التحليل الطيفي ) السبيكتروسكوبي(

SPECTROSCOPY

محاضرة الثانية ) تحليل األغذية(

د.ضياء فالح

الفكيكي

األغذية – تحليل مادةالرابعة لمرحلة

االغذية علوم قسمجامعة – الزراعة كلية

البصرة

المبسطة النظرية االنبعاث طيف او االنبعاثي الطيف االول الطيف من نوعين طيف emission spectra هناك هو والثاني

absorption spectraاالمتصاص االمتصاص طيف اما منير مضئ مصدر من المنبعث الطيف بتحليل االنبعاث طيف على الحصول يمكن

بين يوضع ممتص وسط خالل المنتقل للضوء السبيكتروسكوبي التحليل من علية الحصول فيمكنوالسبيكتروسكوبي الضوئي المصدر

مساوية تكون الجزيئة طاقة في الحاصلة والزيادة لإلشعاع امتصاصها عند ما جزيئة طاقة تزدادالتالية بالمعادلة عنة ويعبر الفوتون لطاقة

ان  و E حيث باألرج الفوتون دورة ) Vطاقة الكهرومغناطيسية للالسعة التردد عن عبارةو( و h بالثانية ثابت رقم و גيمثل الموجي الطول عن . cعبارة الضوء سرعة

معا والدقائق الموجات صفات تظهر التي المشعة الطاقة نوع عن عبارة الكهرومغناطيسية االشعةالكهرومغناطيسية  االشعة طبيعة

هذان- . 1 يتذبذبان مغناطيسية واالخرى كهربائية هي الكهرومغناطيسية الموجة مكونات احد ان . حيث المغناطيسي المكون على عموديا الكهربائي المكون يكون بحيث سطح في للموجة المكونان

. المادة مع الطاقة تحول تفاعالت في فقط فعاال يكون الذي هو الكهربائي المكون انالدقائق- 2 صفات

تردد مع طرديا تتناسب فوتون كل طاقة فان بالفوتونات غنية حزمة انه على الضوء لواعتبرناالتالية المعادلة في كما الموجة

 E = hv

) السبيكتروسكوبي ) الطيفي التحليلSpectroscopy

االشعة تداخالت او تفاعالت دراسة عن عبارة السبيكتروسكوبي. المادة مع الكهرومغناطيسية

يتراوح الذي الموجي الطول ضمن للجزيئات االلكتروني الطيف يقعب 800-100بين وتختصر الكهرومغناطيسي nmنانومتر للطيف

المرئي الضوء االنسان Visible regionمنطقة عين علية اعتادت الذيالموجية االطوال بين نانومتر 800- 400تتراوح

البنفسجية فوق المنطقة منطقتين Ultra-Violet region تقسم الىبين الموجي طولها يقع االولى عليها 400-200طيفيتين ويطلق نانومتر

الموجي طولها يكون والتي الثانية اما القريبة البنفسجية فوق المنطقةمن .200اقل المخلخلة البنفسجية فوق المنطقة عليها فيطلق نانومتر

المرئية المنطقتين في الموجية االطوال عن للتعبير المستعملة الوحدةب ويختصر االنكستروم احيانا او النانومتر هي بنفسجية .A والفوق

يساوي ) الواحد انكستروم 10النانومتر

800nm400nm

يوئضال يفطال كاما اشعة من عامة بصورة الكيمياوي التحليل مجال في تهمنا التي الكهرومغناطيسية االشعة تتراوح

كاما اشعة من االشعة مدى على ويطلق الواطئة الطاقة ذات الراديو موجات الى العالية الطاقة ذات. الكهرومغناطيسية بالطيف الراديو موجات الى

بين يقع الطيف من ضيق لنطاق فقط حساسة تكون البشرية العين ويسمى( نانومتر 800-400)انالبشرية للعين مرئية غير مناطق فهي الطيف من االخرى المناطق اما المرئي بالضوء

من االقل الموجة طول من 400تعود واالكثر البنفسجية فوق للالشعة تحت 750نلنومتر لالشعة نانومترقدرة. موجي طول على الضوء تمتص الماء او الكحوالت او المشبعة العضوية المركبات ان 185الحمراء

. البنفسجية فوق المنطقة في كمذيبات استعمالها يسهل مما نانومترالمادة مع الكهرومغناطيسي االشعة تفاعل

الكهرومغناطيسية االشعة طاقة زيادة الى يؤدي الكهرومغناطيسية لالشعة ما مادة امتصاص انكان كلما اكبر الممتصة الطاقة كمية كانت كلما انة الطبيعي ومن بالطاقة غنية المادة وتصبح الممتصة

. من محتواها ان اي االصلية حالتها الى وترجع امتصتها التي الطاقة المادة تفقد ذلك بعد اكثر التهيجالتالي والشكل بالمعادلة موضح كما واطئا يصبح الطاقة

Eh - E1 = ∆E =hv

االشعاع امتصاص واذا التغيرات من عدد حدوث الى يؤدي ذلك فان ما مادة خالل الكهرومغناطيسي االشعاع مرور عند

