ما هو مقياس طيف ضوئي
يقيس مقياس الطيف الضوئي مقدار الضوء الذي تمتصّه العيّنة عند طول موجي مختار. ولأن مواد كثيرة تمتصّ الضوء بقدر يتناسب مع تركيزها، يحوّل الجهاز قراءة الامتصاصية إلى نتيجة كمّية؛ ولهذا يحضر في اختبار المياه ومياه الصرف، وفي تحليل الأغذية والمشروبات، وفي ضبط الجودة الدوائي، وفي كل مختبر يتّبع طريقة مبنية على تفاعل يكوّن لونًا.
والمدى المرئي هو الحالة الشائعة: يتكوّن معقَّد ملوَّن في العيّنة ويقيس الجهاز شدّة امتصاصه. ويمدّ مدى الأشعة فوق البنفسجية هذا إلى مواد عديمة اللون تمتصّ دون المرئية، وهو يحتاج مصباحًا مختلفًا ومادة مختلفة لخلية القياس. وغالبًا ما يُطلب المدىان في مختبر واحد، ولهذا كان مدى الأطوال الموجية أول ما يُحسَم.
وما يفصل بين الأجهزة ليس الشاشة بل كيفية توليد الضوء وفصله وكشفه: مدى الطول الموجي، وعرض النطاق الطيفي، وأحزمة واحدة أم حزمتان، ونوع المصباح، وصيغة خلية القياس التي يتطلّبها العمل. ويتناول هذا الدليل ذلك، والفاصل بين الجهاز وأجهزة التحليل المجاورة التي تجيب عن أسئلة أخرى على الطاولة نفسها.
كيفية قياس مقياس طيف ضوئي
يمرّ الجهاز الضوء عبر مُنتقي الطول الموجي (محزّز حيود أو مرشّح) لعزل نطاق ضيّق عند الطول الموجي المختار، ثم يرسله في العيّنة ويقيس ما يصل إلى الكاشف. وتُحسب الامتصاصية من نسبة الضوء النافذ في العيّنة إلى الضوء النافذ في المرجع، ولهذا كان قياس الشاهد جزءًا من كل طريقة لا خطوة إضافية اختيارية.
والعلاقة بين الامتصاصية والتركيز خطّية ضمن حدود فقط، وفي نظام منتظم السلوك. وفوق امتصاصية معيّنة تنكسر الخطّية، وتتدخّل آثار الوسط في العيّنة، فتكفّ القراءة عن أن تكون مقياسًا يُعتمد عليه في التركيز. لذا تُحدِّد الطريقة لا الطول الموجي وحده، بل طول المسار والمادة الكاشفة والمدى الذي أُقيمت عليه المعايرة.
ويحدّد عرض النطاق والضوء الشارد ما يستطيع الجهاز فعله عند طرفي مداه. فالنطاق الضيّق يميّز ذروة امتصاصة حادّة كان النطاق العريض ليُسطّحها ويقرأها أقلّ من حقيقتها؛ والضوء الشارد يضع سقف أعلى امتصاصية يُؤتمن عليها، لأنّ نسبته الصغيرة تصير قدرًا كبيرًا من الضوء الواصل إلى الكاشف عند الامتصاصية العالية. وكلاهما رقم في المواصفة لا ضبط أثناء التشغيل.
خيارات التكوين
معظم المواصفات تُحدد بهذه القرارات، لا بفئة الدقة. وكل قرار يقيد ما يليه، ولذلك تُحسم بالترتيب.
