Optik spektrometr - Optical spectrometer - Wikipedia

Ushbu mavzuni kengroq yoritish uchun qarang Fotometriya (optik).
"Spektrograf" bu erga yo'naltiradi. Bu bilan aralashmaslik kerak Spektrogram.
Panjara spektrometrining sxemasi
Panjara spektrometrining ichki tuzilishi: Yorug'lik chap tomondan keladi va yuqori o'rta reflektor panjarada tarqaladi. Keyin yorug'likning to'lqin uzunligi yuqori o'ng burchakdagi yoriq bilan tanlanadi.

An optik spektrometr (spektrofotometr, spektrograf yoki spektroskop) ning xususiyatlarini o'lchash uchun ishlatiladigan asbobdir yorug'lik ning ma'lum bir qismi ustida elektromagnit spektr, odatda ishlatiladi spektroskopik tahlil materiallarni aniqlash.[1] O'lchanadigan o'zgaruvchi ko'pincha yorug'likdir intensivlik lekin, masalan, bo'lishi mumkin qutblanish davlat. Mustaqil o'zgaruvchi odatda to'lqin uzunligi yorug'lik yoki to'g'ridan-to'g'ri mutanosib birlik foton kabi energiya o'zaro santimetr yoki elektron volt, bu to'lqin uzunligiga o'zaro bog'liqdir.

A spektrometr ichida ishlatiladi spektroskopiya ishlab chiqarish uchun spektral chiziqlar va ularni o'lchash to'lqin uzunliklari va intensivlik. Spektrometrlar optik bo'lmagan to'lqin uzunliklarining keng diapazonida ham ishlashi mumkin gamma nurlari va X-nurlari ichiga uzoq infraqizil. Agar asbob spektrni o'lchash uchun mo'ljallangan bo'lsa mutlaq birliklar dan ko'ra nisbiy birliklar, keyin u odatda a deb nomlanadi spektrofotometr. Spektrofotometrlarning aksariyati ko'rinadigan spektrga yaqin spektral mintaqalarda qo'llaniladi.

Umuman olganda, har qanday maxsus asbob spektrning turli qismlarini o'lchash uchun ishlatiladigan turli xil texnikalar tufayli ushbu umumiy diapazonning kichik qismida ishlaydi. Optik chastotalar ostida (ya'ni, da mikroto'lqinli pech va radio chastotalar), spektr analizatori yaqindan bog'liq bo'lgan elektron qurilmadir.

Spektrometrlar ko'plab sohalarda qo'llaniladi. Masalan, ular astronomiyada astronomik ob'ektlarning nurlanishini tahlil qilish va kimyoviy tarkibini chiqarish uchun ishlatiladi. Spektrometr prizmani yoki panjaradan foydalanib, uzoqdagi narsadan nurni spektrga yoyadi. Bu astronomlarga ko'plab kimyoviy elementlarni xarakterli spektral barmoq izlari bilan aniqlashga imkon beradi. Agar ob'ekt o'z-o'zidan yonib tursa, u yonib turgan gazning o'zi tomonidan kelib chiqadigan spektral chiziqlarni ko'rsatadi. Ushbu chiziqlar ularni keltirib chiqaradigan elementlar, masalan, vodorod alfa, beta va gamma chiziqlari uchun nomlangan. Kimyoviy birikmalar singdirish orqali ham aniqlanishi mumkin. Odatda bu spektrning ma'lum joylarida qorong'u chiziqlar bo'lib, ular boshqa narsalardan yorug'lik gaz bulutidan o'tayotganda energiya yutishidan kelib chiqadi. Koinotning kimyoviy tarkibi haqidagi bilimlarimizning aksariyati spektrlardan olingan.

Spektroskoplar

Spektroskop
Spektrometr.jpg
Boshqa ismlarSpektrograf
Tegishli narsalarOmmaviy spektrograf
Turli xil difraksiyaga asoslangan spektrometrlarni taqqoslash: aks ettirish optikasi, refraktsion optikasi, tolali / integral optikasi[iqtibos kerak ]

Spektroskoplar ko'pincha ishlatiladi astronomiya va ba'zi filiallari kimyo. Dastlabki spektroskoplar oddiygina edi prizmalar yorug'likning to'lqin uzunligini belgilaydigan bitiruvlar bilan. Zamonaviy spektroskoplarda odatda a difraksion panjara, ko'char yoriq va qandaydir fotodetektor, barchasi avtomatlashtirilgan va a tomonidan boshqariladi kompyuter.

