Spettrometru huwa strument xjentifiku, użat biex janalizza l-ispettru ta 'radjazzjoni elettromanjetika, jista' juri spettru ta 'radjazzjoni bħala spettrografu li jirrappreżenta d-distribuzzjoni tal-intensità tad-dawl fir-rigward tal-wavelength (l-assi y hija l-intensità, l-assi x hija l-wavelength /frekwenza tad-dawl).Id-dawl huwa differenti separati fil-wavelengths tal-kostitwent tiegħu ġewwa l-ispettrometru permezz ta 'spliters tar-raġġ, li ġeneralment huma priżmi refrattivi jew gradilji tad-diffrazzjoni Fig. 1.
Fig. 1 L-ispettru tal-bozza tad-dawl u d-dawl tax-xemx (xellug), il-prinċipju tal-qsim tar-raġġ tal-ħakk u l-priżma (lemin)
L-ispettrometri għandhom rwol importanti fil-kejl ta 'firxa wiesgħa ta' radjazzjoni ottika, kemm jekk jeżaminaw direttament l-ispettru ta 'emissjoni ta' sors tad-dawl jew billi janalizzaw ir-riflessjoni, l-assorbiment, it-trażmissjoni jew it-tifrix tad-dawl wara l-interazzjoni tiegħu ma 'materjal.Wara l-interazzjoni tad-dawl u l-materja, l-ispettru jesperjenza l-bidla f'ċerta firxa spettrali jew wavelength speċifiku, u l-proprjetajiet tas-sustanza jistgħu jiġu analizzati kwalitattivament jew kwantitattivament skont il-bidla fl-ispettru, bħall-analiżi bijoloġika u kimika ta ' il-kompożizzjoni u l-konċentrazzjoni tad-demm u soluzzjonijiet mhux magħrufa, u l-analiżi tal-molekula, l-istruttura atomika u l-kompożizzjoni elementali tal-materjali Fig. 2.
Fig. 2 Spettri ta' assorbiment infra-aħmar ta' tipi differenti ta' żjut
Oriġinarjament ivvintat għall-istudju tal-fiżika, l-astronomija, il-kimika, l-ispettrometru issa huwa wieħed mill-aktar strumenti importanti f'ħafna oqsma bħall-inġinerija kimika, l-analiżi tal-materjali, ix-xjenza astronomika, id-dijanjostika medika u l-bijosensing.Fis-seklu 17, Isaac Newton kapaċi jaqsam id-dawl f'faxxa kkulurita kontinwa billi jgħaddi raġġ ta 'dawl abjad minn priżma u uża l-kelma "Spettru" għall-ewwel darba biex jiddeskrivi dan ir-riżultati Fig. 3.
Fig. 3 Isaac Newton jistudja l-ispettru tad-dawl tax-xemx bi priżma.
Fil-bidu tas-seklu 19, ix-xjenzat Ġermaniż Joseph von Fraunhofer (Franchofer), flimkien ma 'priżmi, qasmiet ta' diffrazzjoni u teleskopji, għamel spettrometru bi preċiżjoni u preċiżjoni għolja, li ntuża biex janalizza l-ispettru tal-emissjonijiet solari Fig 4. Huwa osservat għall-ewwel darba li l-ispettru tas-seba 'kuluri tax-xemx mhuwiex kontinwu, iżda għandu numru ta' linji skuri (aktar minn 600 linja diskreta) fuqu, magħruf bħala l-famuża "linja Frankenhofer".Huwa semmiet l-aktar distinti minn dawn il-linji A, B, C...H u għadd xi 574 linja bejn B u H li jikkorrispondi għall-assorbiment ta 'elementi differenti fuq l-ispettru solari Fig. 5. Fl-istess ħin, Fraunhofer kien ukoll il- l-ewwel biex tuża gradilja tad-diffrazzjoni biex tikseb spettri tal-linja u biex tikkalkula l-wavelength tal-linji spettrali.
Fig. 4. Spettrometru bikri, meqjus mal-bniedem
Fig. 5 Linja Fraun Whaffe (linja skura fiż-żigarella)
Fig. 6 Spettru solari, bil-porzjon konkavi li jikkorrispondi mal-linja Fraun Wolfel
F'nofs is-seklu 19, Il-fiżiċi Ġermaniżi Kirchhoff u Bunsen, ħadmu flimkien fl-Università ta 'Heidelberg, u bl-għodda tal-fjamma ddisinjata ġdida ta' Bunsen (il-burner Bunsen) u wettqu l-ewwel analiżi spettrali billi nnutaw il-linji spettrali speċifiċi ta 'kimiċi differenti. (melħ) imbexxex fil-fjamma tal-burner Bunsen fig.7. Irrealizzaw l-eżami kwalitattiv ta 'elementi billi osservaw l-ispettri, u fl-1860 ippubblikaw l-iskoperta ta' l-ispettri ta 'tmien elementi, u ddeterminaw l-eżistenza ta' dawn l-elementi f'diversi komposti naturali.Is-sejbiet tagħhom wasslu għall-ħolqien ta 'fergħa importanti tal-kimika analitika spettroskopika: analiżi spettroskopika
Fig.7 Reazzjoni tal-fjamma
Fis-snin 20 tas-seklu 20, il-fiżiku Indjan CV Raman uża spettrometru biex jiskopri l-effett tat-tifrix inelastiku tad-dawl u l-molekuli f'soluzzjonijiet organiċi.Huwa osserva li d-dawl inċident imxerred b'enerġija ogħla u aktar baxxa wara li jinteraġixxi mad-dawl, li aktar tard jissejjaħ it-tifrix Raman fig 8. Il-bidla tal-enerġija tad-dawl tikkaratterizza l-mikrostruttura tal-molekuli, għalhekk l-ispettroskopija tat-tifrix Raman tintuża ħafna f'materjali, mediċina, kimika u industriji oħra biex jidentifikaw u janalizzaw it-tip molekulari u l-istruttura tas-sustanzi.
