Spektrometr elektromaqnit şüalanmalarının spektrini təhlil etmək üçün istifadə edilən elmi alətdir, dalğa uzunluğuna görə işığın intensivliyinin paylanmasını təmsil edən spektroqraf kimi şüalanma spektrini göstərə bilər (y oxu intensivlik, x oxu dalğa uzunluğudur) /işığın tezliyi).İşıq spektrometrin daxilində şüa bölücülər vasitəsilə onun tərkib hissəsinin dalğa uzunluqlarına müxtəlif şəkildə ayrılır, bunlar adətən refraktiv prizmalar və ya difraksiya barmaqlıqlarıdır Şəkil 1.
Şəkil 1 Lampa və günəş işığının spektri (solda), barmaqlıqların və prizmanın şüa parçalanma prinsipi (sağda)
Spektrometrlər işıq mənbəyinin emissiya spektrini birbaşa tədqiq etməklə və ya işığın materialla qarşılıqlı təsirindən sonra əks olunmasını, udulmasını, ötürülməsini və ya səpilməsini təhlil etməklə geniş spektrli optik şüalanmanın ölçülməsində mühüm rol oynayır.İşıq və maddənin qarşılıqlı təsirindən sonra spektr müəyyən spektral diapazonda və ya müəyyən dalğa uzunluğunda dəyişiklik yaşayır və maddənin xassələri spektrin dəyişməsinə görə keyfiyyət və ya kəmiyyətcə təhlil edilə bilər, məsələn, bioloji və kimyəvi analiz. qanın və naməlum məhlulların tərkibi və konsentrasiyası, materialların molekulunun, atom quruluşunun və elementar tərkibinin təhlili Şəkil 2.
Şəkil 2 Müxtəlif növ yağların infraqırmızı udma spektrləri
Əvvəlcə fizika, astronomiya, kimyanın öyrənilməsi üçün icad edilən spektrometr indi kimya mühəndisliyi, material analizi, astronomik elm, tibbi diaqnostika və biosensasiya kimi bir çox sahədə ən vacib alətlərdən biridir.17-ci əsrdə İsaak Nyuton ağ işıq şüasını prizmadan keçirərək işığı davamlı rəngli zolaqlara ayıra bildi və bu nəticələri təsvir etmək üçün ilk dəfə “Spektr” sözündən istifadə etdi Şəkil 3.
Şəkil 3 İsaak Nyuton günəş işığı spektrini prizma ilə öyrənir.
19-cu əsrin əvvəllərində alman alimi Cozef fon Fraunhofer (Franşofer) prizmalar, difraksiya yarıqları və teleskoplarla birləşərək günəş emissiyalarının spektrini təhlil etmək üçün istifadə edilən yüksək dəqiqliyə və dəqiqliyə malik spektrometr hazırladı. Şəkil 4. Günəşin yeddi rəngli spektrinin fasiləsiz olmadığını, onun üzərində bir sıra tünd xətlərin (600-dən çox diskret xətt) olduğunu, məşhur “Frankenhofer xətti” kimi tanınan ilk dəfə müşahidə etdi.O, bu xətlərdən ən fərqlənənini A, B, C…H adlandırdı və B və H arasında günəş spektrində müxtəlif elementlərin udulmasına uyğun gələn təxminən 574 xətti saydı Şəkil 5. Eyni zamanda, Fraunhofer həm də əvvəlcə xətt spektrlərini əldə etmək və spektral xətlərin dalğa uzunluğunu hesablamaq üçün difraksiya ızgarasından istifadə edin.
Şəkil 4. Erkən spektrometr, insanla birlikdə baxılır
Şəkil 5 Fraun Whaffe xətti (lentdə tünd xətt)
Şəkil 6 Günəş spektri, konkav hissəsi Fraun Volfel xəttinə uyğundur
19-cu əsrin ortalarında Alman fizikləri Kirchhoff və Bunsen, Heidelberg Universitetində və Bunsenin yeni dizayn edilmiş alov aləti (Bunsen burner) ilə birlikdə çalışdılar və müxtəlif kimyəvi maddələrin spesifik spektral xətlərini qeyd edərək ilk spektral analizi həyata keçirdilər. (duzlar) Bunsen ocağının alovuna səpilir əncir.7. Onlar spektrləri müşahidə etməklə elementlərin keyfiyyətcə tədqiqini həyata keçirdilər və 1860-cı ildə səkkiz elementin spektrinin kəşfini nəşr etdilər və bu elementlərin bir neçə təbii birləşmədə mövcudluğunu müəyyən etdilər.Onların tapıntıları spektroskopiya analitik kimyanın mühüm bir sahəsinin yaradılmasına səbəb oldu: spektroskopik analiz
Şəkil 7 Alov reaksiyası
20-ci əsrin 20-ci illərində hind fiziki CV Raman üzvi məhlullarda işığın və molekulların qeyri-elastik səpilmə təsirini kəşf etmək üçün spektrometrdən istifadə etdi.O, müşahidə etdi ki, gələn işığın işıqla qarşılıqlı təsirindən sonra daha yüksək və aşağı enerji ilə səpələnir, bu daha sonra Raman səpilməsi əncir 8 adlanır. İşıq enerjisinin dəyişməsi molekulların mikrostrukturunu xarakterizə edir, ona görə də Raman səpilmə spektroskopiyası materiallarda, tibbdə, kimyada geniş istifadə olunur. və maddələrin molekulyar tipini və quruluşunu müəyyən etmək və təhlil etmək üçün digər sənaye sahələri.
