Spektrometro estas scienca instrumento, uzata por analizi la spektron de elektromagnetaj radiadoj, ĝi povas montri spektron de radiadoj kiel spektrografo reprezentanta la distribuon de luma intenseco rilate al ondolongo (y-akso estas la intenseco, x-akso estas la ondolongo. /frekvenco de la lumo).La lumo estas malsama apartigita en la ondolongojn de sia konsisto ene de la spektrometro per radiodividiloj, kiuj estas kutime refraktaj prismoj aŭ difraktaj kradoj Fig. 1.
Fig. 1 Spektro de ampolo kaj sunlumo (maldekstre), trabdivida principo de krado kaj prismo (dekstre)
Spektrometroj ludas gravan rolon en mezurado de larĝa gamo de optika radiado, ĉu rekte ekzamenante la emisiospektron de lumfonto aŭ analizante la reflektadon, sorbadon, dissendon aŭ disvastigon de lumo sekvanta ĝian interagadon kun materialo.Post la interago de lumo kaj materio, la spektro spertas la ŝanĝon en certa spektra gamo aŭ specifa ondolongo, kaj la ecoj de la substanco povas esti kvalite aŭ kvante analizitaj laŭ la ŝanĝo en la spektro, kiel ekzemple la biologia kaj kemia analizo de la konsisto kaj koncentriĝo de sango kaj nekonataj solvaĵoj, kaj la analizo de la molekulo, atoma strukturo kaj elementa konsisto de materialoj Fig. 2.
Fig. 2 Infraruĝaj absorbaj spektroj de malsamaj specoj de oleoj
Origine inventita por la studo de fiziko, astronomio, kemio, la spektrometro nun estas unu el la plej gravaj instrumentoj en multaj kampoj kiel kemia inĝenierado, materiala analizo, astronomia scienco, medicina diagnozo kaj biosensado.En la 17-a jarcento, Isaac Newton kapabla disigi la lumon en kontinuan koloran bandon pasante trabon de blanka lumo tra prismo kaj uzis vorton "Spektro" por la unua fojo por priskribi ĉi tiujn rezultojn Fig. 3.
Fig. 3 Isaac Newton studas la sunluman spektron per prismo.
Komence de la 19-a jarcento, la germana sciencisto Joseph von Fraunhofer (Franchofer), kombinita kun prismoj, difraktaj fendoj kaj teleskopoj, faris spektrometron kun alta precizeco kaj precizeco, kiu estis uzata por analizi la spektron de sunaj emisioj Fig. 4. Li observis por la unua fojo ke spektro de la sep-kolora de la suno ne estas kontinua, sed havas kelkajn malhelajn liniojn (pli ol 600 diskretajn liniojn) sur ĝi, konata kiel la fama "Frankenhofer-linio".Li nomis la plej klaran el ĉi tiuj linioj A, B, C...H kaj li nombris proksimume 574 liniojn inter B kaj H kiu respondas al la sorbado de malsamaj elementoj sur la suna spektro Fig. 5. Samtempe, Fraunhofer ankaŭ estis la unue uzi difraktan kradon por akiri liniospektrojn kaj por kalkuli la ondolongon de la spektraj linioj.
Fig. 4. Frua spektrometro, rigardita kun la homo
Fig. 5 Fraun Whaffe-linio (malhela linio en rubando)
Fig. 6 Suna spektro, kun la konkava parto egalrilatanta al la linio Fraun Wolfel
En la mezo de la 19-a jarcento, La germanaj fizikistoj Kirchhoff kaj Bunsen, laboris kune ĉe la Universitato de Hajdelbergo, kaj kun la lastatempe dizajnita flamilo de Bunsen (la Bunsen-brulilo) kaj elfaris la unuan spektran analizon notante la specifajn spektrajn liniojn de malsamaj kemiaĵoj. (saloj) aspergita en Bunsen-brulilon flamo fig.7. Ili realigis la kvalitan ekzamenon de elementoj per observado de la spektroj, kaj en 1860 publikigis la malkovron de la spektroj de ok elementoj, kaj determinis la ekziston de tiuj elementoj en pluraj naturaj kunmetaĵoj.Iliaj trovoj kaŭzis kreadon de grava branĉo de spektroskopia analiza kemio: spektroskopa analizo
Fig.7 Flama reago
En la 20-aj jaroj de la 20-a jarcento, hinda fizikisto CV Raman uzis spektrometron por malkovri la malelastan disvastigefikon de lumo kaj molekuloj en organikaj solvaĵoj.Li observis, ke la incidenta lumo disiĝis per pli kaj pli malalta energio post interagado kun lumo, kio poste nomiĝas Raman disvastigo fig 8. La ŝanĝo de lumenergio karakterizas la mikrostrukturon de molekuloj, do Raman disvastigspektroskopio estas vaste uzata en materialoj, medicino, kemia. kaj aliaj industrioj por identigi kaj analizi la molekulan tipon kaj strukturon de substancoj.