Jozef fon Fraunhofer prizma, difraksiya yorig'i va ni birlashtirib birinchi zamonaviy spektroskopni ishlab chiqdi teleskop spektral o'lchamlarini oshiradigan va boshqa laboratoriyalarda takrorlanadigan usulda. Shuningdek, Fraunhofer birinchi difraktsion spektroskopni ixtiro qildi.[2] Gustav Robert Kirchhoff va Robert Bunsen spektroskoplarning kimyoviy tahlilga qo'llanishini kashf etdi va kashf qilishda ushbu yondashuvdan foydalangan sezyum va rubidium.[3][4] Kirchhoff va Bunsen tahlillari kimyoviy izohlashni ham ta'minladi yulduz spektrlari, shu jumladan Fraunhofer chiziqlari.[5]

Materiallar qizdirilganda akkorlik u chiqaradi yorug'lik Bu materialning atomik tarkibiga xosdir.Partikulyar yorug'lik chastotalari shkalada barmoq izlari deb o'ylash mumkin bo'lgan keskin aniqlangan chiziqlarni keltirib chiqaradi. Masalan, element natriy 588.9950 va 589.5924 nanometrlarda natriy D-chiziqlar deb nomlanadigan juda xarakterli juft sariq chiziqqa ega, ularning rangi past bosimni ko'rganlarga tanish bo'ladi natriy bug 'chirog'i.

19-asrning boshlarida spektroskopning asl dizaynida yorug'lik yoriq va a ga kirdi kollimatsion ob'ektiv nurni parallel nurlarning ingichka nuriga aylantirdi. Keyin yorug'lik prizma orqali o'tdi (qo'l spektroskoplarida, odatda an Amici prizmasi ) bu singan nurlari spektrga aylandi, chunki har xil to'lqin uzunliklari tufayli har xil miqdordagi singan edi tarqalish. Keyinchalik, bu rasm spektral tasvirga o'tkazilib, uni to'g'ridan-to'g'ri o'lchashga imkon beradigan o'lchovli naycha orqali ko'rib chiqildi.

Ning rivojlanishi bilan fotografik film, aniqroq spektrograf yaratilgan. U spektroskop bilan bir xil printsipga asoslangan edi, lekin uning ko'rish naychasi o'rniga kamerasi bor edi. So'nggi yillarda atrofida qurilgan elektron sxemalar fotoko‘paytiruvchi kolba kamerani almashtirdi, bu esa real vaqtda spektrografik tahlilni ancha aniqroq qilish imkonini berdi. Fotosensorlarning massivlari spektrografik tizimlarda kino o'rnida ham ishlatiladi. Bunday spektral tahlil yoki spektroskopiya noma'lum materiallar tarkibini tahlil qilish va astronomik hodisalarni o'rganish va astronomik nazariyalarni sinash uchun muhim ilmiy vosita bo'ldi.

UV, ko'rinadigan va IQga yaqin spektral diapazonlarda zamonaviy spektrograflarda spektr, odatda, to'lqin uzunligining birligi (nm yoki mkm), to'lqinlar soni (mkm) ga foton soni ko'rinishida berilgan−1, sm−1), birliklari bilan ko'rsatilgan chastota (THz) yoki energiya (eV) abstsissa. O'rta va uzoq IQda spektrlar odatda bir birlik to'lqin uzunligi (mkm) yoki to'lqin (sm) uchun Vatt birliklarida ifodalanadi.−1). Ko'pgina hollarda, spektr chapda ko'rsatilgan birliklar bilan ko'rsatiladi (masalan, har bir spektral kanal uchun "raqamli hisoblar").

Odatda ko'rinadigan spektrometrlar uchun ishlatiladigan to'rtta absissa turlarini taqqoslash.
Odatda infraqizil spektrometrlar uchun ishlatiladigan to'rtta absissa turlarini taqqoslash.

Spektrograflar

Prizma asosida yaratilgan juda oddiy spektroskop
The KMOS spektrograf.[6]
Chexiya Respublikasining Ondeyov shahridagi Chexiya Astronomiya Institutidagi gorizontal Quyosh Spektrografi

Spektrograf - bu yorug'likni to'lqin uzunliklari bilan ajratib turadigan va shu ma'lumotlarni yozib oladigan asbob.[7] Spektrografda odatda yorug'lik spektrini aniqlaydigan va qayd etadigan ko'p kanalli detektor tizimi yoki kamerasi mavjud.[7][8]

Ushbu atama birinchi marta 1876 yilda ishlatilgan Doktor Genri Draper u ushbu qurilmaning eng qadimgi versiyasini ixtiro qilganida va u spektrning bir nechta fotosuratlarini olishda foydalangan Vega. Spektrografning ushbu dastlabki versiyasidan foydalanish noqulay va boshqarish qiyin bo'lgan.[9]