Fig. 8 L-enerġija tinbidel wara li d-dawl jinteraġixxi mal-molekuli
Fis-snin 30 tas-seklu 20, ix-xjenzat Amerikan Dr Beckman l-ewwel ippropona li jkejjel l-assorbiment tal-ispettri ultravjola f'kull wavelength separatament biex ifassal l-ispettru ta 'assorbiment sħiħ, u b'hekk jiżvela t-tip u l-konċentrazzjoni tas-sustanzi kimiċi fis-soluzzjoni.Din ir-rotta tad-dawl ta 'assorbiment ta' trasmissjoni tikkonsisti mis-sors tad-dawl, l-ispettrometru u l-kampjun.Il-biċċa l-kbira tal-kompożizzjoni attwali tas-soluzzjoni u l-iskoperta tal-konċentrazzjoni hija bbażata fuq dan l-ispettru ta 'assorbiment ta' trasmissjoni.Hawnhekk, is-sors tad-dawl jinqasam fuq il-kampjun u l-priżma jew il-ħakk jiġi skennjat biex jinkisbu wavelengths differenti Fig. 9.
Fig.9 Prinċipju ta' Sejbien ta' Assorbenza –
Fis-snin 40 tas-seklu 20, l-ewwel spettrometru ta 'skoperta diretta ġie ivvintat, u għall-ewwel darba, tubi fotomultiplikaturi PMTs u apparat elettroniku ssostitwixxa l-osservazzjoni tradizzjonali tal-għajnejn tal-bniedem jew film fotografiku, li jista' jaqra direttament l-intensità spettrali kontra l-wavelength Fig. 10. Għalhekk, l-ispettrometru bħala strument xjentifiku tjieb b'mod sinifikanti f'termini ta 'faċilità ta' użu, kejl kwantitattiv, u sensittività matul il-perjodu ta 'żmien.
Fig. 10 Tubu fotomultiplikatur
F'nofs is-seklu 20 tard, l-iżvilupp tat-teknoloġija tal-ispettrometru kien inseparabbli mill-iżvilupp ta 'materjali u apparati semikondutturi optoelettroniċi.Fl-1969, Willard Boyle u George Smith ta 'Bell Labs ivvintaw CCD (Charge-Coupled Device), li mbagħad ġie mtejjeb u żviluppat f'applikazzjonijiet ta' immaġini minn Michael F. Tompsett fis-snin sebgħin.Willard Boyle (xellug), George Smith rebaħ li rebaħ il-Premju Nobel għall-invenzjoni tagħhom tas-CCD (2009) murija Fig. 11. Fl-1980, Nobukazu Teranishi ta 'NEC fil-Ġappun ivvinta fotodiode fiss, li tejbet ħafna l-proporzjon tal-istorbju tal-immaġni u riżoluzzjoni.Aktar tard, fl-1995, Eric Fossum tan-NASA vvinta s-sensor tal-immaġni CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), li jikkonsma 100 darba inqas enerġija minn sensors tal-immaġni CCD simili u għandu spiża tal-produzzjoni ħafna aktar baxxa.
Fig. 11 Willard Boyle (xellug), George Smith u s-CCD tagħhom (1974)
Fl-aħħar tas-seklu 20, it-titjib kontinwu tat-teknoloġija tal-ipproċessar u l-manifattura taċ-ċippa optoelettroniċi semikondutturi, speċjalment bl-applikazzjoni ta 'array CCD u CMOS fi spettrometri Fig. 12, isir possibbli li tinkiseb firxa sħiħa ta' spettri taħt espożizzjoni waħda.Maż-żmien, l-ispettrometri sabu użu estensiv f'firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet, inklużi iżda mhux limitati għal skoperta/kejl tal-kulur, analiżi tal-wavelength tal-lejżer, u spettroskopija tal-fluworexxenza, għażla tal-LED, tagħmir ta' sensing tal-immaġni u tad-dawl, spettroskopija tal-fluworexxenza, spettroskopija Raman, u aktar .
Fig. 12 Diversi ċipep CCD
Fis-seklu 21, it-teknoloġija tad-disinn u l-manifattura ta 'diversi tipi ta' spettrometri gradwalment immaturat u stabbilizzat.Bid-domanda dejjem tikber għall-ispettrometri fl-oqsma kollha tal-ħajja, l-iżvilupp tal-ispettrometri sar aktar mgħaġġel u speċifiku għall-industrija.Minbarra l-indikaturi tal-parametri ottiċi konvenzjonali, industriji differenti għandhom rekwiżit personalizzat ta 'daqs tal-volum, funzjonijiet tas-softwer, interfaces ta' komunikazzjoni, veloċità ta 'rispons, stabbiltà, u anke spejjeż ta' spettrometri, li jagħmlu l-iżvilupp tal-ispettrometru jsir aktar diversifikat.
Ħin tal-post: Nov-28-2023