Спектрометр – электромагниттік сәулелену спектрін талдау үшін қолданылатын ғылыми аспап, ол сәулелену спектрін толқын ұзындығына қатысты жарық қарқындылығының таралуын көрсететін спектрограф ретінде көрсете алады (y осі – қарқындылық, x осі – толқын ұзындығы. /жарық жиілігі).Жарық спектрометрдің ішінде оның құрамдас толқын ұзындықтарына әдетте сыну призмалары немесе дифракциялық торлар болып табылатын сәуле бөлгіштері арқылы әр түрлі бөлінеді. 1-сурет.
1-сурет Электр шамы мен күн сәулесінің спектрі (сол жақта), тор мен призманың сәуленің бөліну принципі (оң жақта)
Спектрометрлер жарық көзінің сәулелену спектрін тікелей зерттеу арқылы немесе жарықтың материалмен әрекеттесуінен кейін шағылуын, жұтылуын, берілуін немесе шашырауын талдау арқылы оптикалық сәулеленудің кең ауқымын өлшеуде маңызды рөл атқарады.Жарық пен заттың өзара әрекеттесуінен кейін спектр белгілі бір спектрлік диапазондағы немесе белгілі бір толқын ұзындығының өзгеруін бастан кешіреді және заттың қасиеттері спектрдің өзгеруіне сәйкес сапалық немесе сандық талдауға болады, мысалы, биологиялық және химиялық талдау. қанның және белгісіз ерітінділердің құрамы мен концентрациясы және материалдардың молекуласын, атомдық құрылымын және элементтік құрамын талдау 2-сурет.
2-сурет Әр түрлі майлардың инфрақызыл жұтылу спектрлері
Алғашында физика, астрономия, химияны зерттеу үшін ойлап табылған спектрометр қазір химиялық инженерия, материалдарды талдау, астрономия ғылымы, медициналық диагностика және биосезімдеу сияқты көптеген салалардағы маңызды құралдардың бірі болып табылады.17 ғасырда Исаак Ньютон ақ жарық шоғын призма арқылы өткізу арқылы жарықты үздіксіз түсті жолаққа бөле алды және бұл нәтижелерді сипаттау үшін алғаш рет «Спектр» сөзін қолданды 3-сурет.
3-сурет Исаак Ньютон күн сәулесінің спектрін призма арқылы зерттейді.
19 ғасырдың басында неміс ғалымы Йозеф фон Фраунгофер (Франхофер) призмалармен, дифракциялық саңылаулармен және телескоптармен біріктіріліп, күн сәулесінің сәулелену спектрін талдау үшін пайдаланылған дәлдігі және дәлдігі жоғары спектрометр жасады. бірінші рет күннің жеті түсті спектрінің үздіксіз емес, оның үстінде бірнеше қара сызықтар (600-ден астам дискретті сызықтар) бар екенін атақты «Франкенгофер сызығы» деп атады.Ол осы сызықтардың ең айқынын A, B, C...H деп атады және ол B және H арасындағы 574 сызықты санады, бұл күн спектріндегі әртүрлі элементтердің жұтылуына сәйкес келеді 5-сурет. Сонымен бірге Фраунгофер сонымен қатар алдымен сызықтық спектрлерді алу және спектрлік сызықтардың толқын ұзындығын есептеу үшін дифракциялық торды қолдану керек.
4-сурет. Адаммен бірге қаралған ерте спектрометр
5-сурет Fraun Whaffe сызығы (таспадағы қара сызық)
6-сурет. Күн спектрі, ойыс бөлігі Фраун Вольфель сызығына сәйкес келеді.
19 ғасырдың ортасында неміс физиктері Кирхгоф пен Бунсен Гейдельберг университетінде және Бунсеннің жаңадан құрастырылған жалын құралымен (Бунсен оттығы) бірге жұмыс істеді және әртүрлі химиялық заттардың ерекше спектрлік сызықтарын белгілеу арқылы алғашқы спектрлік талдауды жүргізді. (тұздар) Бунсен оттығының жалынына себілген күріш.7. Олар спектрлерді бақылау арқылы элементтердің сапалық сараптамасын жүзеге асырды және 1860 жылы сегіз элементтің спектрлерінің ашылуын жариялады және бұл элементтердің бірнеше табиғи қосылыстарда бар екенін анықтады.Олардың нәтижелері спектроскопиялық аналитикалық химияның маңызды саласын құруға әкелді: спектроскопиялық талдау
7-сурет Жалын реакциясы
20 ғасырдың 20-жылдары үнді физигі С.В.Раман органикалық ерітінділердегі жарық пен молекулалардың серпімсіз шашырау әсерін анықтау үшін спектрометрді пайдаланды.Ол түскен жарықтың жарықпен әрекеттескенде жоғары және төмен энергиямен шашырайтынын байқады, ол кейінірек Раман шашырауы 8-сурет деп аталады. Жарық энергиясының өзгеруі молекулалардың микроқұрылымын сипаттайды, сондықтан Раман шашырау спектроскопиясы материалдарда, медицинада, химияда кеңінен қолданылады. және басқа салаларда заттардың молекулалық түрі мен құрылымын анықтау және талдау.