او الكتروني انتقال او تحول الى ويؤدي المادة قبل يمتصمن قد فانه كافية طاقة على محتويا الفوتوندورانية . تغيرات الى يؤدي اقل طاقة على محتويا الفوتون كان واذا تذبذبية تغيرات

الى يؤدي المرئية االشعة او البنفسجية فوق االشعة او السينية لالشعة الجزيئات او الذرات امتصاص ان . االشعة اما ودورانية تذبذبية تغيرات اقل بدرجة لكن ذلك يصاحب او االلكتروني باالنتقال مايسمى حدوث

االشعة هذه فوتونات التمتلك حيث المادة جزيئات في تذبذبية تغيرات حدوث الى تؤدي الحمراء تحت . االلكتروني االنتقال الحداث الكافية الطاقة

واالنتقاالت لاللوان المسببة المجاميعاو االواصر هذه على ويطلق تركيبها في اكثر او واحدة مشبعة غير اصرة لوجود ملونة تظهر الملونة المواد ان

بالمواد لاللوان المضيفة او المسببة امثلتها Chromophores المجاميع توجد N=N , C=O, C=C ومن بالمقابلهذه على يطلق للون المسببة القوة زيادة على تعمل لكنها المادة علة لون اي التضفي التي اخرى مجاميع

ب امثلتها Auxochromes المجاميع .CNH2, C-Brومن

اللملحوظ اللون الممتص اللون متر نانو الموجة طولمصفر اخضر 450-400 بنفسجي

اصفر ازرق 480-435

برتقالي مخضر 480-490 ازرق

اخضرمزرق احمر 500-490

ارجواني 500-560 اخضر

بنفسجي مصفر 560_580 اخضر

ازرق 580-590 اصفر

مخضر 595-650 برتقالي ازرق

مزرق اخضر 650-680 احمر

بير Beers Law قانون

اي قبل من االمتصاص هذا وان الضوء امتصاص على والوصفية الكمية الكيمياوية التحليالت في الضوء امتصاص يعتمدالمادة تركيز مع طرديا تتناسب الممتص الضوء كمية ان على بير قانون وينص المحلول في المادة بتركيز يتعلق مادة

. هو وقانونة الضوء مسار وطو̂ل

Log I0/ I = abc

=a الجزيئي االمتصاص معامل

=b بالسنتمترات للخلية الضوئي المسار طول

=c المادة تركيز

=I0 الساقط الضوء اضاءة شدة

=I اضاءة الخارج شدة الضوء

عليها واسقطت معلومة ابعاد ذات خلية في معين موجي طو̂ل على الضوء امتصاص خاصية لها لمادة محلول وضع فاذا . تركيز مع طرديا الضوء كمية وتتناسب هذا يمتص االخر والبعض الخلية من ينفذ الضوء هذا بعض ان نجد ضوئية اشعة

المادة.Log I0/ I = A

االمتصاص فا̂ن بير لقانون المادة A وطبقا تركيز ضرب ناتج يبقى طالما ثايتا يبقى ان يجب ما المسار xلمحلول طولالجزيئي االمتصاص معامل قيمة تتفاوت ما غالبا الن ذلك غير هي العملية الناحية من الحقيقة في ولكن ثابتا الضوئي

: منها اسباب لعدة التفاوت هذا ويعود المادة تركيز بتفاوت كبيرة بدرجة العالية التراكيز في المذاب جزيئات بين اتحاد يحصل واالمالح والقواعد الحوامض في الحا̂ل هو كما المذابة المادة تاين المذاب فلورة

المذيب في جيدة بصورة الضوء انتقا̂ل عدم

I0 I

b

C

السبيكتروفوتوميتر الجهزة العام التركيبمن السبيكتروفوتوميتر اجهزة تتكون

االشعاع مصدر

متقارب او واحد موجي طول ذات متجانسة ضوئية حزمة على للحصول وذلك الموجات موحد

قياسها المراد المادة عينة لوضع معينة زجاجية خلية

النافذة االشعة قوة لقياس خاص جهاز

مسجل

:أ االشعة( مصادر

1 : من- النوع هذا على للحصو̂ل شيوعا المصادر اكثر من الزئبق غاز لمبة او الهايدروجين لمبة تعد البنفسجية فوق االشعة مصدرايصال يؤدي حيث كهربائيين بقطبين وموصلة الهيدروجين بغاز مملوءة الكوارتز مادة من مصنوعة انبوبة عن عبارة وهي االشعة

بين موجي طو̂ل على اشعاع انبعاث مع الهيدروجين ذرات تهيج الى الكهربائي .350- 180التيار نانومتر

2 : اشعاع- وتعطي القريبة الحمراء تحت واالشعة المرئية لالشعة المصادر احسن من التنكستن لمبة تعتبر المرئية االشعة مصادربين يتراوح موجي طول على .2500-350ينبعث نانومتر

