جهاز طيف الأشعة تحت الحمراء InfraredSpectroscopy

جهاز طيف الأشعة تحت الحمراء InfraredSpectroscopy :
هو أحد أجهزه تحاليل الطيف وتستخدم به مرايا محدبه ومقعره عاكسه على سطحها الأمامي ولهذه المرايا العديد من المميزات فهي ليس لها معامل إنكسار (chromatic aberration) ويمكن صنعها من مواد صلبه وقاسيه دون النظر إلى النفوذيه الضوئيه كما أنه من السهل تثبيتها في الأجهزه .
أما النوافذ الضوئيه كالتي تحمي الكشاف (detector ) وخلية العينه والمنشور فينبغي أن تصنع من ماده بلوريه صلبه تسمح للضوء ذو طول الموجه المعنيه بالنفاذ بصوره كامله . إذا استعمل المنشور كموحد لطول الموجه فينبغي أن تحكم حمايته من الرطوبه مع وضع مجفف ليضمن عدم وصول الرطوبه إليه .
لايمكن إستعمال المحاليل المائيه في خلايا العينات ولكن تأثر الخليه بالماء ليس السبب الوحيد في عدم إمكانية إستعمال المحاليل المائيه فالماء ذاته يمتص الأشعه تحت الحمراء بصوره كبيره ولذا لايمكن إستعماله كمذيب .
هذا وينبغي أن تحفظ خلايا العينات في مجفف في حالة عدم إستعمالها .


المصادر الضوئيه :
إن المصادر الضوئيه الأكثر إستعمالاً هما مصباح نيرنست المتوهج ( Nernst ) ومصباح جلوبرالمتوهج ( Globar ) الأول عباره عن قضيب مكون من أكاسيد الزوركونيوم والسيريوم والثوريوم يسخن كهربائياً إلى درجة حرارة تتراوح بين 1000- 1800 درجة مئويه أما الثاني فيتكون من قضيب من كربيد السيليكون ( Sintered Silicon Carbide ) الي يسخن إلى نفس درجة المصباح الأول . وعند هذه الدرجة المرتفعه يبث كل من هذين المصدرين الأشعه تحت الحمراء . وكلا المصدرين يحقق مطلبين هامين في المصدر الضوئي وهما عدم ذبذبة الشعاع الضوئي وثبات شدته لفتره طويله . ولكن نجد عملياً أن شدة الأشعه الضوئيه ليست هي نفسها عند كل الترددات المستخدمه .

الكشافات :
أكثر الكشافات إستعمالاً في أجهزة الأشعه تحت الحمراء هي مقياس الطاقه الحراريه ( bolometer ) والمزدوج الحراري ( thermocouple ) والمقاوم الحراري ( thermistor ) :

1- مقياس الطاقه الحراريه ( bolometer ) : وهو عباره عن مقاومه حساسه جداً للحراره يستعمل لقياس الأشعه الحراريه . ويتكون من طبقه رقيقه من معدن موصل وعندما تسقط عليه الأشعه تحت الحمراء ترتفع درجة حرارته وبالتالي تتغير مقاومته وهذا التغير هو مقياس لشدة الأشعه الساقطه عليه .

2- والمزدوج الحراري ( thermocouple ) : ويصنع من سلكين معدنيين مختلفين متصلين عند أطرافهما فإذا أصبحت إحدى نقطتي الإتصال أكثر حراره وتسمى نقطة الإتصال الحاره ( ( hot junction من نقطة الإتصال الأخرى التي تسمى نقطة الإتصال البارده ( cold junction ) فإنه سيحدث فرق بسيط في الجهد بين نقطتي الإتصال .
وفي جهاز الأشعه تحت الحمراء تعزل نقطة الإتصال البارده لتبقى عند درجة حرارة ثابته بينما تعرض نقطة الإتصال الحاره للأشعه تحت الحمراء المراد قياس شدتها . وفرق الجهد الناتج في السلك يعتمد على الفرق بين درجة حرارة نقطتي الإتصال الذي يتناسب مع شدة الأشعه تحت الحمراء الساقطه على نقطة الإتصال الحاره .

