Sspectrometer ni chombo cha kisayansi, kinachotumiwa kuchanganua wigo wa mionzi ya sumakuumeme, inaweza kuonyesha wigo wa mionzi kama spectrografu inayowakilisha usambazaji wa mwangaza wa mwanga kuhusiana na urefu wa mawimbi (y-mhimili ni ukubwa, mhimili wa x ni urefu wa wimbi). / frequency ya mwanga).Mwangaza ni tofauti ukitenganishwa katika urefu wa mawimbi ya sehemu yake ndani ya spectrometa kwa vipasua vya boriti, ambavyo kwa kawaida ni viunga vya kuakisi au vipandio vya kutofautisha Kielelezo 1.
Mtini. 1 Wigo wa balbu na mwanga wa jua (kushoto), kanuni ya mgawanyiko wa boriti ya grating na prism (kulia)
Vipimo vya kuona vina jukumu muhimu katika kupima anuwai pana ya mionzi ya macho, iwe kwa kukagua moja kwa moja wigo wa utoaji wa chanzo cha mwanga au kwa kuchanganua kuakisi, kunyonya, upitishaji, au kutawanya kwa mwanga kufuatia mwingiliano wake na nyenzo.Baada ya mwingiliano wa nuru na maada, wigo hupitia mabadiliko katika safu fulani ya spectral au urefu mahususi wa mawimbi, na sifa za dutu hii zinaweza kuchanganuliwa kimaelezo au kimaadili kulingana na mabadiliko ya wigo, kama vile uchambuzi wa kibayolojia na kemikali wa utungaji na mkusanyiko wa damu na ufumbuzi usiojulikana, na uchambuzi wa molekuli, muundo wa atomiki na utungaji wa vipengele vya nyenzo Kielelezo 2.
Mtini. 2 Mtazamo wa kunyonya wa infrared wa aina tofauti za mafuta
Hapo awali ilivumbuliwa kwa ajili ya utafiti wa fizikia, unajimu, kemia, spectrometer sasa ni mojawapo ya zana muhimu katika nyanja nyingi kama vile uhandisi wa kemikali, uchanganuzi wa nyenzo, sayansi ya unajimu, uchunguzi wa matibabu, na utambuzi wa kibaolojia.Katika karne ya 17, Isaac Newton aliweza kugawanya nuru kuwa bendi ya rangi inayoendelea kwa kupitisha miale ya mwanga mweupe kupitia prism na kutumia neno "Spectrum" kwa mara ya kwanza kuelezea matokeo haya Mtini. 3.
Mtini. 3 Isaac Newton anasoma wigo wa mwanga wa jua kwa prism.
Mwanzoni mwa karne ya 19, mwanasayansi wa Ujerumani Joseph von Fraunhofer (Franchofer), pamoja na prisms, slits diffraction na darubini, alifanya spectrometer kwa usahihi wa juu na usahihi, ambayo ilitumika kuchambua wigo wa uzalishaji wa jua Mchoro 4. Yeye. ilizingatiwa kwa mara ya kwanza kwamba wigo wa rangi saba za jua hauendelei, lakini ina idadi ya mistari meusi (zaidi ya mistari 600 tofauti) juu yake, inajulikana kama "laini ya Frankenhofer".Alitaja mistari iliyo tofauti zaidi kati ya hizi A, B, C…H na alihesabu baadhi ya mistari 574 kati ya B na H ambayo inalingana na ufyonzwaji wa elementi mbalimbali kwenye wigo wa jua Kielelezo 5. Wakati huo huo, Fraunhofer pia alikuwa kwanza kutumia wavu wa diffraction ili kupata spectra ya mstari na kukokotoa urefu wa wimbi la mistari ya spectral.
Kielelezo 4. Mtazamo wa mapema, unaotazamwa na mwanadamu
Mtini. 5 Laini ya Fraun Whaffe (mstari mweusi kwenye utepe)
Mtini. 6 Wigo wa jua, na sehemu ya concave inayolingana na mstari wa Fraun Wolfel
Katikati ya karne ya 19, Wanafizikia wa Ujerumani Kirchhoff na Bunsen, walifanya kazi pamoja katika Chuo Kikuu cha Heidelberg, na chombo kipya cha moto cha Bunsen (bunsen burner) na kufanya uchambuzi wa kwanza wa spectral kwa kutambua mistari maalum ya spectral ya kemikali tofauti. (chumvi) iliyonyunyiziwa kwenye mtini wa kichoma cha Bunsen.7. Walitambua uchunguzi wa ubora wa vipengele kwa kuchunguza spectra, na mwaka wa 1860 walichapisha ugunduzi wa spectra ya vipengele nane, na kuamua kuwepo kwa vipengele hivi katika kiwanja kadhaa cha asili.Matokeo yao yalisababisha kuundwa kwa tawi muhimu la kemia ya uchanganuzi wa spectroscopy: uchambuzi wa spectroscopic.
