Yon espektwomèt se yon enstriman syantifik, ki itilize pou analize spectre radyasyon elektwomayetik, li ka montre yon spectre radyasyon kòm yon espektwograf ki reprezante distribisyon entansite limyè ki gen rapò ak longèdonn (aks y se entansite a, aks x se longèdonn). / frekans limyè a).Limyè a diferan separe nan longèdonn konstitiyan li yo andedan espektwomèt la pa splitter gwo bout bwa, ki anjeneral prism refractive oswa griyaj difraksyon Fig. 1.
Fig. 1 Spectrum anpoul limyè ak limyè solèy la (agòch), prensip divize gwo bout bwa nan griyaj ak prism (adwat)
Spectrometers jwe yon wòl enpòtan nan mezire yon pakèt radyasyon optik, kit se dirèkteman egzamine spectre emisyon yon sous limyè oswa lè yo analize refleksyon, absòpsyon, transmisyon, oswa gaye limyè apre entèraksyon li ak yon materyèl.Apre entèraksyon an limyè ak matyè, spectre a fè eksperyans chanjman nan yon seri espèk sèten oswa yon longèdonn espesifik, ak pwopriyete yo nan sibstans la ka analize kalitatif oswa quantitatively dapre chanjman nan spectre, tankou analiz la byolojik ak chimik nan konpozisyon ak konsantrasyon san ak solisyon enkoni, ak analiz molekil la, estrikti atomik ak konpozisyon eleman materyèl Fig. 2.
Fig. 2 Spectre absòpsyon enfrawouj diferan kalite lwil
Orijinèlman envante pou etid fizik, astwonomi, chimi, espektwomèt la se kounye a youn nan enstriman ki pi enpòtan nan plizyè domèn tankou jeni chimik, analiz materyèl, syans astwonomik, dyagnostik medikal, ak bio-deteksyon.Nan 17yèm syèk la, Isaac Newton te kapab divize limyè a nan yon bann koulè kontinyèl lè li te pase yon gwo limyè blan nan yon prism epi li te itilize mo "Spectrum" pou premye fwa pou dekri rezilta sa a Fig. 3.
Fig. 3 Isaac Newton etidye spectre limyè solèy la avèk yon prism.
Nan kòmansman 19yèm syèk la, syantis Alman an Joseph von Fraunhofer (Franchofer), konbine avèk prism, fant difraksyon ak teleskòp, te fè yon espektwomèt ak gwo presizyon ak presizyon, ki te itilize pou analize spectre emisyon solè Fig 4. Li obsève la pou premye fwa ke spectre nan sèt-koulè solèy la se pa kontinyèl, men gen yon kantite liy nwa (plis pase 600 liy disrè) sou li, li konnen kòm pi popilè "Frankenhofer liy lan".Li te nonmen liy ki pi diferan nan A, B, C...H epi li te konte kèk 574 liy ant B ak H ki koresponn ak absòpsyon diferan eleman sou spectre solè Fig. 5. An menm tan an, Fraunhofer te tou. premye pou itilize yon griyaj diffraction pou jwenn spectre liy yo ak pou kalkile longèdonn liy espèk yo.
Fig. 4. Yon espektwomèt byen bonè, gade ak imen an
Fig. 5 liy Fraun Whaffe (liy nwa nan riban)
Fig. 6 Spectre solè, ak pòsyon konkav ki koresponn ak liy Fraun Wolfel la
Nan mitan 19yèm syèk la, fizisyen Alman Kirchhoff ak Bunsen, te travay ansanm nan University of Heidelberg, ak zouti flanm dife Bunsen ki fèk fèt (Bunsen brûler la) epi yo te fè premye analiz espektral la lè yo te note liy espèk espesifik diferan pwodwi chimik yo. (sèl) vide nan fig frans flanm dife Bunsen brûler.7. Yo reyalize egzamen an kalitatif nan eleman pa obsève spectre yo, ak nan 1860 pibliye dekouvèt la nan spectre yo nan uit eleman, ak detèmine egzistans lan nan eleman sa yo nan plizyè konpoze natirèl.Konklizyon yo te mennen nan kreyasyon yon branch enpòtan nan espektroskopi chimi analitik: analiz espektroskopik.