Şəkil 8 İşıq molekullarla qarşılıqlı əlaqədə olduqdan sonra enerji dəyişir
20-ci əsrin 30-cu illərində amerikalı alim doktor Bekman ilk dəfə tam udma spektrinin xəritəsini çıxarmaq üçün ultrabənövşəyi spektrlərin udulmasını hər dalğa uzunluğunda ayrıca ölçməyi və bununla da məhluldakı kimyəvi maddələrin növünü və konsentrasiyasını aşkar etməyi təklif etdi.Bu ötürülmə udma işıq marşrutu işıq mənbəyi, spektrometr və nümunədən ibarətdir.Mövcud məhlulun tərkibinin və konsentrasiyanın aşkarlanmasının əksəriyyəti bu ötürmə udma spektrinə əsaslanır.Burada işıq mənbəyi nümunəyə bölünür və müxtəlif dalğa uzunluqlarını əldə etmək üçün prizma və ya barmaqlıq skan edilir Şəkil 9.
Şəkil 9 Absorbsiya aşkarlanması prinsipi –
20-ci əsrin 40-cı illərində ilk birbaşa aşkarlama spektrometri icad edildi və ilk dəfə olaraq PMT fotoçoğaltıcı boruları və elektron qurğular dalğa uzunluğuna qarşı spektral intensivliyi birbaşa oxuya bilən ənənəvi insan gözünün müşahidəsini və ya foto filmini əvəz etdi. 10. Beləliklə, spektrometr elmi alət kimi istifadənin asanlığı, kəmiyyət ölçüləri və həssaslıq baxımından vaxt ərzində əhəmiyyətli dərəcədə təkmilləşdirilmişdir.
Şəkil 10 Fotoçoğaltıcı boru
20-ci əsrin ortalarından axırlarına qədər spektrometr texnologiyasının inkişafı optoelektron yarımkeçirici materialların və cihazların inkişafı ilə ayrılmaz idi.1969-cu ildə Bell Labs-dan Willard Boyle və George Smith CCD (Charge-Coupled Device) icad etdilər, daha sonra 1970-ci illərdə Michael F. Tompsett tərəfindən təkmilləşdirilmiş və təsvir proqramlarına çevrilmişdir.Willard Boyle (solda), Şəkil 11-də göstərilən CCD (2009) ixtirasına görə Nobel Mükafatını qazanan Corc Smit qazandı. 1980-ci ildə Yaponiyadan NEC-dən Nobukazu Teranishi sabit fotodiod icad etdi və bu, görüntünün səs-küy nisbətini və səs-küy nisbətini xeyli yaxşılaşdırdı. görüntü imkanı.Daha sonra, 1995-ci ildə NASA-nın əməkdaşı Erik Fossum oxşar CCD təsvir sensorlarından 100 dəfə az enerji sərf edən və istehsal dəyəri xeyli aşağı olan CMOS (Tamamlayıcı Metal Oksid Yarımkeçirici) təsvir sensorunu icad etdi.
Şəkil 11 Willard Boyle (solda), George Smith və onların CCD (1974)
20-ci əsrin sonunda, yarımkeçirici optoelektronik çiplərin emalı və istehsalı texnologiyasının davamlı təkmilləşdirilməsi, xüsusən də spektrometrlərdə array CCD və CMOS tətbiqi ilə Şəkil 12, bir ekspozisiya altında spektrlərin tam spektrini əldə etmək mümkün olur.Zaman keçdikcə spektrometrlər rəng aşkarlama/ölçmə, lazer dalğa uzunluğu analizi və flüoresan spektroskopiya, LED çeşidləmə, görüntüləmə və işıqlandırma sensoru avadanlığı, flüoresan spektroskopiya, Raman spektroskopiyası və s. daxil olmaqla, lakin bununla məhdudlaşmayaraq geniş tətbiqlərdə geniş istifadəni tapdı. .
Şəkil 12 Müxtəlif CCD çipləri
21-ci əsrdə müxtəlif növ spektrometrlərin dizaynı və istehsal texnologiyası tədricən yetkinləşdi və sabitləşdi.Həyatın bütün sahələrində spektrometrlərə artan tələbatla spektrometrlərin inkişafı daha sürətli və sənayeyə xas olmuşdur.Adi optik parametr göstəricilərinə əlavə olaraq, müxtəlif sənayelər həcmin ölçüsünə, proqram funksiyalarına, rabitə interfeyslərinə, cavab sürətinə, sabitliyə və hətta spektrometrlərin xərclərinə dair tələblərə malikdir, bu da spektrometrin inkişafının daha şaxələndirilməsinə səbəb olur.
Göndərmə vaxtı: 28 noyabr 2023-cü il