8-сурет Жарық молекулалармен әрекеттескенде энергия ығысады
20 ғасырдың 30-жылдарында американдық ғалым доктор Бекман алғаш рет толық сіңіру спектрін картаға түсіру үшін әрбір толқын ұзындығы бойынша ультракүлгін спектрлердің жұтылуын жеке өлшеуді ұсынды, осылайша ерітіндідегі химиялық заттардың түрі мен концентрациясын ашады.Жарықтың бұл жұтылу жолы жарық көзінен, спектрометрден және үлгіден тұрады.Ағымдағы ерітінді құрамы мен концентрациясын анықтаудың көпшілігі осы трансмиссиялық абсорбция спектріне негізделген.Мұнда жарық көзі үлгіге бөлінеді және әртүрлі толқын ұзындығын алу үшін призма немесе тор сканерленеді 9-сурет.
9-сурет Абсорбцияны анықтау принципі –
20-шы ғасырдың 40-жылдарында бірінші тікелей анықтау спектрометрі ойлап табылды, ал PMT фотокөбейткіш түтіктері мен электронды құрылғылар алғаш рет толқын ұзындығына қарсы спектрлік қарқындылықты тікелей оқи алатын дәстүрлі адам көзін бақылау немесе фотопленканы ауыстырды. 10. Осылайша, спектрометр ғылыми құрал ретінде пайдаланудың қарапайымдылығы, сандық өлшеу және уақыт аралығында сезімталдық тұрғысынан айтарлықтай жақсарды.
10-сурет Фотокөбейткіш түтік
20 ғасырдың ортасы мен аяғында спектрометрлік технологияның дамуы оптоэлектронды жартылай өткізгіш материалдар мен құрылғылардың дамуымен ажырағысыз болды.1969 жылы Виллард Бойл және Джордж Смит Белл зертханасының қызметкерлері CCD (зарядталатын құрылғы) ойлап тапты, содан кейін оны 1970-ші жылдары Майкл Ф. Томпсет жетілдіріп, бейнелеу қолданбаларына айналдырды.Виллард Бойл (сол жақта), 11-суретте көрсетілген CCD (2009) ойлап тапқаны үшін Нобель сыйлығын жеңіп алған Джордж Смит. 1980 жылы Жапониядағы NEC қызметкері Нобуказу Тераниши бекітілген фотодиодты ойлап тапты. рұқсат.Кейінірек, 1995 жылы NASA қызметкері Эрик Фоссум CMOS (қосымша металл оксиді жартылай өткізгіш) кескін сенсорын ойлап тапты, ол ұқсас CCD кескін сенсорларына қарағанда 100 есе аз қуат тұтынады және өндіріс құны әлдеқайда төмен.
11-сурет Уиллард Бойл (сол жақта), Джордж Смит және олардың CCD (1974)
20 ғасырдың аяғында жартылай өткізгішті оптоэлектрондық чиптерді өңдеу және өндіру технологиясының үздіксіз жетілдірілуі, әсіресе спектрометрлерде CCD және CMOS массивтерін 12-суретте қолдану арқылы бір экспозицияда спектрлердің толық спектрін алуға болады.Уақыт өте келе спектрометрлер түстерді анықтау/өлшеу, лазерлік толқын ұзындығын талдау және флуоресценция спектроскопиясы, жарықдиодты сұрыптау, бейнелеу және жарықтандыруды сезіну жабдықтары, флуоресценттік спектроскопия, Раман спектроскопиясы және т.б. қоса алғанда, бірақ олармен шектелмей, кең ауқымды қолданбаларда кеңінен қолданылды. .
12-сурет Әртүрлі CCD чиптері
21 ғасырда спектрометрлердің әртүрлі түрлерін жобалау және жасау технологиясы бірте-бірте жетіліп, тұрақтана бастады.Өмірдің барлық салаларында спектрометрлерге сұраныстың өсуімен спектрометрлердің дамуы тезірек және салаға тән болды.Кәдімгі оптикалық параметрлер индикаторларынан басқа, әртүрлі салаларда көлем өлшеміне, бағдарламалық қамтамасыз ету функцияларына, байланыс интерфейстеріне, жауап беру жылдамдығына, тұрақтылыққа және тіпті спектрометрлердің құнына қойылатын талаптар бар, бұл спектрометрдің дамуын әртараптандырды.
Жіберу уақыты: 28 қараша 2023 ж