Language
Country/Area
No result found
ما هو مطياف CARS؟ ولماذا هو خاص جدًا؟
في المجال العلمي اليوم، برزت تقنية CARS (تقنية مطيافية رامان المتماسكة المضادة لستوكس) في الأبحاث الكيميائية والفيزيائية بمميزاتها الفريدة. تُستخدم هذه التقنية بشكل أساسي للكشف عن إشارات اهتزاز الجزيئات، على غرار التحليل الطيفي رامان التقليدي، لكن حساسيتها وقوة إشارتها تتجاوزان التقنية السابقة بكثير. يتم إجراء التحليل الطيفي CARS باستخدام تقنية الفوتون المتعدد، مما يجعله قادرًا على توفير صور جزيئية أكثر وضوحًا وبالتالي يصبح أداة مهمة في العديد من مجالات البحث.
الخلفية التاريخية تم اقتراح تقنية التحليل الطيفي CARS لأول مرة في عام 1965 عندما نشر P. D. Maker و R. W. Terhune من شركة Ford Motor Company دراسة حول هذه الظاهرة. لقد استخدموا ليزر الياقوت النبضي لاستكشاف الاستجابة من الدرجة الثالثة لمجموعة متنوعة من المواد ولاحظوا أن إشارة CARS المحولة إلى اللون الأزرق تتولد عندما تتداخل نبضات الشعاعين في المكان والزمان. تم تسمية هذه التقنية باسم "تحليل الطيف CARS" بواسطة بيجلي وآخرين في جامعة ستانفورد في عام 1974.يعتبر مطياف CARS عملية بصرية غير خطية من الدرجة الثالثة تتضمن تفاعل ثلاثة أشعة ليزر.
المبادئ الأساسية
يمكن تفسير مبدأ عمل مطيافية CARS من خلال النماذج الميكانيكية الكلاسيكية والكمية. من الناحية الكلاسيكية، يمكن النظر إلى الجزيء باعتباره مذبذبًا (مخمّدًا) بتردد مميز ωv. في CARS، يتم تشغيل هذا المذبذب عن طريق فرق التردد بين شعاع المضخة وشعاع ستوكس. تتشابه آلية القيادة هذه مع آلية حساسية الأذن للفرق في التردد بين نغمتين مختلفتين يتم ضربهما على البيانو.
مقارنة بين مطيافية CARS وطيف رامان تتشابه تقنية CARS وتقنية رامان الطيفية في استكشاف الأنماط الاهتزازية للجزيئات، ولكن هناك أيضًا اختلافات كبيرة. يتطلب CARS مصدرين لليزر النبضي، في حين يتطلب التحليل الطيفي رامان ليزر موجة مستمرة واحدة فقط. نظرًا لأن إشارة CARS يتم رصدها على الجانب الأزرق، فهي لا تحتاج إلى التنافس مع ظاهرة الفلورسنت، مما يجعل CARS أكثر فائدة في التطبيقات العملية.في عملية CARS، يقوم شعاع المضخة أولاً بإثارة الجزيء إلى حالة افتراضية ليست حالة جوهرية للجزيء ولكنها تسمح بالانتقال إلى مستويات طاقة حقيقية أخرى.
مجالات التطبيق
مجهر CARS
يتمتع CARS بمجموعة واسعة من التطبيقات في مجال المجهر الانتقائي للأنواع وتشخيص الاحتراق، وخاصة في مجال التصوير غير الجراحي في العينات البيولوجية. يستخدم العديد من الباحثين مجهر CARS لمراقبة الدهون في العينات البيولوجية، مما يوفر طريقة جديدة لدراسة علم الأحياء.
تشخيص الاحتراق
يستخدم مطياف CARS أيضًا لمراقبة درجة حرارة الغازات واللهب لأن إشارته تعتمد بشكل غير خطي على درجة الحرارة. تعكس إشارة CARS الحالة الحرارية للنظام لأنها مرتبطة بعدد الجسيمات في الحالة الأرضية والحالات المثارة اهتزازيًا.
تطبيقات أخرى
بالإضافة إلى التطبيقات المذكورة أعلاه، يتم حاليًا تطوير تقنية CARS لاستخدامها في مجالات مراقبة الأمن مثل اكتشاف القنابل المزروعة على جوانب الطرق. ويسلط هذا الضوء على قيمته المحتملة في مجال السلامة العامة.
باختصار، أصبحت تقنية التحليل الطيفي CARS تقنية رائجة في الأبحاث الحالية بسبب شدة الإشارة العالية والحساسية العالية لأنماط الاهتزاز الجزيئية. مع تطور التكنولوجيا بشكل أكبر، هل سنتمكن من رؤية تطبيقها في المزيد من المجالات في المستقبل؟