الموجات( موحد Monochromators ب

المفروض من كا̂ن ولمل مختلفة موجية اطوال على اشعاعات من خليط شكل على تكون مصدر اي من المنبعثة االشعة اناو ) قياسها المراد للمادة بالنسبة االشعة امتصاص من نسبة اعلى عندهها يحدث التي معين موجي طو̂ل على اشعة استعمال

بموحد( االشعة من الحزم هذه يوحد الذي الجهاز ويسمى محددة موجية اطوال ذات االشعة من حزم استعما̂ل يتوجب فانة تقديرها: هي. فوائدة ومن الموجات

تمتص التي المواد على التعرف تساعدعلى سوف ضيقة حدود ضمن والواقعة المحددة الموجية االطوا̂ل ذات االشعة حزم ان. متقاربة موجية اطوال على االشعة

. الفح̂ص حساسية زيادة على تساعد. الموجات الموحدة االشعة على فقط ينطبق بير قانون ان

موحد جهاز باستعمال والثانية الضوئية المرشحات باستعمال االولى الموجات الموحدة االشعة على للحصول طريقتين هناكالموجات.

االشعاع مصدر ك وذ̂ل الموجات موح^دحزم^ة عل^ى للحص^ولذات متجانس^ة ضوئي^ةاو واح̂^د موج̂^ي طول

متقارب

خليةزجاجية

معينة لوضع

عينة المادة المراد قياسها

والمذيبات الزجاجية الخاليا تسمى خاصة خاليا في العينات توضع البنفسجية فوق المنطقة في القياس Cells or عند

Cuvettes . المرئية المنطقة في القياس عند اما المصهور السيلكا او الكوارتز من مصنوعة. عادية زجاجية خاليا في العينة فتوضع

مرجع او كمصدر تستعمل احدهما خليتين تستعمل الحديثة السبيكتروفوتوميتر اجهزة في . ضروري خليتين استعما̂ل ان النموذج فيها فيوضع االخرى االخلية اما المذيب بها يوضعاو المصدر خلية في الضوء او لالشعاع المذيب امتصاص نتيجة يحصل قد الذي للتعويض

او التشتت بفعل الضوء او االشعاع فقدان نتيجة يحصل قد الذي للتعويض وكذلك المرجعاالنعكاس.

هي المحاليل تحضير في المستعمل المذيب تقرراختيار التي العوامل اهم من ان ومن المذاب فيها يمت̂ص التي المنطقة نفس على االشعاع يمتص ال ان يجب المذيب ا̂ن

. : وهكسا̂ن كلورفورم ، مثيلي او اثيلي الكحول الماء، هي استعمالها يمكن التي المذيبات على المختبر في الحرارة درجة في يحصل قد الذي الطفيف االختالف يؤثر ال ان يجب

Absorption Spectra.

حوالي الطيف لتقدير تجرى التي الدراسات في عادة . 100 - 0.1يستعمل اما المادة من ملغماستعمال فيمكن وقلقلة جدا نادرة طيفها تقدير المراد المادة كانت ان 0.001اذا اال ملغم

. حساسية اكثر يكون ان يجب السبيكتروفوتوميتر

والمرئية البنفسجية المنطقة في االشعة قياس اجهزة

) تسبب ) كافية طاقة والمرئية البنفسجية فوق المنطقتين فوتونات االشعة انبحيث معينة بمواد المعاملة االسطح بعض مع اصطدامها عند وذلك الكترونية انتقاالت

الكترونات هذه كمية قياس وباالمكان المواد هذه من الكترونات انبعاث الى تؤدياالجهزة من االنواع هذه وتسمى عنها الناتج الكهربائي التيار قوة Photoectric بقياس

Detectors الضوئي االنبوب عليها :Phototube ومثا̂ل االجزاءالتالية من يتكون الذي

الكوارتز- 1 من مصنوع شباك فيها يوجد الهواء من مفرغة زجاجية اسطوانةالبنفسجية فوق المنطقة في العمل عند الستعمالة

2 : الداخلي- سطحه مغطى اسطواني نصف شكل على ويكون السالب القطبهذا خواص ومن والفضة الفضة واوكسيد السيزيوم اكسيد من خليط من بطبقة

من االلكترونات هروب يسهل اخرى بعبارة او بقوة االلكترونات التصاق عدم الخليط. الخليط بهذا المغطاة االسطح

الموجب- 3 القطب مقام يقوم معدني سلك تقريبا االسطوانه هذه مركز في يوجدمقداة جهد بفرق بالموجب السالب القطب .90يتصل فولت

ترتطم سوف الضوئي االنبوب الى الفوتونات دخول عند هي االنبوب عمل اساسان ذلك عن ينتج مما االلكترونات هروب يسهل الذي السالب القطب سطح على

باطالق فوتون كل ويقوم االلكترونات الى الفوتونات طاقة الكترونات 4-1تنتقل . من سيل هروب وتؤدي الموجب القطب على بدورها وتتجمع السالب القطب منبمقدار الكهربائي التيار توصيل الى الموجب الى السالب القطب من االلكترونات

الى بعد ومن السالب القطب من المتحررة االلكترونات كثافة مع طرديا يتناسب. السالب القطب على اصال الساقطة الفوتونات قوة