charcterization by photometer

1. •‫الطيفي‬ ‫املقياس‬Spectrophotometer
‫ـة‬‫ـ‬‫م‬‫مقد‬:
•‫نعامل‬‫يف‬‫حياتنا‬‫اليومية‬‫مع‬‫الكثري‬‫من‬‫احملاليل‬،‫نة‬‫و‬‫املل‬ً‫ا‬‫ل‬‫مفث‬"‫الشاي‬"–‫عبارة‬‫عن‬‫تخلص‬‫مس‬‫مايئ‬‫وراق‬‫أ‬‫ل‬‫نبات‬‫الشاي‬–‫و‬‫بنظران‬‫أس‬‫ك‬‫ل‬‫الشاي‬‫حنن‬‫تطيع‬‫نس‬‫ن‬‫أ‬‫أ‬:
•‫نتعرف‬‫على‬‫الشاي‬‫بمجرد‬‫رؤيته‬‫و‬‫ذلك‬‫من‬‫خالل‬‫لونه‬(‫تقدير‬‫نوعي‬Qualitative)
•‫نحدد‬‫إن‬‫كان‬‫هذا‬‫الشاي‬ً‫مستساغا‬‫لنا‬ً‫مبدئيا‬‫من‬‫خالل‬‫كثافة‬‫لونه‬‫و‬‫قبل‬‫ان‬‫نتذوقه‬(‫تقدير‬‫كمي‬Quantitative)
•‫إن‬‫تقويمنا‬‫النوعي‬‫و‬‫الكمي‬‫تنقصه‬،‫الدقة‬‫و‬‫لو‬‫أعددنا‬5‫تخفيفات‬"‫متدرجة‬‫حسب‬‫كثافة‬‫اللون‬"‫من‬‫هذا‬‫الشاي؛‬‫و‬‫كان‬‫التخفيف‬‫األقل‬
‫كثافة‬‫لونية‬‫يحمل‬‫الرقم‬1‫و‬‫األكثر‬‫كثافة‬‫لونية‬‫يحمل‬‫الرقم‬5‫فإننا‬‫لن‬‫نجد‬‫صعوبة‬‫في‬‫التفرقة‬،‫بينهما‬‫و‬‫لكننا‬‫نجد‬‫صعوبة‬‫في‬‫التف‬‫ريق‬‫بين‬
‫محلولين‬‫متتاليين‬(2‫و‬3ً‫مثال‬).
•‫للتغلب‬‫على‬‫هذه‬‫الصعوبة‬‫و‬‫عمل‬‫تقويم‬‫دقيق‬‫فإننا‬‫نلجاء‬‫إلستخدام‬‫أجهزة‬‫قياس‬‫خاصة‬‫لها‬‫القدرة‬‫على‬‫تمييز‬‫درجة‬‫كثافة‬‫ال‬‫لون‬‫بدرجة‬
‫ادق‬‫من‬‫القدرة‬،‫البشرية‬‫و‬‫التي‬‫تعرف‬‫بـ‬"‫مقياس‬‫الطيف‬‫الضوئي‬Spectrophotometer".
•‫حيث‬:‫المقطع‬Spectro‫مشتق‬‫من‬Spectrum‫و‬‫يعني‬‫الطيف‬
•‫المقطع‬Photo=‫ضوء‬
•‫المقطع‬meter=‫مقياس‬
•‫أساسية‬ ‫مبادئ‬:
•*‫الضوء‬‫و‬‫الحرارة‬‫و‬‫األشعة‬‫جميعها‬‫تتكون‬‫من‬‫موجات‬‫كهرومغناطيسية‬”‫عبارة‬‫عن‬‫تيار‬‫من‬‫الطاقة‬‫يسمى‬
•”‫فوتونات‬“Photons‫أو‬”‫كونتم‬Quantum“.
•*‫العناصر‬‫تتكون‬‫من‬،‫ذرات‬‫و‬‫تكون‬‫الكتروناتها‬‫في‬”‫حالة‬‫همود‬“،‫و‬‫تتحرك‬‫لمستوى‬‫اعلى‬‫بامتصاصها‬‫لكمية‬‫من‬
•‫الطاقة‬”‫حالة‬‫إثارة‬“،‫و‬‫يمكن‬‫لهذه‬‫اإللكترونات‬‫العودة‬‫لمكانها‬‫بعد‬‫ان‬‫تفقد‬‫تلك‬‫الطاقة‬‫على‬‫شكل‬‫إشعاع‬.
