Ang spectrometer usa ka siyentipikong instrumento, nga gigamit sa pag-analisar sa spectrum sa electromagnetic radiations, kini makapakita sa spectrum sa radiations isip spectrograph nga nagrepresentar sa pag-apod-apod sa light intensity nga may kalabotan sa wavelength (y-axis ang intensity, x-axis ang wavelength / frequency sa kahayag).Ang kahayag lahi nga gibulag ngadto sa iyang constituent's wavelengths sulod sa spectrometer pinaagi sa beam splitters, nga kasagaran mga refractive prisms o diffraction gratings Fig. 1.
Fig. 1 Spectrum sa bombilya ug kahayag sa adlaw (wala), prinsipyo sa beam splitting sa grating ug prism (tuo)
Ang mga spectrometer adunay importante nga papel sa pagsukod sa usa ka halapad nga matang sa optical radiation, bisan pinaagi sa direkta nga pagsusi sa emission spectrum sa usa ka tinubdan sa kahayag o pinaagi sa pag-analisar sa pagpamalandong, pagsuyup, transmission, o pagsabwag sa kahayag human sa interaksyon niini sa usa ka materyal.Pagkahuman sa interaksyon sa kahayag ug butang, ang spectrum makasinati sa pagbag-o sa usa ka spectral range o usa ka piho nga wavelength, ug ang mga kabtangan sa substansiya mahimo nga qualitatively o quantitatively analisa sumala sa pagbag-o sa spectrum, sama sa biolohikal ug kemikal nga pagtuki sa ang komposisyon ug konsentrasyon sa dugo ug wala mailhi nga mga solusyon, ug ang pagtuki sa molekula, atomic nga istruktura ug elemento nga komposisyon sa mga materyales Fig. 2.
Fig. 2 Infrared pagsuyup spectra sa lain-laing mga matang sa mga lana
Sa sinugdan giimbento alang sa pagtuon sa pisika, astronomiya, kemistriya, ang spectrometer usa na karon sa labing importanteng instrumento sa daghang natad sama sa chemical engineering, materials analysis, astronomical science, medical diagnostics, ug bio-sensing.Sa ika-17 nga siglo, si Isaac Newton nakahimo sa pagbahin sa kahayag ngadto sa padayon nga kolor nga banda pinaagi sa pagpasa sa usa ka sinag sa puti nga kahayag pinaagi sa usa ka prisma ug gigamit ang pulong nga "Spectrum" sa unang higayon sa paghulagway niini nga mga resulta Fig. 3.
Fig. 3 Isaac Newton nagtuon sa kahayag sa adlaw spectrum sa usa ka prisma.
Sa sinugdanan sa ika-19 nga siglo, ang German nga siyentipiko nga si Joseph von Fraunhofer (Franchofer), inubanan sa mga prisms, diffraction slits ug teleskopyo, naghimo sa usa ka spectrometer nga adunay taas nga katukma ug katukma, nga gigamit sa pag-analisar sa spectrum sa solar emissions Fig 4. Siya naobserbahan sa unang higayon nga ang spectrum sa pito ka kolor sa adlaw dili mapadayonon, apan adunay ubay-ubay nga mangitngit nga mga linya (labaw sa 600 ka discrete nga mga linya) niini, nailhan nga sikat nga "Frankenhofer line".Ginganlan niya ang labing lahi niini nga mga linya nga A, B, C…H ug iyang giihap ang mga 574 ka linya tali sa B ug H nga katumbas sa pagsuyup sa lainlaing mga elemento sa solar spectrum Fig. 5. Sa samang higayon, si Fraunhofer mao usab ang una sa paggamit sa usa ka diffraction grating sa pagkuha sa linya spectra ug sa pagkalkulo sa wavelength sa mga spectral linya.
Fig. 4. Usa ka sayo nga spectrometer, gitan-aw uban sa tawo
Fig. 5 Fraun Whaffe line (itom nga linya sa ribbon)
Fig. 6 Solar spectrum, nga adunay concave nga bahin nga katumbas sa linya sa Fraun Wolfel
Sa tunga-tunga sa ika-19 nga siglo, Ang German physicists nga si Kirchhoff ug Bunsen, nagtinabangay sa Unibersidad sa Heidelberg, ug uban sa bag-ong gidisenyo nga himan sa siga ni Bunsen (ang Bunsen burner) ug nagpahigayon sa unang spectral analysis pinaagi sa pagtimaan sa piho nga spectral lines sa lain-laing mga kemikal. (mga asin) gisablig ngadto sa Bunsen burner flame fig.7. Ilang naamgohan ang qualitative nga pagsusi sa mga elemento pinaagi sa pag-obserbar sa spectra, ug sa 1860 gipatik ang pagkadiskobre sa spectra sa walo ka elemento, ug gitino ang paglungtad niini nga mga elemento sa daghang natural nga compound.Ang ilang mga nahibal-an misangpot sa paghimo sa usa ka importante nga sanga sa spectroscopy analytical chemistry: spectroscopic analysis
Fig.7 Reaksyon sa siga
Sa 20s sa ika-20 nga siglo, ang Indian physicist nga si CV Raman migamit ug spectrometer aron madiskobrehan ang inelastic scattering effect sa kahayag ug mga molekula sa mga organikong solusyon.Iyang naobserbahan nga ang insidente nga kahayag nagkatibulaag uban sa mas taas ug ubos nga enerhiya human sa pagpakig-uban sa kahayag, nga sa ulahi gitawag Raman scattering fig 8. Ang pagbag-o sa kahayag enerhiya nagpaila sa microstructure sa mga molekula, mao nga Raman scattering spectroscopy kaylap nga gigamit sa mga materyales, medisina, kemikal. ug uban pang mga industriya aron mailhan ug analisahon ang tipo sa molekula ug istruktura sa mga sangkap.
