تفاوت اسپکترومتری و اسپکتروسکوپی

مرداد ۱, ۱۳۹۹
هاله کرد حقی-کارشناس ارشد فتونیک
بدون نظرات

در برخی از علوم مانند فیزیک برخی از مفاهیم به قدری به هم شباهت دارند که گاها به جای هم مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از این اشتباهات زمان استفاده از مفاهیم اسپکترومتری و اسپکتروسکوپی پیش می‌آید. اگر شما هم دچار این اشتباهات شده‌اید، پیشنهاد می‌کنیم این مطلب را از دست ندهید.

شاید تصور کنید که اسپکتروسکوپی (طیف سنجی) و اسپکترومتری تفاوتی ندارند و می‌توانید این دو مفهوم را به جای هم به کار ببرید. اما باید بگوییم که این گونه نیست و این مفاهیم کاملا از هم مجزا هستند. بنابراین در زیر به تعریف این دو مفهوم خواهیم پرداخت.

اسپکتروسکوپی

اسپکتروسکوپی از کلمه لاتین specere به معنی نگاه کردن و واژه یونانی skopia به معنی دیدن گرفته شده است. اسپکتروسکوپی در واقع مطالعه چگونگی برهمکنش نور و ماده است. به این صورت که نور با ماده برخورد می‌کند و در اثر این برخورد نور و ماده وارد برهمکنش می‌شوند. موج الکترومغناطیسی که از برهمکنش ماده و نور اولیه به دست آمده، اطلاعات سودمندی در مورد نمونه به ما ارائه می‌دهد. به همین دلیل اسپکتروسکوپی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در اسپکتروسکوپی موج الکترومغناطیسی (که غالبا به شکل نور است) به مؤلفه‌های خود تجزیه می‌شود. در همه دستگاه‌های طیف‌سنج نوری، یک جداکننده طول‌موج وجود دارد. این جداکننده‌ها شامل توری یا تداخل‌سنج‌ها هستند که طول موج‌های مختلف نور را از هم جدا می‌کنند. البته در قدیم از منشور برای جداسازی طول‌مو‌ج‌های مختلف موج الکترومغناطیسی استفاده می‌شد. اما امروزه استفاده از توری‌ها متداول‌تر است.
در ادامه قصد داریم تا چند نمونه از دستگاه‌های اسپکتروسکوپی را شرح دهیم.

اسپکتروسکوپی نجومی

این نوع از اسپکتروسکوپی عمدتا به تجزیه و تحلیل اجرام موجود در فضا مرتبط است. از تجزیه و تحلیل اسپکتروسکوپی ساده یک جسم نجومی، می‌توان طیف تابش الکترومغناطیسی را اندازه گرفت و طول موج آن را تعیین کرد. این اندازه‌گیری می‌تواند اطلاعات مفیدی در مورد ترکیب شیمیایی اجسام، دما، فاصله و سرعت (با استفاده از تابعی از طول موج آن‌ها و سرعت نور) را ارائه دهد.

اسپکتروسکوپی جذبی

اسپکتروسکوپی جذبی که به آن اسپکتروفتومتر گفته می‌شود، میزان جذب یا عبور نور را اندازه‌گیری می‌کند. اسپکتروفتومتر در واقع یک ابزار شیمیایی تحلیلی است. به این معنی که می‌توان به وسیله این دستگاه آنالیزهای کمی و کیفی را انجام داد. به عنوان مثال می‌توانیم غلظت یک آنالیت را تعیین کنیم یا از روی طیف جذب یک ماده اجزای تشکیل دهنده آن را تشخیص دهیم. اسپکتروفومتر UV-Vis از قانون بیر لامبرت برای محاسبه غلظت استفاده می‌کند.
در این دستگاه ابتدا نور به یک ماده تابیده می‌شود. در اثر عبور نور از ماده درصدی از نور جذب و درصدی از نمونه عبور می‌کند. سپس نور عبوری به اجزای تشکیل دهنده‌اش تجزیه می‌شود و اطلاعاتی از نمونه را برای ما آشکار می‌کند. البته توجه داشته باشید که مکانیزم و عملکرد دستگاه به این سادگی که در این مطلب بیان شد نیست. باتوجه به اینکه ما اسپکتروفتومتری، نحوه کار با این دستگاه و اساس کار آن را شرح داده‌ایم، در این جا به توضیحات مختصر بسنده می‌کنیم.

