روشهای طیفسنجی
تکنیکهای طیفسنجی (Spectroscopy) یکی از زیرشاخههای اصلی در روشهای آنالیز دستگاهی میباشند. در این نوع روشها، تابش الکترومغناطیس از محرکهای مهم دستگاهی بر روی نمونه محسوب میشود. استفاده از جذب (و انتقال از تراز پایین انرژی به تراز بالاتر)، نشر (انتشار از تراز بالای انرژی به تراز پایینتر)، عبور از نمونه و یا پراش امواج الکترومغناطیس (تغییر جهت تابش در اثر برخورد با ماده) توسط اتمها و یا مولکولها را طیفسنجی میگویند. در شکل (1-3) گستره تابش الکترومغناطیس بر اساس طول موج و انرژی هر ناحیه و نحوه عملکرد آن بر روی نمونه ملاحظه میشود.

شکل (1-3): گستره تابش الکترومغناطیس
هنگامی که تابش با نمونه برخورد میکند، فرآیندهای متفاوتی رخ خواهد داد که در شکل (1-4) نمایش داده شده است.

شکل (1-4): انواع فرآیندهای برهمکنش بین ماده و تابش
به عنوان مثال اگر به نمونه مورد آزمون تابش الکترومغناطیسی در ناحیه زیر قرمز تابیده شود، پیکهایی ناشی از گذارهای الکترونی بین ترازهای انرژی ارتعاشی (و بعضاً ارتعاشی-چرخشی) حاصل از نمونه را موجب میشوند. این پیکها معمولاً شامل یک دسته از خطوط نزدیک به هم (در گازها) و یا پیکهای نسبتاً پهن ارتعاشی (در مایعات و جامدات) هستند. بنابراین مطابق شکل (1-3) و با توجه به گستره انرژی و طول موج هر ناحیه از تابش الکترومغناطیس و بر اساس تفاوت برهمکنش بین ماده و تابش، تکنیکهای دستگاهی متفاوتی نیز به منظور اندازهگیری خواص فیزیکی و شیمیایی نمونههای مورد آزمون در روش طیفسنجی تخصیص یافتهاند که به صورت شماتیک در شکل (1-5) نمایش داده شده است.

