مطيافية الانبعاث الضوئي

مِطيافِيَّة الانبعاث الضَّوئي  وقد تدعى مِطيافيَّة الإلكترونات الضوئيَّة  هي قياس طاقة الإلكترونات الضوئيَّة أو دورانها المغزلي؛ لتقدير طاقة ارتباطها أو خصائصها المغناطيسيَّة في المادة.

يشير المصطلح إلى تقاناتٍ شتى وفق مصدر طاقة التأين الذي قد يكون فوتونات الأشعة السينيَّة أو فوق البنفسجيَّة أو فوق البنفسجية المتطرفة. يتناول مبدأُ مطيافيةِ الانبعاث الضوئي تحليلَ الأسطح بقياس الإلكترونات المنبعثة ضوئيًّا على أي حال.

 أنواعها 

 مطيافيَّة الإلكترونات الضوئيَّة السينيَّة 
مطيافية الإلكترونات الضوئية السينية  تستخدم لدراسة مستويات طاقة إلكترونات الذَّرَّة المركزية لا سيما في المواد الصُّلبة.

 تاريخ 
طور كاي سيغبان هذه التقانة عام 1957 ودعاها مطيافية الإلكترونات للتحليل الكيميائي ؛ إذ إن لمستويات الطاقة المركزيَّة بالذَّرَّة انزياحاتٍ كيميائيَّةً طفيفةً تختلف وفق بيئة الذرة المتأينة الكيميائية فتسمح بتقدير البنية الكيميائية، ونال سيغبان جائزة نوبل عام 1981 إثر عمله هذا.

 أسماء أخرى 
قد تدعى مطيافيَّةُ الإلكترونات الضوئية السينية مطيافيَّةَ الإلكترونات الضوئية لأغلفة داخلية ، أما إشعاع الضوء فوق البنفسجي الأقل طاقةً فيدعى مطيافيَّةَ الإلكترونات الضوئية لأغلفة خارجية ؛ لأن الأشعة فوق البنفسجية لا تثير الإلكترونات المركزية.

 مطيافيَّة الإلكترونات الضوئيَّة فوق البنفسجيَّة 
مطيافية الإلكترونات الضوئية فوق البنفسجية  تستخدم لدراسة أغلفة التكافؤ والربط الكيميائي لا سيما خاصية ربط المدارات الجزيئية.

 تاريخ 
طور فيودور فيليسوف هذه الطريقة عام 1961 موجَّهةً للجزيئات غازية الحالة وطورها ديفيد ترنر عام 1962 وآخرون منهم ديفيد فروست وجون إيلاند وكاتسومي كيمورا. أحدث ريتشارد سمولي لاحقًا على هذه التقانة مستخدمًا ليزرًا فوق بنفسجي لإثارة العينة؛ لقياس طاقة ربط الإلكترونات في العناقيد الجزيئية الغازية.

 مطيافيَّة الانبعاث الضوئي المستبينة زاويًّا 
مطيافية الانبعاث الضوئي المستبينة زاويًّا  هي أكثر طرق مطيافية الإلكترونات شيوعًا في فيزياء المواد المكثفة نتيجة أحدث التقدمات في تحليل الطاقة والزخم وانتشار المصادر الضوئية المسرعة الدورانية التزامنية.

 استخدامات 
تستخدم هذه التقانة في:

 نقل بنية أغلفة المواد الصلبة البلورية.
 دراسة حركة أشباه الجسيمات في المواد عالية الترابط.
 تقدير استقطاب دوران الإلكترون المغزلي.

 مطيافيَّة الإلكترونات الضوئية ثنائيَّة الفوتونات 
مطيافية الإلكترونات الضوئية ثنائية الفوتونات  توسع مجال مطيافية الانبعاث الضوئي لتشمل مستويات الطاقة المثارة ضوئيًّا باستحداث نمط المضخة والمسبار.

 مطيافية الإلكترونات الضوئية فوق البنفسجية المتطرفة 
مطيافية الإلكترونات الضوئية فوق البنفسجية المتطرفة  تقع بين مطيافيتي الإلكترونات السينية وفوق البنفسجية، وتستخدم لتقدير بنية أغلفة التكافؤ.

 مميزات 
تنتج مطيافية الإلكترونات الضوئية فوق البنفسجية المتطرفة تحليلًا أفضل للطاقة مقارنةً بمطيافية الإلكترونات الضوئية فوق البنفسجية، وتنتج مطيافية الإلكترونات الضوئية فوق البنفسجية المتطرفة إلكتروناتٍ أسرعَ من نظائرها الناتجة بمطيافية الإلكترونات الضوئية فوق البنفسجية، منتجةً شحنة فراغية أقل وتأثيرات حالة نهائية أخف.

