nm، عدد الموجات/متر um-1 أو إلكترون فولت eV.
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 وهو يمكنه قياس فروق السرعات للجسيمات.
بالنسبة إلى طريقة 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 أن الجسيم السريع يصل عدادنا أولا عند الزمن t1. أما الجسيم البطيئ فهو يصل العداد متأخرا في الزمن t2. هذه هي فكرة قياس زمن طيران الجسيمات لتعيين سرعاتها المختلفة، وهي عملية تحليل السرعات، وتطبق كثيرا في تجارب فيزياء الجسيمات.
اقرأ أيضا
- خط طيف
- مطيافية
- مطيافية فلكية
- مطيافية الأشعة تحت الحمراء
- مطياف الإلكترونات
- مطيافية الكتلة
- مطياف زمن الطيران
- مسدد
- موازي تلقائي Auocollimator
مراجع
- J. Michael, Hollas (1993). Modern spectroscopy (باللغة الإنجليزية) (الطبعة 2). Wiley. .
1
- "mass spectrometer" ( كتاب إلكتروني PDF ). 2009. doi:10.1351/goldbook.M03732. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 8 أكتوبر 2018.