التحليل الطيفي الفلوري

التحليل الطيفي للفلورية  ويُعرف أيضًا باسم الفلوريمتري أو التحليل الطيفي الفلوري، هو أحد أنواع التحليل الطيفي الكهرومغناطيسي الذي يُحلل الفلورية المنبعثة من العينة. تعتمد هذه التقنية على تسليط حزمة من الضوء، عادةً من الأشعة فوق البنفسجية، لإثارة الإلكترونات في جزيئات بعض المركبات، مما يؤدي إلى انبعاث ضوء منها، يكون عادةً في الطيف المرئي، ولكن ليس بالضرورة كذلك. تُعد تقنية التحليل الطيفي للامتصاص تقنية مكملة لها. وفي الحالات الخاصة للتحليل الطيفي للفلورية على مستوى الجزيء الواحد، يتم قياس تغيرات شدة الضوء المنبعث من جزيئات فلورية مفردة أو أزواج منها. تُعرف الأجهزة التي تُقيس الفلورية باسم الفلوريمترات.

 النظرية 
تصغير|يمين|تصميم مبسط لمكونات جهاز قياس الفلوريمتر
تتواجد الجزيئات في حالات طاقة مختلفة تُعرف بمستويات الطاقة. يهتم التحليل الطيفي للفلورية بشكل أساسي بالحالات الإلكترونية والاهتزازية. يمتلك الجزيء عادةً حالة إلكترونية أرضية وأخرى مثارة، ويتضمن كل منهما مستويات اهتزازية متعددة. عند امتصاص الجزيء لفوتون، ينتقل إلى أحد المستويات الاهتزازية في الحالة المثارة. بعد ذلك، يفقد جزءًا من طاقته الاهتزازية حتى يصل إلى أدنى مستوى اهتزازي في الحالة المثارة، ثم يعود إلى أحد المستويات الاهتزازية في الحالة الأرضية مطلقًا فوتونًا. بسبب اختلاف مستويات الطاقة التي قد يعود إليها، فإن الفوتونات المنبعثة تختلف في طاقتها وترددها. ومن خلال تحليل الأطياف وشدتها النسبية يمكن تحديد بنية المستويات الاهتزازية.

في الذرات، تكون العملية مشابهة، ولكن بما أن الأنواع الذرية لا تمتلك مستويات اهتزازية، فإن الفوتونات المنبعثة غالبًا ما تكون بنفس طول موجة الفوتونات الممتصة. تُعرف هذه الظاهرة باسم الفلورية الرنانة.

 الأجهزة 
تُستخدم عدة مصادر ضوئية لإثارة الفلورية، منها الليزر، والثنائيات الباعثة للضوء (LED)، ومصابيح الزينون ومصابيح بخار الزئبق. يتميز الليزر بشدة إضاءة عالية ونطاق طيفي ضيق جدًا، مما يجعل استخدام المونوكروماتور غير ضروري، إلا أن عيبه هو محدودية إمكانية تغيير الطول الموجي. أما مصباح بخار الزئبق فيصدر ضوءًا في أطوال موجية محددة، بينما يمتاز قوس الزينون بطيف مستمر وثابت الشدة تقريبًا بين 300 و800 نانومتر.

تُستخدم المرشحات والمونوكروماتورات لعزل الأطوال الموجية المرغوبة. وعادة ما يُقاس الضوء المنبعث بزاوية 90 درجة عن شعاع الإثارة لتقليل تداخل الضوء الساقط.

 تصحيح القياسات 
تتطلب الأطياف القياسية (المستقلة عن الجهاز) إجراء تصحيحات دقيقة نظرًا لتأثيرات مختلفة مثل تغير شدة مصدر الضوء بمرور الوقت وعدم ثبات كفاءة المرشحات والمونوكروماتورات. كذلك، تتأثر الكفاءة الكمية للكاشف بعامل الزمن والطول الموجي. وتُستخدم كواشف مرجعية لتصحيح هذه الاختلافات.

 العوامل المتعلقة بالعينة 
قد يؤدي التحلل الضوئي للعينة إلى انخفاض شدة الفلورية بمرور الوقت. كما يجب مراعاة تشتت الضوء، خاصة تشتت رايلي وتشتت رامان. في تشتت رايلي يكون الضوء المبعثر بنفس طول الموجة للضوء الساقط، بينما في تشتت رامان ينزاح الطول الموجي عادةً نحو الأطوال الموجية الأطول. ويُلاحظ تشتت رامان دائمًا بفارق عددي ثابت بالنسبة لطاقة الإثارة، مثل الفرق 3600 سم⁻¹ في الماء.

 البروتينات الفلورية الزمنية 
البروتينات الفلورية الزمنية هي جزيئات حيوية مشتقة من البروتين الفلوري الأخضر من الكائن البحري Aequorea victoria. وتصدر هذه البروتينات فلورية لفترات قصيرة (من 1 إلى 10 نانوثانية) تختلف تبعًا للعوامل البيئية مثل الرقم الهيدروجيني أو التفاعلات الجزيئية. طُورت في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين لتحسين تقنيات التصوير المجهري بالفلورية المعتمد على العمر الزمني، حيث توفر تباينًا أعلى وقدرة على تحليل الإشارات المتعددة.

 التطورات الحديثة 
تم تطوير أنواع من هذه البروتينات باستخدام الذكاء الاصطناعي، مما أدى إلى إطالة زمن الفلورية وزيادة شدة الانبعاث. وتُستخدم هذه البروتينات في كائنات نموذجية مثل ذبابة الفاكهة والسمك المخطط، رغم التحديات مثل تلاشي الإشارة وتعقيد الأجهزة وضعف الاختراق في الأنسجة العميقة.
كما تُجرى أبحاث لدمجها مع تقنية كريسبر في الدراسات الجينية.

 التطبيقات 
تُستخدم تقنية التحليل الطيفي للفلورية في مجالات الكيمياء الحيوية والطب والكيمياء التحليلية لتحليل المركبات العضوية والتمييز بين أورام الجلد الخبيثة والحميدة. كما تُستخدم تقنيات الفلورية الذرية لقياس المعادن الثقيلة في الهواء أو الماء مثل الزئبق. كذلك يمكن استخدامها لإعادة توجيه الفوتونات في مجمعات الطاقة الشمسية الفلورية، أو على المستوى المجهري في التحليل المجهري الفلوري. في الكيمياء التحليلية تُستخدم الكواشف الفلورية مع الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC). وفي أبحاث المياه تُستخدم لمراقبة جودة المياه والكشف عن الملوثات العضوية، كما ساعدت تقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي في الكشف عن التلوث البكتيري. وتُستخدم أيضًا لتقييم فعالية توزيع الأدوية من خلال ربط عوامل فلورية بها، وفي الأبحاث الفيزيولوجية الحيوية لتصوير المجالات الدهنية داخل أغشية الخلايا.
كما تُستخدم البروتينات الفلورية الزمنية في دراسة اقتراب الجزيئات ومتابعة التغيرات الأيضية في الأمراض مثل السرطان والأمراض العصبية التنكسية.

 انظر أيضًا 
 التحليل الطيفي
 الفلورية
 الوميض
 التحليل الطيفي للامتصاص
 الكيمياء التحليلية

 المراجع 

 تصنيفات 

تصنيف:فيزياء ذرية وجزيئية وبصرية
تصنيف:كيمياء تحليلية
تصنيف:فلورية