Fig. 8 La energio ŝanĝiĝas post kiam lumo interagas kun la molekuloj
En la 30-aj jaroj de la 20-a jarcento, la usona sciencisto D-ro Beckman unue proponis mezuri la sorbadon de ultraviolaj spektroj ĉe ĉiu ondolongo aparte por mapi la kompletan sorban spektron, tiel malkaŝante la tipon kaj koncentriĝon de kemiaĵoj en solvaĵo.Ĉi tiu dissenda sorba lumvojo konsistas el la lumfonto, spektrometro kaj specimeno.La plej granda parto de la nuna solvkonsisto kaj koncentriĝdetekto baziĝas sur tiu dissenda sorba spektro.Ĉi tie, la lumfonto estas dividita sur la specimeno kaj la prismo aŭ krado estas skanita por akiri malsamajn ondolongojn Fig. 9.
Fig.9 Absorbanca Detekta Principo -
En la 40-aj jaroj de la 20-a jarcento, la unua rekta detekta spektrometro estis inventita, kaj por la unua fojo, fotomultiplikaj tuboj PMToj kaj elektronikaj aparatoj anstataŭigis la tradician homan okulan observadon aŭ fotografian filmon, kiu povis rekte laŭtlegi la spektran intensecon kontraŭ ondolongo Fig. 10. Tiel, la spektrometro kiel scienca instrumento estis signife plibonigita laŭ facileco de uzo, kvanta mezurado kaj sentemo dum la tempodaŭro.
Fig. 10 Tubo de fotomultiplicador
En la mez-al-malfrua 20-a jarcento, la evoluo de spektrometroteknologio estis neapartigebla de la evoluo de optoelektronikaj semikonduktaĵoj kaj aparatoj.En 1969, Willard Boyle kaj George Smith de Bell Labs inventis CCD (Charge-Coupled Device), kiu tiam estis plibonigita kaj evoluigita en bildigajn aplikojn fare de Michael F. Tompsett en la 1970-aj jaroj.Willard Boyle (maldekstre), George Smith gajnis kiu gajnis la Nobel-premion pro sia invento de la CCD (2009) montrita Fig. 11. En 1980, Nobukazu Teranishi de NEC en Japanio inventis fiksan fotodiodon, kiu multe plibonigis la bildbruoproporcion kaj rezolucio.Poste, en 1995, Eric Fossum de NASA inventis la bildsensilon CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), kiu konsumas 100 fojojn malpli da potenco ol similaj CCD-bildsensiloj kaj havas multe pli malaltan produktokoston.
Fig. 11 Willard Boyle (maldekstre), George Smith kaj ilia CCD (1974)
Fine de la 20-a jarcento, la daŭra plibonigo de semikonduktaĵo optoelektronika blato prilaborado kaj fabrikado teknologio, precipe kun la apliko de tabelo CCD kaj CMOS en spektrometroj Fig. 12, ĝi iĝas eble akiri plenan gamon de spektroj sub ununura ekspozicio.Kun la tempo, spektrometroj trovis ampleksan uzon en larĝa gamo de aplikoj, inkluzive de sed ne limigitaj al kolordetekto/mezurado, lasera ondolonga analizo, kaj fluoreskeca spektroskopio, LED-ordigo, bildigo kaj lumigado-sensa ekipaĵo, fluoreskeca spektroskopio, Raman-spektroskopio, kaj pli. .
Fig. 12 Diversaj CCD-fritoj
En la 21-a jarcento, la dezajno kaj fabrikado teknologio de diversaj specoj de spektrometroj iom post iom maturiĝis kaj stabiliĝis.Kun la kreskanta postulo je spektrometroj en ĉiuj medioj de vivo, la evoluo de spektrometroj fariĝis pli rapida kaj industriospecifa.Aldone al la konvenciaj optikaj parametraj indikiloj, malsamaj industrioj personecigis postulon de volumenograndeco, softvaraj funkcioj, komunikaj interfacoj, respondrapideco, stabileco, kaj eĉ kostoj de spektrometroj, igante la disvolviĝon de spektrometroj pli diversigita.
Afiŝtempo: Nov-28-2023