Is e ionnstramaid saidheansail a th’ ann an spectrometer, air a chleachdadh gus speactram rèididheachd electromagnetic a sgrùdadh, is urrainn dha speactram de rèididheachdan a thaisbeanadh mar spectrograph a’ riochdachadh cuairteachadh dian solais a thaobh tonn-tonn (is e y-axis an dian, is e x-axis an tonn-tonn / tricead an t-solais).Tha an solas eadar-dhealaichte air a sgaradh a-steach do thonn-tonn an neach-taghaidh aige taobh a-staigh an spectrometer le splitters beam, a tha mar as trice nam priosan refractive no gràinean sgaraidh Fig. 1.
Fig. 1 Spectrum bulb solais agus solas na grèine (clì), prionnsapal sgoltadh beam airson grating agus priosam (deas)
Tha àite cudromach aig speactrometers ann a bhith a’ tomhas raon farsaing de rèididheachd optigeach, ge bith an ann le bhith a’ sgrùdadh speactram sgaoilidhean stòr solais gu dìreach no le bhith a’ dèanamh anailis air meòrachadh, gabhail a-steach, sgaoileadh no sgapadh solais às deidh an eadar-obrachadh le stuth.Às deidh an eadar-obrachadh solais is cuspair, bidh an speactram a’ faighinn eòlas air an atharrachadh ann an raon speactram sònraichte no tonn-tonn sònraichte, agus faodar feartan an stuth a sgrùdadh gu càileachdail no gu cainneachdail a rèir an atharrachaidh san speactram, leithid mion-sgrùdadh bith-eòlasach agus ceimigeach de co-dhèanamh agus dùmhlachd fala agus fuasglaidhean neo-aithnichte, agus mion-sgrùdadh air a’ mholacile, structar atamach agus co-dhèanamh eileamaideach stuthan Fig. 2.
Fig. 2 Speactra in-ghabhail fo-dhearg de dhiofar sheòrsaichean ola
Air a chruthachadh an toiseach airson sgrùdadh fiosaigs, reul-eòlas, ceimigeachd, tha an speactrometer a-nis mar aon de na h-ionnstramaidean as cudromaiche ann an iomadh raon leithid innleadaireachd cheimigeach, mion-sgrùdadh stuthan, saidheans speurail, breithneachadh meidigeach, agus bith-mhothachadh.Anns an t-17mh linn, b’ urrainn do Isaac Newton an solas a sgoltadh gu còmhlan dathte leantainneach le bhith a’ dol seachad air beam de sholas geal tro phriosma agus chleachd e am facal “Spectrum” airson a’ chiad uair airson cunntas a thoirt air na toraidhean seo Fig. 3.
Fig. 3 Bidh Isaac Newton a' sgrùdadh speactram solais na grèine le priosan.
Aig toiseach an 19mh linn, rinn an neach-saidheans Gearmailteach Joseph von Fraunhofer (Franchofer), còmhla ri priosan, sliotan sgaoilidh agus teileasgopan, speactrometer le fìor chruinneas agus mionaideachd, a chaidh a chleachdadh gus sgrùdadh a dhèanamh air speactram sgaoilidhean grèine Fig 4. air fhaicinn airson a’ chiad uair nach eil speactram de sheachd dath na grèine leantainneach, ach tha grunn loidhnichean dorcha (còrr air 600 loidhne air leth) air, ris an canar an loidhne ainmeil “Frankenhofer”.Dh'ainmich e an tè as sònraichte de na loidhnichean sin A, B, C…H agus chunnt e mu 574 loidhnichean eadar B agus H a tha a' freagairt ri gabhail a-steach diofar eileamaidean air speactram na grèine Fig. 5. Aig an aon àm, bha Fraunhofer cuideachd na an toiseach a bhith a’ cleachdadh gràtadh sgaraidh gus speactram loidhne fhaighinn agus gus tonn-tonn nan loidhnichean speactram obrachadh a-mach.
Fig. 4. Speactrometer tràth, air fhaicinn leis an duine
Fig. 5 Loidhne Fraun Whaffe (loidhne dhorch ann an rioban)
Fig. 6 Speactram grèine, leis a' chuibhreann cuasach a fhreagras air loidhne Fraun Wolfel
Ann am meadhan an 19mh linn, bha na fiosaichean Gearmailteach Kirchhoff agus Bunsen, ag obair còmhla aig Oilthigh Heidelberg, agus leis an inneal lasrach a chaidh a dhealbhadh às ùr aig Bunsen (an losgaidh Bunsen) agus rinn iad a’ chiad sgrùdadh speactram le bhith a’ toirt fa-near loidhnichean speactram sònraichte diofar cheimigean. (salainn) air a dhòrtadh a-steach do lasair losgaidh Bunsen fige.7. Thuig iad sgrùdadh càileachdail air eileamaidean le bhith a' coimhead air an speactram, agus ann an 1860 dh'fhoillsich iad lorg ochd eileamaidean speactra, agus cho-dhùin iad gu robh na h-eileamaidean sin ann an grunn stuthan nàdarra.Mar thoradh air na co-dhùnaidhean aca chaidh meur cudromach de cheimigeachd anailis speactroscopach a chruthachadh: mion-sgrùdadh speactroscopach
Fig.7 Ath-bhualadh lasair
Anns na 20n den 20mh linn, chleachd am fiosaig Innseanach CV Raman spectrometer gus faighinn a-mach buaidh sgapaidh neo-sheasmhach solais agus moileciuilean ann am fuasglaidhean organach.Thug e fa-near gu robh an solas tachartais air a sgapadh le lùth nas àirde agus nas ìsle an dèidh eadar-obrachadh le solas, ris an canar an dèidh sin Raman scattering fig 8. Tha atharrachadh lùth solais a 'comharrachadh microstructure moileciuil, agus mar sin tha speactroscopaidh sgapadh Raman air a chleachdadh gu farsaing ann an stuthan, leigheas, ceimigeach. agus gnìomhachasan eile gus an seòrsa moileciuil agus structar stuthan a chomharrachadh agus a sgrùdadh.