**شکل ۱: شماتیک اسپکتروسکوپ جذبی یا اسپکتروفتومتر**

اسپکتروسکوپی پراکندگی انرژی اشعه ایکس (Energy-dispersive X-ray spectroscopy)

اسپکتروسکوپی پراکندگی انرژی اشعه ایکس (که با نام‌های EDS / EDX نیز شناخته می‌شود) برای شناسایی و تعیین عناصر موجود در یک نمونه استفاده می‌شود. در این روش از اسپکتروسکوپی از موج الکترومغناطیسی پر انرژی مثل پرتو x برای خارج کردن الکترون‌های هسته (یعنی الکترون‌هایی که در خارجی‌ترین لایه نیستند و نزدیک هسته قرار دارند) استفاده می‌شود. این تکنیک بر اساس قانونی به نام قانون مازلی (Moseley’s law) است. این قانون بیان می‌کند که میان فرکانس نور آزاد شده در اثر تابش پرتو x و عدد اتمی رابطه مستقیمی وجود دارد. جدا کردن الکترون‌ها از سیستم باعث ایجاد حفره می‌شود. در این صورت با توجه به این که الکترون از لایه نزدیک به هسته جدا شده است، یک الکترون با انرژی بالاتر آن حفره را پر کرده و انرژی آزاد می‌کند. بنابراین در پایین‌ترین سطح انرژی خود قرار می‌گیرد. این انرژی آزاد شده برای هر عنصر در جدول تناوبی منحصر به فرد است. به همین دلیل است که می‌توان از این روش برای تعیین عناصر استفاده کرد. در شکل زیر نمونه ساده‌ای از نحوه کار EDS نشان داده شده است. حروف K ، L و M به مقدار n الکترون‌های موجود در آن پوسته اشاره دارد (الکترون‌های K که نزدیکترین به هسته هستند، تعداد الکترون‌ n = 1 دارند). α و β اندازه گذار را نشان می‌دهد. بنابراین گذار از M به L یا L به K به عنوان L_α یا K_α توصیف می‌شود و گذار از M به K با K_β نشان داده شده است.

میکروسکوپ الکترونی عبوری (Transmission Electron Microscopy (TEM)) و میکروسکوپ اسکن انتقال الکترونی ((STEM) Scanning Transmission Electron Microscopy) بر پایه EDS ساخته شده‌اند و برای آنالیز عنصری تفکیک شده فضایی در مناطقی به قطر چند نانومتر به کار می‌روند.

مطالعه مقاله نحوه جذب نور UV-Visible توسط مولکول ها

اسپکترومتری

اسپکترومتری روشی است که برای مطالعه طیف‌های خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد. به طور کلی تفاوت اسپکتروسکوپی و اسپکترومتری را می‌توان در دو بند خلاصه کرد.

اسپکتروسکوپی علم مطالعه برهمکنش بین ماده و انرژی تابیده شده است. در حالی که اسپکترومتری روشی است که برای اندازه‌گیری کمی طیف مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اسپکتروسکوپی هیچ نتیجه‌ای را منتشر نمی‌کند. به بیانی دیگر یک رویکرد تئوری است. درحالی که اسپکترومتری علمی است که در آن نتایج حاصل می‌شوند.

برخی از روش‌های عملی که در آن از اسپکترومتری استفاده می‌کنیم عبارت‌اند از:
• استفاده از طیف‌های منحصر به فرد برای شناسایی آرایش شیمیایی، دما و سرعت اجسام موجود در فضا
• غربالگری و تجزیه و تحلیل متابولیت و بهبود ساختار داروها
• اندازه‌گیری مواد شیمیایی موجود در نمونه یا نانوذرات از طریق نسبت جرم به بار آن‌ها با استفاده از طیف‌سنج جرمی

جمع‌بندی

در این مقاله ابتدا تفاوت اسپکترومتری و اسپکتروسکوپی را بررسی کردیم. بیان شد که این دو مفهوم با هم متفاوت هستند. اسپکتروسکوپی در واقع مطالعه چگونگی برهمکنش نور و ماده است ولی اسپکترومتری روشی که است که برای مطالعه طیف‌های خاص به کار می‌رود. در این مقاله چند نمونه از اسپکتروسکوپی و اسپکترومتری را نیز معرفی کردیم و به طور مختصر به شرح این دستگاه‌ها پرداختیم.