تويت
مفهوم التحليل الطيفي الدوراني - بواسطة: دانيه طعمه -٢٠ يوليو ٢٠٢٢
التحليل الطيفي الدوراني يُعتبر التحليل الطيفي الدوراني (بالإنجليزية: Rotational Spectroscopy) أداة لقياس طاقات التحولات بين الحالات المختلفة للدوران الكميّ للجزيئات في الطور الغازي،[١]
وتظهر أهمية التحليل الطيفي الدوراني الجزيئي، في التحليل الكيميائي بدقة التحولات الطيفية العالية، والتي بإمكانها قياس أطياف الأيزومرات مع التغييرات الصغيرة التي تحدث أثناء توزيع الكتلة بدون وجود تداخل طيفي.[٢]
يعمل التحليل الطيفي الدوراني على قياس الطيف بدقة عالية وذلك من خلال تحديد النمط الطيفي من البنية الثلاثية الأبعاد للجزيء، ومن بعد ذلك تأتي مستويات الطاقة الكمية لعملية التحليل الطيفي من الحركة الكلية الدورانية للجزيء، ومن ثم تُحدَّد الطاقة الحركية من خلال القصور الذاتي داخل نظام المحور الرئيسي، وعند حدوث أي تغيير في توزيع الكتلة حينها ينتج مستوى طاقة ذو بنية مختلفة وترددات طيفية انتقالية.[٢]
قياس الانبعاثات أو الامتصاصات الطيفيّة يمكن قياس أطياف القطبية من حيث الانبعاث أو الامتصاص بواسطة عدة طرق منها:
التحليل الطيفي بالميكرويف يُستخدم التحليل الطيفي الدوراني بالميكرويف (بالإنجليزية: Microwave Rotational Spectroscopy) لاكتشاف التحولات الدورانية النقية للجزيئات وذلك باستخدامه الفوتونات في نطاق الميكرويف من خلال إحداث لجزيء الغاز انتقالات بين مستويات الطاقة الكمومية الدورانية؛ لوجوب توفير العينة في وضع الطور الغازي إلى التفاعلات بين الجزيئات التي تعيق الدوران في المرحلتين الصلبة والسائلة للجزيء.[٣]
وتُقسم الجزيئات من خلال التحليل الطيفي للمكرويف إلى 5 فئات وذلك بناءً على قصورها الذاتي حول محاور الدوران الثلاثة المتعامدة وبالإضافة إلى ذلك يتم تقسيمها بناءً على شكلها وتشمل هذه الفئات الجزيئات الخطية والجزيئات ثنائية الذرَّة والقمم المتماثلة والقمم الكروية والقمم غير متماثلة.[٣]
التحليل الطيفي الدوراني للجزيئات ثنائية الذرة يرتبط التحليل الطيفي الدوراني للجزيئات ثنائية الذرَّة (بالإنجليزية: Rotational Spectroscopy of Diatomic Molecules) بإمكانية نمذجة دوران الجزيء ثنائي الذرَّة بنموذج الدوار الصلب مثل مبدأ عمل الدمبل الدوار الذي له كتلتان يبعدان بمسافة ثابتة عن بعضهما البعض ويدوران حول مركز الكتلة، ويعمل مفهوم الكتلة المنخفض على تبسيط هذا النموذج ومعالجة المشكلة على أنها ذات نظام جسم واحد.[٤]
يصف التحليل الطيفي الدوراني للجزيئات ثنائية الذرَّة النموذج المتواجد كاملاً من خلال ربطه بدالة الموجة الخاصة به على عكس معظم أنظمة ميكانيكا الكم، وأثناء عملية إيجاد الطاقة فإن ذلك ينتهي بمعادلة شرودنجر بوجود أطياف دورانية نقية ومركز طبيعي لسياق الدوار الصلب لربط الأطياف الدورانية بأطيافها الاهتزازية، كما يُفضل وصف وظائف الموجة في الإحداثيات الكروية.[٤]
التحليل الطيفي الاهتزازي إن أهم نقطة في التحليل الطيفي الاهتزازي (بالإنجليزية: Rovibrational Spectroscopy) معرفة كيفية ربط كل قمة بالعمليات الجزيئية للجزيئات بالإضافة إلى معرفة كيف ترافق التحولات الدورانية للجزيئات التحولات الاهتزازية، وبذلك يتم تحليل الأطياف الاهتزازية بتحديد متوسط طول الرابطة.[٥]
يوجد حالات طاقة متقاربة في الطور الغازي في كل من الأوضاع العادية والطبيعية لاهتزازالجزيئات غير متجانسة ثنائية الذرََة، وتُنسب التحولات الدورانية إلى التحولات الاهتزازية ،ويمكن أن يتأثر دوران الجزيء أثناء انتقاله الاهتزازي؛ وذلك بسبب تغيير في طول الرابطة وبالتالي يمكن فرض حالات الطاقة الدورانية على أنها حالات الطاقة الاهتزازية.[٥]
دوران الجزيئات الخطية يقوم دوران الجزيئات الخطية (بالإنجليزية: Rotation of Linear Molecules) بإعطاء جزيء الذرَّة مستويات الطاقة الخاصة به في الفضاء الثلاثي الأبعاد وذلك باستخدام المحلول الكمومي الميكانيكي الدوار الصلب الدوَّار.[٥]