| الإعداد | الخيارات المطلوب حسمها | ما الذي يحسمه فعليًا |
| مدى الأطوال الموجية | المدى المرئي وحده، أو الأشعة فوق البنفسجية والمرئية معًا | أيّ المواد وأيُّ الطرق القياسية التي يغطّيها الجهاز، وأيُّ مصباح وأيُّ مادة لخلية القياس يلزمان. |
| عرض النطاق الطيفي | سعة نطاق الضوء الواصل إلى العيّنة | هل تُقرَأ ذروة الامتصاص الحادّة كما هي. فالذروة المقاسة بنطاق أوسع من اللازم تُقرأ أقلّ من حقيقتها، وتبتلع المعايرة ذلك الخطأ حتى يتغيّر الجهاز. |
| الترتيب البصري | حزمة واحدة، أو حزمتان مع قناة مرجعية | هل يُقاس المرجع في الوقت نفسه مع العيّنة. فالحزمتان تعوّضان انجراف المصباح والكاشف، وهو ما يهمّ في تسلسل طويل من العيّنات. |
| مصدر الضوء | المصباح أو المصابيح المركَّبة، والمدى الذي يغطّيه كلٌّ منها | أيّ طرف من مدى الأطوال الموجية متاح. فمدى الأشعة فوق البنفسجية يحتاج مصدرًا خاصًا به، ونقطة التقاطع بين المصادر تفصيل في المواصفة. |
| الكاشف | نوع الكاشف، والمدى الذي يستجيب له | الحساسية عند طرفي مدى الأطوال الموجية، ومستوى الضجيج في القراءة. |
| صيغة العيّنة | خلايا القياس القياسية، والخلايا صغيرة الحجم، وخلايا الجريان، وحوامل أنابيب الاختبار والجرار | هل تُجرى الطريقة كما كُتبت، وكم تستهلك من العيّنة. فلا جدوى من صيغة الحجم الصغير إلا إذا كانت العيّنات صغيرة فعلًا. |
| البرمجيات وتخزين الطرق | طرق مدمجة، ومنحنيات معايرة مخزَّنة، وهل يمكن تصدير النتائج | هل العمل الروتيني طريقة مخزَّنة أم تسلسل يدوي، وهل يجب توثيق النتائج. |
| دقة الطول الموجي والتحقّق منه | كيف تُضبط دقة الطول الموجي، والمرشّحات أو المعايير المرجعية المورَّدة معه | هل يمكن إثبات أن الجهاز يقرأ عند الطول الموجي الذي تتطلّبه الطريقة، وهو ما على المختبر المعتمد إثباته. |
كيفية اختيار مقياس طيف ضوئي
| العامل | لماذا يحسم النتيجة | كيف تحسمه قبل الاستفسار |
|---|
| ما الذي يُقاس | اللون، أم تركيز بطريقة قياسية، أم مسح عبر مدى؛ فكلٌّ يطلب شيئًا مختلفًا | اذكر المادة والطريقة، أو صِف المعلومة المطلوبة من القراءة. |
| نطاق الأطوال الموجية المطلوب | هو الذي يحدّد المصباح ومادة خلية القياس، وغالبًا شريحة كلفة الجهاز | اذكر الأطوال الموجية التي تطلبها الطريقة، وهل يقع منها ما دون المدى المرئي. |
| عرض النطاق الذي تتطلّبه الطريقة | فالطريقة المكتوبة حول ذروة تحتاج عرض نطاق يميّزها | أرسل الطريقة، متضمّنة الطول الموجي وعرض النطاق حيث تذكرهما. |
| مدى التركيز | هو الذي يحدّد طول المسار والتخفيف الذي ستحتاجهما الطريقة | أعطِ أدنى التركيز المتوقَّع وأقصاه. |
| حجم العيّنة المتاح | بعض الطرق وبعض العيّنات محدودة الحجم | اذكر كم من العيّنة يتوفّر لكل تقدير. |
| عدد العيّنات والإنتاجية | يقرّر هل تكفي حزمة واحدة أم أن حزمتين توفّران الوقت | أعطِ حجم الدفعة وكم مرّة يُجرى العمل. |
| متطلب التوثيق | العمل المعتمد يقتضي عادةً سجلات وتحقّقًا من الجهاز | اذكر هل يجب توثيق النتائج، وهل يجب توريد معايير تحقّق. |
إن بقي أيٌّ من هذه مفتوحًا فأرسل ما هو معروف؛ يمكن إصدار عرض السعر انطلاقًا من وصف التشغيل ثم تحسينه بعد سدّ الفجوات.