Fig. 8 Bidh an lùth a' gluasad às dèidh do sholas eadar-obrachadh leis na moileciuilean
Anns na 30an den 20mh linn, mhol an neach-saidheans Ameireaganach an Dotair Beckman an-toiseach tomhas a dhèanamh air gabhail a-steach speactram ultraviolet aig gach tonn-tonn air leth gus an speactram làn sùghaidh a mhapadh, agus mar sin a’ nochdadh an seòrsa agus dùmhlachd de cheimigean ann am fuasgladh.Tha an t-slighe solais tar-chuir seo a’ toirt a-steach an stòr solais, spectrometer, agus sampall.Tha a’ mhòr-chuid den cho-dhèanamh fuasglaidh gnàthach agus lorg dùmhlachd stèidhichte air an speactram in-ghabhail tar-chuir seo.An seo, tha an stòr solais air a roinn air an t-sampall agus tha am priosam no grating air a sganadh gus tonnan eadar-dhealaichte fhaighinn Fig. 9.
Fig.9 Prionnsabal Lorg Absorbance -
Anns na 40an den 20mh linn, chaidh a’ chiad speactrometer lorg dìreach a chruthachadh, agus airson a’ chiad uair, chaidh pìoban photomultiplier PMTs agus innealan dealanach a chuir an àite an sealladh traidiseanta daonna sùla no film dhealbhan, a dh ’fhaodadh a bhith a’ leughadh a-mach gu dìreach an dian speactram an aghaidh tonn-tonn Fig. 10. Mar sin, tha an spectrometer mar inneal saidheansail air a leasachadh gu mòr a thaobh furasta a chleachdadh, tomhas cainneachdail, agus cugallachd thar ùine.
Fig. 10 Photomultiplier tube
Ann am meadhan gu deireadh an 20mh linn, bha leasachadh teicneòlas spectrometer do-sgaraichte bho leasachadh stuthan agus innealan semiconductor optoelectronic.Ann an 1969, dh'innlich Willard Boyle agus Seòras Mac a' Ghobhainn bho Bell Labs CCD (Inneal Coupled Charge), a chaidh an uairsin a leasachadh agus a leasachadh gu bhith na chleachdadh ìomhaighean le Michael F. Tompsett anns na 1970n.Willard Boyle (clì), bhuannaich Seòras Mac a' Ghobhainn a choisinn an Duais Nobel airson an innleachd aca air an CCD (2009) a chithear Fig. 11. Ann an 1980, chruthaich Nobukazu Teranishi à NEC ann an Iapan photodiode stèidhichte, a leasaich gu mòr an co-mheas fuaim ìomhaigh agus rùn.Nas fhaide air adhart, ann an 1995, chruthaich Eric Fossum bho NASA an sensor ìomhaigh CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), a bhios ag ithe 100 uair nas lugha de chumhachd na mothachairean ìomhaigh CCD coltach ris agus aig a bheil cosgais cinneasachaidh mòran nas ìsle.
Fig. 11 Willard Boyle (clì), Seòras Mac a' Ghobhainn agus an CCD (1974)
Aig deireadh an 20mh linn, le leasachadh leantainneach air teicneòlas giollachd agus saothrachadh chip semiconductor optoelectronic, gu h-àraidh le bhith a’ cleachdadh array CCD agus CMOS ann an spectrometers Fig. 12, bidh e comasach raon iomlan de speactram fhaighinn fo aon fhoillseachadh.Thar ùine, tha speactrometers air cleachdadh farsaing a lorg ann an raon farsaing de thagraidhean, a’ gabhail a-steach ach gun a bhith cuibhrichte ri lorg / tomhas dath, mion-sgrùdadh tonn-tonn leusair, agus speactroscopaidh flùraiseach, seòrsachadh LED, uidheamachd mothachaidh ìomhaighean is solais, speactroscopaidh fluorescence, speactroscopaidh Raman, agus barrachd. .
Fig. 12 Diofar chips CCD
Anns an 21mh linn, tha dealbhadh agus teicneòlas saothrachaidh diofar sheòrsaichean spectrometers air a thighinn gu ìre mean air mhean agus air a dhèanamh seasmhach.Leis an iarrtas a tha a’ sìor fhàs airson spectrometers thar gach raon de bheatha, tha leasachadh spectrometers air fàs nas luaithe agus nas sònraichte don ghnìomhachas.A bharrachd air na comharran paramadair optigeach àbhaisteach, tha diofar ghnìomhachasan air riatanasan gnàthaichte a thaobh meud meud, gnìomhan bathar-bog, eadar-aghaidh conaltraidh, astar freagairt, seasmhachd, agus eadhon cosgaisean speactrometers, a’ dèanamh leasachadh speactrometer gu bhith nas eugsamhail.
Ùine puist: Samhain-28-2023