 الأساس الفيزيائي 

 الأثر الكهرضوئي 
تقوم مطيافية الانبعاث الضوئي فيزيائيًّا على الأثر الكهرضوئي، إذ تعرض العينة لإشعاع فوق بنفسجي أو فوق بنفسجي متطرف محدثًا تأينًا كهرضوئيًّا بالعينة، فتنبعث منها إلكتروناتٌ كهرضوئيةٌ ذواتٌ طاقاتٍ تميزها مستويات طاقتها الأصلية وتعتمد على الحالة الاهتزازية والمستوى الدوراني. إن كانت المادة صلبة بعثت إلكتروناتٍ ضوئيَّةً لمسافةٍ تقدَّر فقط بعدة نانومترات لتتكون الطبقة السطحية المراد تحليلها.

الانبعاث الكهرضوئي أحد أكثر آليات قياس طاقات مستويات الطاقة والمدارات الجزيئية والذرية وأشكالها شيوعًا؛ لارتفاع تردد الضوء وارتفاع شحنة الإلكترونات المنبعثة وطاقتها تبعًا لارتفاع التردد. الأثر الكهرضوئي أحد أكثر طرق القياس حساسية للكشف عن المواد الشحيحة إن توافقت العينة مع الفراغ الفائق وأمكن تمييز الحليلة عن الخلفية.

 احتساب الطاقة 
تَستخدِم مُعَدَّاتُ مطيافيَّةِ الانبعاث الضوئي مصادرَ ضوء فوق بنفسجي ذوات طاقة فوتون تبلغ 52 إلكترون فولت (ما يناظر طول موجة 23.7 نانومتر). تُجمع الإلكترونات المنبعثة في الفراغ ثم تؤخَّر تأخرًا طفيفًا ثم تُحلَّل طاقتها ثم تُعَدّ، لينتج طيفٌ بشدَّةِ الإلكترونات دالَّةً في الطاقة الحركية المقيسة. تحوَّل قيم الطاقة الحركية المعتمدة على المصدر إلى طاقات الارتباط التي هي مستقلة عن المصدر؛ لأن طاقات الارتباط أيسر تطبيقًا وفهمًا. يتحقق هذا بتطبيق معادلة أينشتاين ، ويعبر الحد  عن الطاقة التي تعتمد عليها كموم الطاقة التي تثير الإلكترونات ضوئيًّا. يمكن قياس أطياف الانبعاث الضوئي باستخدام مصادر الانبعاث المسرع الدوراني التزامني.

تميز طاقاتُ ارتباطِ الإلكتروناتِ المقيسةُ البنيةَ الكيميائيَّة والرَّوابطَ الجزيئيَّةَ في المادة، ويمكن إبراز القمم بأقصى عرض عند نصف القيمة القصوى أقل من 5 إلى 8 ملي إلكترون فولت بإضافة مستوحد لون للمصدر ورفع قدرة محلل الإلكترونات على تحليل الطاقة.

 انظر أيضًا 

 مطيافية
 مطيافية الإلكترونات الضوئية السينية
 مطيافية تشتت الطاقة بالأشعة السينية

 مراجع 

 وصلات خارجيَّة 

 مقدمة إلى مطيافية الانبعاث الضوئي – مايكل سينغ (بالإنجليزية)
 أساسيات مطيافيَّة الانبعاث الضوئي المستبينة زاويًّا – هلبغ وآخرون (بالإنجليزية)
 مطيافيَّة الانبعاث الضوئي المستبينة زاويًّا مضمنة الاستقطاب - Phys. Rev. X (بالإنجليزية)
 مطيافيَّة الانبعاث الضوئي المستبينة زاويًّا – مختبر شن، ستانفورد (بالإنجليزية)
 مطيافية الانبعاث الضوئي – MAX IV FlexPES (بالإنجليزية)
 مطيافيَّة الانبعاث الضوئي المستبينة زاويًّا – معهد ماكس بلانك MPSD (بالإنجليزية)
 Beamline 10.0.1 – مطيافيَّة الانبعاث الضوئي المستبينة زاويًّا في المسرع الدوراني التزامني ALS (بالإنجليزية)
 مطيافية الانبعاث الضوئي – مجموعة Devereaux، ستانفورد (بالإنجليزية)
 مطيافية الانبعاث الضوئي المستبينة زاويًّا عالية الدقة – دليل من ALS (PDF) (بالإنجليزية)
 The GW Compendium: دليل عملي إلى نظرية مطيافية الانبعاث الضوئي (arXiv) (بالإنجليزية)

*
تصنيف:تبعثر
تصنيف:تبعثر وامتصاص ونقل إشعاعي (بصريات)
تصنيف:تقانة علمية
تصنيف:خلايا كهرضوئية
تصنيف:فوتونية
تصنيف:مطيافية الانبعاث