البدائل الأقرب
هذه هي الأنواع التي ينصرف إليها عادة طلب الاستفسار عن مقياس طيف ضوئي، والنقطة التي يُحسم عندها الاختيار فعلًا.
| أقرب بديل | ما الذي يفصله عن مقياس الطيف الضوئي |
| مقاييس الألوان | تستخدم مرشّحًا لعزل نطاق بدل مُنتقي الطول الموجي لانتقاء طول موجي، فهي أبسط وتلائم طريقة تُعرِّف تفاعلًا لونيًا واحدًا. ولا تمسح طيفًا ولا تميّز ذروة ضيّقة، فيكون جهاز روتين ثابت لا جهاز وضع طريقة. |
| مقاييس الامتصاص الذري | تقيس امتصاص الذرات للضوء في لهب أو فرن لتعيين تراكيز العنصر، غالبًا عند مستويات منخفضة جدًّا. وهي تجيب عن أيّ العناصر حاضرة وبأي كمّية، بينما يجيب مقياس الأشعة فوق البنفسجية والمرئية عادةً عن كمّية مركّب بعينه. |
| أجهزة الكروماتوغرافيا الغازية | تفصل المخلوط إلى مكوّناته قبل قياسها، وهو ما لا يقدر عليه مقياس الطيف الضوئي. وحيث تحوي العيّنة مواد كثيرة تمتصّ عند الطول الموجي نفسه، يكون ذلك الفصل هو ما يجعل القياس ممكنًا أصلًا. |
| أجهزة الكروماتوغرافيا السائلة | مبدأ الفصل نفسه مطبَّقًا في الطور السائل، وغالبًا مع كاشف طيفي ضوئي. والفاصل أن الكروماتوغرافيا هي التي تتولّى الفصل؛ أمّا الكاشف فيبلّغ عمّا يمرّ فيه وحده. |
| محلّلات TOC | تقيس الكربون العضوي الكلّي بأكسدة العيّنة وكشف ثاني أكسيد الكربون الناتج. وهي تُبلِّغ رقمًا مجمّعًا للحِمل العضوي، بينما تقيس الطريقة الطيفية الضوئية مادة معيّنة أو تفاعلًا معيّنًا. |
| مقاييس الطيف الكتلي | تتعرّف إلى المركّبات بنسبة الكتلة إلى الشحنة، فتعطي معلومات بنيوية وتأكيدية. وهي فئة أجهزة مختلفة في الكلفة والتشغيل، وتُستعمل حيث يكون المطلوب التعرّف إلى الهوية لا التحديد الكمّي الروتيني. |
والحدّ الأجدر بالحسم أولًا هو الحدّ بين مقياس الألوان ومقياس الطيف الضوئي. فحيث تُسمّي الطريقة طولًا موجيًا واحدًا لتفاعل لوني واحد، قد يكفي مقياس الألوان؛ وحيث يجب وضع طريقة أو نقلها، يكون انتقاء الطول الموجي في مقياس الطيف الضوئي هو ما يجعل ذلك ممكنًا.
ما يجب تضمينه في الاستفسار
يمكن أن يكون الرد الأول عرض سعر بدل مجموعة من الأسئلة إذا كان الاستفسار يتضمن هذه المعلومات. وعندما لا يكون الرقم معروفًا، أرسل وصف الوظيفة وسنؤكّد ما يترتب عليه.
- المادة أو المعامل المطلوب قياسه، والطريقة المتَّبعة
- الطول الموجي أو مدى الأطوال الموجية الذي تتطلّبه الطريقة
- عرض النطاق الذي تُحدّده الطريقة حيث تذكره
- مدى التركيز المتوقَّع
- حجم العيّنة المتاح لكل تقدير
- هل العمل طريقة روتينية ثابتة أم مجموعة طرق
- حجم الدفعة، وكم مرّة يُجرى العمل
- هل يجب توثيق النتائج أو تصديرها
- الكمية، وميناء الوصول، وتاريخ التسليم المطلوب