شکل (1-5): مقایسه تکنیکهای دستگاهی بر مبنای گستره تابش و اندازه ذرات
روشهای کریستالوگرافی:
بر مبنای آنالیزهای فازی و پراش تابش مانند پراش پرتو ایکس (XRD)
روشهای الکتروشیمیایی:
ولتامتری، کولنسنجی، پتانسیلسنجی
روشهای آنالیز حرارتی:
گرما وزن سنجی (TGA)، کالریمتری
روشهای جداسازی دستگاهی:
روشهای ترکیبی:
GC-MS, LC-MS, GC-IR, LC-NMR, LC-IR, CE-MS, ICP-MS
روشهای میکروسکوپی:
بر مبنای روشهای میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی و میکروسکوپ روبشی (SEM, TEM…) و با هدف تعیین ریزساختارهای مواد و آنالیزهای فازی. در میکروسکوپهای نوری معمولاً قدرت تفکیک تصاویر میکروسکوپی در حدود ۱ میکرومتر و در میکروسکوپهای الکترونی و یونی قدرت تفکیک بالاتر در حدود یک آنگستروم امکانپذیر است.
روشهای الکتریکی:
بر مبنای سنجش جریان الکتریکی (پلاروگرافی، تیتراسیونهای آمپرسنجی)، سنجش رسانایی الکتریکی (رساناییسنجی) و یا سنجش پتانسیل الکتریکی (پتانسیلسنجی و پتانسیلسنجی با زمان).
آن دسته از روشهای تجزیه دستگاهی که برای تعیین خواص فیزیکی و شیمیایی مواد مورد آزمون (آنالیت) و بر مبنای تجزیه کمی یا کیفی آنها استفاده میشوند نیز به صورت خلاصه در جدول (1-4) گردآوری شده است. اکثر مشخصات جدول به یک منبع انرژی نیازمندند. شش مورد اول شامل برهمکنش نمونه با تابش الکترومغناطیسی است. پنج مورد بعدی شامل تغییراتی در تابش الکترومغناطیسی است که به وسیله برهمکنش با نمونه به وجود میآید. موارد هفتم تا دهم از خاصیت الکتریکی استفاده نموده و در نهایت چهار خاصیت متفرقه دیگر در کنار هم تجمیع شدهاند.
جدول (1-4): خواص مورد استفاده در روش های دستگاهی
ردیف | خواص مشخصه | روشهای دستگاهی |
۱ | نشر تابش | طیفسنجی نشری (پرتو ایکس، UV-VIS، الکترون، اوژه)، فلوئورسانس، فسفرسانس، نورتابی(پرتو ایکس،UV-VIS) |
۲ | جذب تابش | طیف-نورسنجی و نورسنجی(پرتو ایکس،UV-VIS،IR) طیف بینی نور صورتی، رزوناس مغناطیسی هسته و طیف بینی رزوناس اسپین الکترون |
۳ | پراکندگی تابش | کدریسنجی، نفلومتری، طیفسنجی رامان |
۴ | شکست نور | شکستسنجی، تداخلسنجی |
۵ | پراش تابش | روشهای پراش پرتو ایکس و الکترون، رادیوشیمیایی |
۶ | چرخش تابش | قطبسنجی، پاشیدگی چرخش نوری، دو رنگنمایی دورانی |
۷ | پتانسیل الکتریکی | پتانسیلسنجی، زمان-پتانسیلسنجی |
۸ | بار الکتریکی | کولنسنجی |
۹ | شدت جریان الکتریکی | پلاروگرافی، آمپرومتری |
۱۰ | مقاومت الکتریکی | رساناییسنجی |
۱۱ | جرم | وزنسنجی |
۱۲ | نسبت جرم به بار | طیفسنجی جرمی |
۱۳ | سرعت واکنش | روشهای سینتیکی |
۱۴ | خواص گرمایی | وزنسنجی و تیترسنجی گرمایی، رنگسنجی پویشی دیفرانسیلی، تجزیههای گرمایی دیفرانسیلی |
۱۵ | پرتوزایی | روشهای فعالسازی و رقیقسازی ایزوتوپی |
لازم به ذکر است در روشهای اندازهگیری و تعیین مشخصات عبارتهایی همچون آنالیز (Analysis)، اندازهگیری (Determination) و تعیین مشخصات (Characterization) به کار میروند:
آنالیز:
بررسی کمی یا کیفی گونه شیمیایی مورد آزموناندازهگیری:
سنجش کمی آنالیت (یا آنالیتهای) ویژه در نمونه- تعیین مشخصات:
تفسیر تجربی خواص مواد
به طور کلی در آنالیز یک نمونه، مراحل نمایش داده شده در شکل (1-6) طی میشود. در ابتدا ضروری است نوع آنالیز مورد نظر (کیفی یا کمی) با توجه به نوع و ابعاد نمونه، میزان هزینه، سرعت دریافت نتایج، نوع استانداردها و مواد مرجع، دستگاههای موجود، دقت و صحت سنجش مورد ارزیابی قرار گیرد.

شکل (1-6): مراحل آنالیز نمونه
سپس بهترین آزمون انتخاب و مراحل انجام آنالیز بر روی نمونه تا دستیابی به نتایج آزمایشگاهی قابل قبول و ارائه گزارش همانند روش مطرح شده در شکل (1-7) پیادهسازی میگردد.

شکل(1-7): مراحل اصلی برای انتخاب (ارزیابی) روش آنالیز
لازم به ذکر است که تمام روش های کلاسیکی و دستگاهی مورد اشاره در علوم الکترونیکی، هوا فضا، خودرو سازی، نفت گاز پتروشیمی، علم مواد، بیولوژی، ارتباطات از راه دور، داروسازی، لوازم آرایشی و مانند آن کاربرد وسیعی دارند.