•‫جميع‬‫األجهزة‬‫التي‬‫تعتمد‬‫على‬‫طيف‬‫الضوء‬‫تعمل‬‫على‬‫أساس‬‫علمي‬،‫واحد‬‫يتلخص‬‫في‬"‫إمرار‬‫أشعة‬‫اضوء‬‫عبر‬‫ا‬‫ل‬‫ملحلو‬
‫فيمتص‬‫ل‬‫املحلو‬‫جزءا‬‫منه‬‫و‬‫ينفذ‬‫الجزء‬‫املتبقي‬".

2. •‫ما‬‫هو‬‫الضوء؟‬
•‫الضوء‬‫في‬‫حقيقته‬:(‫هو‬‫نوع‬‫من‬‫الطاقة‬‫اإلشعاعية‬"Radiant Energy"‫ذات‬‫أطوال‬‫موجية‬‫مختلفة‬"‫حيث‬‫ان‬
•‫الضوء‬‫األبيض‬‫يتكون‬‫من‬‫كل‬‫ألوان‬‫الطيف‬‫المرئي‬‫التي‬‫تشاهد‬‫في‬‫قوس‬‫قزح‬)"
•‫يمكن‬‫فصل‬‫الضوء‬‫األبيض‬‫و‬‫ذلك‬‫بتمرير‬‫شعاع‬‫من‬‫الضوء‬‫األبيض‬‫خالل‬‫منشور‬‫جاجي‬‫ز‬‫فتنفصل‬‫األلوان‬‫تبعا‬‫لط‬‫ل‬‫و‬‫موجاتها‬‫إلي‬"
‫أشعة‬‫بنفسجية‬–‫أشعة‬‫قاء‬‫ر‬‫ز‬‫داكنة‬"‫نيلية‬"–‫أشعة‬‫قاء‬‫ر‬‫ز‬–‫أشعة‬‫خضراء‬–‫اشعة‬‫صفراء‬–‫اشعة‬‫برتقالية‬–‫أشعة‬‫حمر‬‫اء‬".
•‫إذا‬‫مر‬‫الضوء‬‫خالل‬‫محلول‬‫ملون‬‫فإن‬‫هذا‬‫المحلول‬‫يقوم‬‫بإمتصاص‬‫اختياري‬"Selective Absorption"‫ألطوال‬‫موجية‬
‫محددة‬‫و‬‫يسمح‬‫بنفاذية‬"Transmission"‫بقية‬‫األطوال‬،‫الموجية‬‫و‬‫هذا‬‫ما‬‫يسبب‬‫ظهور‬‫المحلول‬‫بلونه‬‫المميز‬.
•‫خاصية‬‫اإلمتصاص‬:
•‫خاصية‬‫موجودة‬‫يف‬‫مجيع‬،‫اد‬‫و‬‫امل‬‫و‬‫يف‬،‫احملاليل‬‫و‬‫يتوقف‬‫إمتصاص‬‫ل‬‫ا‬‫عىل‬‫نوع‬‫املادة‬‫املذابة‬"‫كب‬‫ر‬‫امل‬"‫يف‬،‫احمللول‬‫فلك‬‫كب‬‫ر‬‫م‬‫ميتص‬‫مكية‬‫حمددة‬‫من‬‫الضوء‬‫ا‬‫ملار‬‫عربة‬‫و‬‫ينفذ‬‫البايق‬.
•‫إستغلت‬‫خاصية‬‫اإلمتصاص‬‫في‬‫التعرف‬‫على‬‫المركبات‬(‫تقدير‬‫نوعي‬)‫و‬‫تحديد‬‫كميتها‬(‫تقدير‬‫كمي‬)‫و‬‫ذلك‬‫بقياس‬‫مقدار‬‫كمية‬‫ا‬‫لضوء‬‫التي‬
‫امتصها‬‫المركب‬‫في‬‫مناطق‬‫الضوء‬‫المختلفة‬‫سواء‬‫المرئية‬(‫الضوء‬‫األبيض‬)‫أو‬‫غير‬‫المرئية‬(UV‫و‬IR).
•◘‫تتراوح‬‫األطوال‬‫الموجية‬‫ألشعة‬‫طيف‬‫الضوء‬‫المرئي‬‫بين‬400–700‫نانوميتر‬(nm).