Deb nomlangan bir necha turdagi mashinalar mavjud spektrograflar, to'lqinlarning aniq tabiatiga qarab. Ishlatilgan birinchi spektrograflar fotografik qog'oz detektor sifatida. O'simlik pigmenti fitoxrom detektor sifatida tirik o'simliklardan foydalangan spektrograf yordamida topilgan. So'nggi spektrograflarda elektron detektorlardan foydalaniladi, masalan CCDlar ham ko'rinadigan, ham ishlatilishi mumkin UV nurlari yorug'lik. Detektorning aniq tanlovi yozib olinadigan yorug'likning to'lqin uzunliklariga bog'liq.

Ba'zida spektrograf deyiladi polikromator ga o'xshashlik sifatida monoxromator.

Yulduz va quyosh spektrograflari

Yulduz spektral tasnif va kashfiyoti asosiy ketma-ketlik, Xabbl qonuni va Hubble ketma-ketligi barchasi fotografik qog'ozdan foydalanilgan spektrograflar bilan qilingan. Kelgusi Jeyms Uebbning kosmik teleskopi ikkala infraqizil spektrografni o'z ichiga oladi (NIRSpec ) va o'rta infraqizil spektrograf (MIRI ).

Echelle spektrografi

An Echelle spektrografi ikkitadan foydalanadi difraksion panjaralar, bir-biriga nisbatan 90 daraja burilib, bir-biriga yaqin joylashtirilgan. Shuning uchun yoriq emas, balki kirish nuqtasi ishlatiladi va 2-darajali CCD-chip spektrni qayd qiladi. Odatda diagonali bo'yicha spektrni olishni taxmin qilish mumkin edi, lekin har ikkala panjara keng masofaga ega bo'lganda va bitta yonib ketdi Shunday qilib, faqat birinchi tartib ko'rinadi, ikkinchisi esa juda yuqori darajadagi buyurtmalar ko'rinadi, ulardan biri juda oddiy spektrni kichkina oddiy CCD-chipga yaxshi o'ralgan holda oladi. Kichik chip, shuningdek, kollimatsiya qiluvchi optikani koma yoki astigmatizm uchun optimallashtirish kerak emasligini anglatadi, ammo sferik aberatsiya nolga o'rnatilishi mumkin.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ Butler, L. R. P.; Laqua, K. (1995). "Nomenklatura, belgilar, birliklar va ularning spektrokimyoviy analizda ishlatilishi-IX. Optik nurlanishning spektral dispersiyasi va izolatsiyasi uchun asboblar (IUPAC tavsiyalari 1995)". Sof Appl. Kimyoviy. 67 (10): 1725–1744. doi:10.1351 / pac199567101725. S2CID  94991425. Spektrometr - bu bir yoki bir nechta spektral polosalarning intensivligini o'lchash uchun bir yoki bir nechta detektorlar bilan spektral apparatlar kombinatsiyasini tavsiflovchi umumiy atama.
  2. ^ Tovar, John C. D. (1995). Yorug'lik chiziqlari: dispersiv spektroskopiya manbalari, 1800-1930. Gordon va Breach Publishers. 37-42 betlar. ISBN  978-2884491624.
  3. ^ Haftalar, Meri Elvira (1932). "Elementlarning kashf etilishi. XIII. Ba'zi spektroskopik kashfiyotlar". Kimyoviy ta'lim jurnali. 9 (8): 1413–1434. Bibcode:1932JChEd ... 9.1413W. doi:10.1021 / ed009p1413.
  4. ^ "Robert Bunsen". infoplease. Pearson ta'limi. 2007. Olingan 2011-11-21.
  5. ^ Tovar 1995 yil, p. 63
  6. ^ "VLT-ning yangi kuchli vositasi Chiliga keldi". ESO to'g'risidagi e'lon. Olingan 11 oktyabr 2012.
  7. ^ a b Spektrometr, Spektroskop va Spektrograf Spektroskopiya bo'yicha dala qo'llanmasidan parcha
  8. ^ IUPAC, Kimyoviy terminologiya to'plami, 2-nashr. ("Oltin kitob") (1997). Onlayn tuzatilgan versiya: (2006–) "spektrograf ". doi:10.1351 / oltin kitob. S05836
  9. ^ Jorj Barker, Genri Draperning xotirasi, 1837-1882 (PDF), p. 103

Bibliografiya

Tashqi havolalar

Optik spektrometr da Curlie