Fig.7 Reyaksyon flanm dife
Nan ane 20 yo nan 20yèm syèk la, fizisyen Endyen CV Raman te itilize yon espektwomèt pou dekouvri efè gaye inelastik limyè ak molekil nan solisyon òganik.Li te obsève ke limyè ensidan an gaye ak pi wo ak pi ba enèji apre yo fin kominike avèk limyè, ki pita yo rele Raman gaye fig 8. Chanjman nan enèji limyè karakterize mikwostrikti nan molekil, se konsa Raman espektroskopi gaye lajman ki itilize nan materyèl, medikaman, pwodui chimik. ak lòt endistri yo idantifye ak analize kalite molekilè ak estrikti sibstans yo.
Fig. 8 Enèji a chanje apre limyè a reyaji ak molekil yo
Nan 30s yo nan 20yèm syèk la, syantis Ameriken Dr. Beckman premye pwopoze pou mezire absòpsyon nan spectre iltravyolèt nan chak longèdonn separeman pou make spectre absòpsyon konplè a, kidonk revele kalite ak konsantrasyon pwodwi chimik yo nan solisyon an.Wout limyè absòpsyon transmisyon sa a konsiste de sous limyè, espektwomèt, ak echantiyon.Pi plis nan konpozisyon solisyon aktyèl la ak deteksyon konsantrasyon baze sou spectre absòpsyon transmisyon sa a.Isit la, sous limyè a divize sou echantiyon an epi yo analize prism la oswa griyaj la pou jwenn diferan longèdonn Fig. 9.
Fig.9 Prensip deteksyon absòpsyon -
Nan ane 40 yo nan 20yèm syèk la, yo te envante premye espektwomèt deteksyon dirèk la, epi pou premye fwa, tib fotomultiplikatè PMTs ak aparèy elektwonik ranplase obsèvasyon tradisyonèl je imen an oswa fim fotografi, ki te kapab dirèkteman li entansite espektral la kont longèdonn Fig. 10. Kidonk, espektwomèt la kòm yon enstriman syantifik te siyifikativman amelyore an tèm de fasilite nan itilizasyon, mezi quantitative, ak sansiblite sou peryòd tan an.
Fig. 10 Tib Photomultiplier
Nan mitan-a-fen 20tyèm syèk la, devlopman nan teknoloji espektwomèt te inséparabl nan devlopman nan materyèl semi-kondiktè optoelectronic ak aparèy.An 1969, Willard Boyle ak George Smith nan Bell Labs te envante CCD (Charge-Coupled Device), ki te amelyore epi devlope nan aplikasyon pou D pa Michael F. Tompsett nan ane 1970 yo.Willard Boyle (agòch), George Smith te genyen ki te genyen pri Nobèl pou envansyon yo nan CCD a (2009) yo montre Fig. 11. An 1980, Nobukazu Teranishi nan NEC nan Japon envante yon fotodyode fiks, ki amelyore anpil rapò bri imaj la ak rezolisyon.Apre sa, an 1995, Eric Fossum NASA a te envante Capteur imaj CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), ki konsome 100 fwa mwens pouvwa pase detèktè imaj CCD menm jan an e li gen yon pri pwodiksyon pi ba anpil.
Fig. 11 Willard Boyle (agòch), George Smith ak CCD yo (1974)
Nan fen 20yèm syèk la, amelyorasyon kontinyèl nan pwosesis semi-conducteur optoelectronic chip ak teknoloji fabrikasyon, espesyalman ak aplikasyon an nan CCD etalaj ak CMOS nan espektromèt Fig. 12, li vin posib jwenn yon seri konplè nan spectre anba yon sèl ekspoze.Apre yon tan, espektwomèt yo te jwenn anpil itilizasyon nan yon pakèt aplikasyon, ki gen ladan men pa limite a deteksyon / mezi koulè, analiz longèdonn lazè, ak spèktroskopi fliyoresans, klasman ki ap dirije, D ak ekipman deteksyon ekleraj, spèktroskopi fluoresans, spèktroskopi Raman, ak plis ankò. .
Fig. 12 Divès chips CCD
Nan 21yèm syèk la, konsepsyon ak teknoloji fabrikasyon divès kalite espektwomèt te piti piti matirite ak estabilize.Avèk demann k ap grandi pou espektwomèt atravè tout mache nan lavi, devlopman espektwomèt la te vin pi rapid ak endistri-espesifik.Anplis de endikatè konvansyonèl paramèt optik yo, diferan endistri yo gen egzijans Customized nan gwosè volim, fonksyon lojisyèl, koòdone kominikasyon, vitès repons, estabilite, e menm depans pou espektwomèt, ki fè devlopman espektwomèt la vin pi divèsifye.
Tan pòs: 28-Nov-2023