•◘‫بعض‬‫المركبات‬‫تمتص‬‫أشعة‬‫ذات‬‫موجات‬‫أقصر‬‫من‬‫موجات‬‫أشعة‬‫الطيف‬‫المرئي‬‫بين‬200–400‫نانوميتر‬،‫و‬
•‫هي‬‫أطوال‬‫موجات‬‫األشعة‬‫فوق‬‫البنفسجية‬Ultra Violet(UV).
•◘‫بعض‬‫المركبات‬‫تمتص‬‫أشعة‬‫ذات‬‫موجات‬‫أطول‬‫من‬‫موجات‬‫أشعة‬‫الطيف‬‫المرئي‬‫بين‬700–900‫نانوميتر‬،‫و‬
•‫هي‬‫أطوال‬‫موجات‬‫األشعة‬‫تحت‬‫الحمراء‬Infra Red(IR).

3. ◘‫املًالتالية‬‫و‬‫كباتًابلع‬‫ر‬‫إمتصاصًيفًامل‬‫ل‬‫ثرًخاصيةًا‬‫أ‬‫أ‬‫تت‬:
•*‫نوع‬‫المذيب‬(‫المادة‬‫التي‬‫أذيب‬‫فيها‬‫المركب‬‫فيتكون‬‫محلول‬)
•*‫الرقم‬‫الهيدروجيني‬‫للمحلول‬.
*‫تركيز‬‫المادة‬‫المذابة‬‫المرتد‬‫تقديرها‬.
•◘‫متد‬‫تع‬‫القياسات‬‫ئية‬‫و‬‫الض‬‫عىل‬‫نني‬‫و‬‫قان‬‫يني‬‫أساس‬‫أ‬‫هام‬:
•1-‫قانون‬‫المبرت‬“Lambert”:
•‫يدرس‬‫مقدار‬‫الضوء‬‫الممتص‬(‫اإلمتصاص‬)‫داخل‬‫العينة‬‫من‬‫خالل‬(‫النفاذية‬)‫الناتجة‬‫عن‬‫حساب‬‫النسبة‬‫بين‬”‫اإلشعاعات‬‫الساقطة‬“‫و‬”‫اإلشعاعات‬‫النا‬‫فذة‬“
I
T = .................
I0
•‫حيث‬‫أن‬:T=‫النفاذية‬(( Transmission
I0=‫شدة‬‫الضوء‬‫الساقط‬‫تجاه‬‫المحلول‬
•I=‫شدة‬‫الضوء‬‫النافذ‬‫من‬‫المحلول‬
•‫و‬‫حيث‬‫أنه‬‫وجد‬‫بالدراسة‬‫أن‬:
•*‫كثافة‬‫الضوء‬‫النافذ‬‫تكون‬‫أقل‬‫من‬‫كثافة‬‫الضوء‬،‫الساقط‬‫و‬‫يرجع‬‫ذلك‬‫ألن‬‫بعض‬‫الضوء‬‫يمتصه‬‫المحلول‬‫لدى‬‫مروره‬‫عبره‬.
•*‫النفاذية‬‫تعتمد‬‫على‬‫طول‬‫المسافة‬‫التي‬‫يمر‬‫عبرها‬‫الضوء‬‫داخل‬‫المحلول‬(‫أي‬‫سمك‬‫المحلول‬‫الموجود‬‫في‬‫أنبوبة‬‫العينة‬”‫كوف‬‫يت‬“).
•‫و‬ً‫بناء‬‫على‬‫ما‬،‫سبق‬‫و‬‫لحساب‬‫مقدار‬‫الضوء‬‫الممتص‬‫في‬،‫المحلول‬‫صاغ‬”‫المبرت‬“ً‫قانونا‬‫يعرف‬‫بـقانون‬‫اإلمتصاص‬‫و‬‫نصه‬:
•}‫مقدار‬‫الضوء‬‫الممتص‬‫يتناسب‬‫مع‬‫سمك‬‫المحلول‬‫الذي‬‫يمر‬‫فيه‬
‫الضوء‬{.