3- المقاوم الحراري ( thermistor ) : يتكون المقاوم الحراري من مزيج من الأكاسيد المعدنيه المصهوره تزيد مقاومتها عند إزدياد درجة الحراره وهذه الظاهره تستعمل لقياس شدة الأشعه تحت الحمراء الساقطه عليها .
وهناك كشافات أخرى مستعمله في أجهزة الأشعه تحت الحمراء منها كشاف جولي ( Golay ) الذي يعتمد على تغير ضغط الغاز في حيز محصور عندما تسقط عليه الأشعه تحت الحمراء ومن الكشافات المستعمله الخليه الضوئيه التي هي عباره عن مقاومه حساسه جداً للأشعه الساقطه عليها . كما أستعمل شبه الموصل ( semiconductor ) ككشاف للأشعه تحت الحمراء حيث أن مقاومته تتغير عند سقوط الأشعه عليه وميزته أنه حساس جداً وله سرعة تجاوب كبيره .
تحضير العينات وأنواع الخلايا المستعمله :
يستعمل طيف إمتصاص الأشعه تحت الحمراء لتعيين هوية المركبات الصلبه والسائله والغازيه ومن الطبيعي أن تعامل العينات بطرق مختلفه تتناسب مع حالة كل منها .

· في العينات الصلبه تسحق ثم تجعل على شكل عجينه مع ماده سائله عالية اللزوجه مثل زيت البرافين النيوجل ( Nujol ) أوشحم كلورو فلورو كربون ثم توضع كميه بسيطه من هذه العجينه بين قرصين من بروميد البوتاسيوم أو كلوريد الصوديوم لتكون طبقه رقيقه جداً .
· في العينات السائله فأبسطها هي التي يمكن أن توضع مباشره في خلية من كلوريد الصوديوم أو بروميد البوتاسيوم أوبروميد الثوريوم ثم يسجل طيف إمتصاص الأشعه تحت الحمراء للماده المراد دراستها . وفي الجهاز ثنائي الشعاع تستعمل خليه مماثله تحوي على ماده قياسيه ( reference material ) كالمذيب مثلاً . وينبغي حماية الخلايا من الرطوبه كما ينبغي تجفيف المذيبات العضويه قبل إستعمالها لأن وجود كميات قليله من الماء تؤثر على جدار الخليه مما ينتج عليه أخطاء كبيره وهذه الطريقه مناسبه للتحاليل الكيفيه والكميه . كما يمكن وضع قطره من العينه بين قرصين من بروميد البوتسيوم أو كلوريد الصوديوم لتكون طبقه رقيقه جداً ويسجل الطيف لها . ولكن هذه الطريقه لاتصلح إذا كانت الماده سريعة التبخر كما أنها لاتصلح للتحليل الكمي .
· في العينات الغازيه توضع في خلايا كبيره غالباً مايكون طولها 10 سم وتصنع نهاياتها من كلوريد الصوديوم أوبروميد البوتاسيوم .

تطبيقات امتصاص الأشعه تحت الحمراء :
هو التحليل الكيفي للكثير من المركبات العضويه في حالتها النقيه أو في مزيج منها . كما أن تردد الشعاع الذي يمتصه جزيء من ماده ما تردد ثابت وهذا يعني إمكانية معرفة وجود ذلك الجزيء إذا عين طيف إمتصاصه . بالإضافه إلى ذلك فإن المجموعات الفعاله ( functional groups ) يمكن أن تسلك سلوكاً وكأنها كتل منفصله وتعطي طيف إمتصاص محدد لها . وهذه الحقيقه تمكننا من التعرف على العديد من المجموعات الفعاله المهمه في المركبات العضويه بواسطة مقارنة طيف المركب المجهول بأطياف المجموعات الفعاله .