Mtini.7 Mwitikio wa moto
Katika miaka ya 20 ya karne ya 20, mwanafizikia wa Kihindi CV Raman alitumia spectrometer kugundua athari ya kutawanya inelastic ya mwanga na molekuli katika miyeyusho ya kikaboni.Aliona kuwa mwanga wa tukio uliotawanyika na nishati ya juu na ya chini baada ya kuingiliana na mwanga, ambayo baadaye inaitwa Raman kutawanya mtini 8. Mabadiliko ya nishati ya mwanga ni sifa ya muundo mdogo wa molekuli, hivyo spectroscopy ya kutawanya ya Raman hutumiwa sana katika vifaa, dawa, kemikali. na viwanda vingine vya kutambua na kuchambua aina ya molekuli na muundo wa dutu.
Mtini. 8 Nishati hubadilika baada ya mwanga kuingiliana na molekuli
Katika miaka ya 30 ya karne ya 20, mwanasayansi wa Marekani Dk. Beckman alipendekeza kwanza kupima ufyonzwaji wa mionzi ya urujuanimno katika kila urefu wa mawimbi kando ili kuweka ramani ya wigo kamili wa kunyonya, na hivyo kufichua aina na mkusanyiko wa kemikali katika mmumunyo.Njia hii ya mwanga wa kunyonya upokezi ina chanzo cha mwanga, spectrometer na sampuli.Muundo mwingi wa sasa wa suluhisho na utambuzi wa ukolezi unatokana na wigo huu wa unyonyaji wa upitishaji.Hapa, chanzo cha mwanga kinagawanywa kwenye sampuli na prism au grating huchanganuliwa ili kupata urefu tofauti wa mawimbi Kielelezo 9.
Mtini.9 Kanuni ya Kugundua Ukosefu -
Katika miaka ya 40 ya karne ya 20, spectrometa ya kwanza ya kugundua moja kwa moja ilivumbuliwa, na kwa mara ya kwanza, mirija ya photomultiplier PMTs na vifaa vya elektroniki vilibadilisha uchunguzi wa jadi wa macho ya binadamu au filamu ya picha, ambayo inaweza kusoma moja kwa moja ukubwa wa spectral dhidi ya urefu wa mawimbi. 10. Kwa hivyo, spectrometer kama chombo cha kisayansi imeboreshwa kwa kiasi kikubwa katika suala la urahisi wa matumizi, kipimo cha kiasi, na unyeti katika kipindi cha muda.
Mtini. 10 Tube ya photomultiplier
Katikati ya mwishoni mwa karne ya 20, maendeleo ya teknolojia ya spectrometer haikuweza kutenganishwa na maendeleo ya vifaa na vifaa vya semiconductor ya optoelectronic.Mnamo 1969, Willard Boyle na George Smith wa Bell Labs walivumbua CCD (Charge-Coupled Device), ambayo iliboreshwa na kuendelezwa kuwa matumizi ya picha na Michael F. Topsett katika miaka ya 1970.Willard Boyle (kushoto), George Smith alishinda ambaye alishinda Tuzo ya Nobel kwa uvumbuzi wao wa CCD (2009) iliyoonyeshwa Mchoro 11. Mnamo mwaka wa 1980, Nobukazu Teranishi wa NEC nchini Japani aligundua photodiode ya kudumu, ambayo iliboresha sana uwiano wa kelele ya picha na azimio.Baadaye, mwaka wa 1995, Eric Fossum wa NASA alivumbua sensor ya picha ya CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), ambayo hutumia nguvu mara 100 chini ya vihisi sawa vya picha za CCD na ina gharama ya chini sana ya uzalishaji.
Kielelezo 11 Willard Boyle (kushoto), George Smith na CCD wao (1974)
Mwishoni mwa karne ya 20, uboreshaji unaoendelea wa usindikaji wa semiconductor optoelectronic chip na teknolojia ya utengenezaji, hasa kwa matumizi ya safu ya CCD na CMOS katika spectrometers Mchoro 12, inakuwa inawezekana kupata upeo kamili wa spectra chini ya mfiduo mmoja.Baada ya muda, spectromita zimepata matumizi makubwa katika aina mbalimbali za matumizi, ikiwa ni pamoja na lakini si tu katika kutambua/kupima rangi, uchanganuzi wa urefu wa mawimbi ya leza, na utazamaji wa umeme, upangaji wa LED, vifaa vya kuhisi picha na mwanga, spektari ya fluorescence, spectroscopy ya Raman na zaidi. .
Mchoro 12 Chips mbalimbali za CCD
Katika karne ya 21, teknolojia ya kubuni na utengenezaji wa aina mbalimbali za spectrometers imeongezeka hatua kwa hatua na imetulia.Kwa kuongezeka kwa mahitaji ya spectrometers katika nyanja zote za maisha, ukuzaji wa spectrometers umekuwa wa haraka zaidi na mahususi wa tasnia.Mbali na viashiria vya kawaida vya vigezo vya macho, tasnia tofauti zimebinafsisha mahitaji ya saizi ya kiasi, kazi za programu, miingiliano ya mawasiliano, kasi ya majibu, utulivu, na hata gharama za spectrometers, na kufanya maendeleo ya spectrometer kuwa tofauti zaidi.
Muda wa kutuma: Nov-28-2023