I0
• A = Log ................... = K 1
I
‫أي‬‫أن‬‫اإلمتصاص‬=‫لوغاريتم‬‫مقلوب‬‫النفاذية‬
•
•‫حيث‬‫أن‬:A=‫اإلمتصاص‬(( Absorption
•I0=‫كثافة‬‫الضوء‬‫قبل‬‫مروره‬‫في‬‫المحلول‬(‫الساقط‬)
•I=‫كثافة‬‫الضوء‬‫بعد‬‫مروره‬‫في‬‫المحلول‬(‫النافذ‬)
•K=‫معامل‬‫اإلمتصاص‬‫للمحلول‬‫و‬‫يتوقف‬‫على‬‫تركيزه‬
1=‫سمك‬‫طبقة‬‫المحلول‬
•2-‫قانون‬‫بيير‬"Beer":
•‫يدرس‬‫العالقة‬‫بين‬‫كمية‬‫الضوء‬‫الممتص‬‫و‬‫تركيز‬،‫المحلول‬‫حيث‬‫وجد‬‫أن‬:
•}‫كمية‬‫الضوء‬‫الممتص‬‫تتناسب‬ً‫طرديا‬‫مع‬‫تركيز‬‫المادة‬‫المذابة‬‫في‬‫المحلول‬‫الذي‬‫مر‬‫فيه‬‫الضوء‬{

4. ‫الطيف‬ ‫قياس‬ ‫جهاز‬Spectrophotometer
•‫تركيبه‬:
•1-‫مصدر‬‫ضوئي‬:Light Source
‫لمبة‬‫من‬‫مادة‬”‫التنجستن‬“‫تصدر‬‫اشعة‬‫لها‬‫طول‬‫موجي‬‫مداه‬‫من‬340‫إلى‬900‫نانوميتر‬،‫كما‬‫في‬‫معظم‬‫األجهزة‬.
‫لمبة‬‫من‬‫مادة‬”‫الديتيريوم‬“‫تصدر‬‫اشعة‬‫لها‬‫طول‬‫موجي‬‫مداه‬‫من‬200‫إلى‬400‫نانوميتر‬،‫كما‬‫في‬‫األجهزة‬‫المتقدمة‬.
2-‫محدد‬‫الطول‬‫الموجي‬:Wave Length Selector
‫يستخدم‬‫المنشور‬‫الزجاجي‬‫لتحليل‬‫الضوء‬‫إلى‬‫اطوال‬‫موجية‬،‫مختلفة‬‫تم‬‫يمرر‬‫عبر‬‫حاجز‬‫به‬‫شق‬‫طولي‬‫لتحديد‬‫م‬‫سار‬
‫الضوء‬‫الساقط‬.
3-‫أنبوبة‬‫العينة‬:Cuvette
‫تستخدم‬‫أنبوبة‬‫على‬‫شكل‬‫متوازي‬‫مستطيالت‬‫لها‬‫ابعاد‬‫ثابتة‬(1‫سم‬x1‫سم‬x4‫سم‬)‫تمأل‬‫بالمحلول‬‫المراد‬‫معرفة‬‫تركيزه‬‫و‬
‫بذلك‬‫تكون‬‫المسافة‬‫التي‬‫يقطعها‬‫الضوء‬‫فى‬‫المحلول‬‫تحت‬‫الفحص‬‫هي‬‫نفس‬‫المسافة‬‫التي‬‫يقطعها‬‫الضوء‬‫ف‬‫ي‬‫محلول‬‫المقارنة‬
(‫المحلول‬‫الخاوي‬”Blank“)‫؛‬‫و‬‫تصنع‬‫أنبوبة‬‫العينة‬‫من‬‫الكوارتز‬‫أو‬‫الزجاج‬‫أو‬‫البالستيك‬‫الشفاف‬‫عالي‬‫النقاوة‬.
4-‫وحدة‬‫التعرف‬‫على‬‫الضوء‬‫النافذ‬:Detector
‫عبارة‬‫عن‬‫خلية‬‫كهروضوئية‬‫تقوم‬‫بتحويل‬‫فوتونات‬‫األشعة‬‫التي‬‫نفذت‬‫إلى‬‫طاقة‬،‫كهربائية‬‫حتى‬‫يمكن‬‫تقدي‬‫ر‬‫كمية‬‫الضوء‬
‫النافذ‬.
5-‫وحدة‬‫التسجيل‬:Recorder
‫تحتوي‬‫على‬‫راسم‬‫يمكنه‬‫رسم‬‫منحنى‬‫اإلمتصاص‬‫على‬‫ورق‬‫تسجيل‬‫أو‬‫يمكن‬‫إظهارها‬‫على‬‫شاشة‬”Monitor“.