Fig. 8 Ang enerhiya mobalhin human ang kahayag makig-uban sa mga molekula
Sa 30s sa ika-20 nga siglo, ang Amerikanong siyentista nga si Dr. Beckman unang misugyot sa pagsukod sa pagsuyup sa ultraviolet spectra sa matag wavelength nga gilain aron mapa sa kompletong pagsuyup nga spectrum, sa ingon nagpadayag sa matang ug konsentrasyon sa mga kemikal sa solusyon.Kini nga transmission absorption light route naglangkob sa light source, spectrometer, ug sample.Ang kadaghanan sa karon nga komposisyon sa solusyon ug pagtuki sa konsentrasyon gibase sa kini nga spectrum sa pagsuyup sa transmission.Dinhi, ang tinubdan sa kahayag gibahin ngadto sa sample ug ang prisma o grating gi-scan aron makakuha og lain-laing wavelength Fig. 9.
Fig.9 Prinsipyo sa Pagsusi sa Absorbance –
Sa 40s sa ika-20 nga siglo, naimbento ang unang direct detection spectrometer, ug sa unang higayon, ang photomultiplier tubes PMTs ug electronic devices mipuli sa tradisyonal nga human eye observation o photographic film, nga direktang makabasa sa spectral intensity batok sa wavelength Fig. 10. Sa ingon, ang spectrometer isip instrumento sa siyentipikanhon napauswag pag-ayo sa termino sa kasayon sa paggamit, quantitative nga pagsukod, ug pagkasensitibo sulod sa yugto sa panahon.
Fig. 10 Photomultiplier tube
Sa tunga-tunga sa ulahing bahin sa ika-20 nga siglo, ang pag-uswag sa teknolohiya sa spectrometer dili mabulag gikan sa pagpalambo sa optoelectronic semiconductor nga mga materyales ug mga himan.Sa 1969, si Willard Boyle ug George Smith sa Bell Labs nag-imbento sa CCD (Charge-Coupled Device), nga unya gipauswag ug nahimo nga mga aplikasyon sa imaging ni Michael F. Tompsett sa 1970s.Si Willard Boyle (wala), si George Smith midaog kinsa midaog sa Nobel Prize alang sa ilang pag-imbento sa CCD (2009) nga gipakita sa Fig. 11. Sa 1980, si Nobukazu Teranishi sa NEC sa Japan nag-imbento sa usa ka fixed photodiode, nga nakapauswag pag-ayo sa ratio sa noise sa imahe ug resolusyon.Sa ulahi, sa 1995, ang Eric Fossum sa NASA nag-imbento sa CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) nga sensor sa imahe, nga nagkonsumo ug 100 ka beses nga gamay nga gahum kaysa parehas nga mga sensor sa imahe sa CCD ug adunay labi ka mubu nga gasto sa produksiyon.
Fig. 11 Willard Boyle (wala), George Smith ug ilang CCD (1974)
Sa katapusan sa ika-20 nga siglo, ang padayon nga pag-uswag sa semiconductor optoelectronic chip processing ug manufacturing nga teknolohiya, ilabi na sa paggamit sa array CCD ug CMOS sa spectrometers Fig. 12, kini nahimong posible nga makakuha sa usa ka bug-os nga han-ay sa spectra ubos sa usa ka exposure.Sa paglabay sa panahon, ang mga spectrometer nakakaplag ug daghang paggamit sa usa ka halapad nga mga aplikasyon, lakip na apan dili limitado sa color detection/measurement, laser wavelength analysis, ug fluorescence spectroscopy, LED sorting, imaging ug lighting sensing equipment, fluorescence spectroscopy, Raman spectroscopy, ug uban pa. .
Fig. 12 Nagkalainlain nga mga chip sa CCD
Sa ika-21 nga siglo, ang disenyo ug teknolohiya sa paggama sa lain-laing mga matang sa spectrometer anam-anam nga nahamtong ug mipalig-on.Sa nagkadako nga panginahanglan alang sa mga spectrometer sa tanan nga mga lakang sa kinabuhi, ang pag-uswag sa mga spectrometer nahimong labi ka paspas ug piho sa industriya.Dugang pa sa naandan nga optical parameter indicators, ang lain-laing mga industriya adunay customized nga kinahanglanon sa volume size, software functions, communication interfaces, response speed, stability, ug bisan ang gasto sa spectrometers, nga naghimo sa spectrometer development nga mahimong mas diversified.
Oras sa pag-post: Nob-28-2023