Спектрометр нь цахилгаан соронзон цацрагийн спектрийг шинжлэхэд ашигладаг шинжлэх ухааны хэрэгсэл бөгөөд гэрлийн эрчмийн долгионы урттай (y тэнхлэг нь эрчим, x тэнхлэг нь долгионы урт) тархалтыг харуулсан спектрограф хэлбэрээр цацрагийн спектрийг харуулах боломжтой. /гэрлийн давтамж).Гэрэл нь ихэвчлэн хугарлын призм эсвэл дифракцийн сараалжтай байдаг туяа хуваагчаар спектрометрийн доторх долгионы уртад өөр өөр хуваагддаг.Зураг 1.
Зураг 1 Гэрлийн чийдэн ба нарны гэрлийн спектр (зүүн талд), сараалж ба призмийн цацрагийг хуваах зарчим (баруун талд)
Спектрометр нь гэрлийн эх үүсвэрийн ялгаруулалтын спектрийг шууд судлах эсвэл материалтай харилцан үйлчлэлийн дараах гэрлийн тусгал, шингээлт, дамжуулалт, тархалтыг шинжлэх замаар өргөн хүрээний оптик цацрагийг хэмжихэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.Гэрэл ба бодисын харилцан үйлчлэлийн дараа спектр нь тодорхой спектрийн муж эсвэл тодорхой долгионы уртын өөрчлөлтийг мэдэрдэг бөгөөд биологийн болон химийн шинжилгээ зэрэг спектрийн өөрчлөлтийн дагуу бодисын шинж чанарыг чанарын болон тоон байдлаар шинжилж болно. цус, үл мэдэгдэх уусмалын найрлага, концентраци, материалын молекул, атомын бүтэц, элементийн найрлагад дүн шинжилгээ хийх Зураг 2.
Зураг 2 Төрөл бүрийн тосны хэт улаан туяаны шингээлтийн спектр
Анх физик, одон орон, хими судлах зорилгоор зохион бүтээгдсэн спектрометр нь өдгөө химийн инженерчлэл, материалын шинжилгээ, одон орон судлалын шинжлэх ухаан, эмнэлгийн оношлогоо, био мэдрэгч зэрэг олон салбарын хамгийн чухал хэрэгслүүдийн нэг болоод байна.17-р зуунд Исаак Ньютон цагаан гэрлийн туяаг призмээр дамжуулж гэрлийг тасралтгүй өнгөт тууз болгон хувааж чадсан бөгөөд энэ үр дүнг тайлбарлахдаа анх удаа "Спектр" гэдэг үгийг ашигласан байна. Зураг 3.
Зураг 3 Исаак Ньютон нарны гэрлийн спектрийг призмээр судалдаг.
19-р зууны эхээр Германы эрдэмтэн Жозеф фон Фраунхофер (Франчофер) призм, дифракцийн цоорхой, телескоптой хослуулан нарны цацрагийн спектрийг шинжлэхэд ашигласан өндөр нарийвчлалтай, нарийвчлалтай спектрометр хийсэн. Нарны долоон өнгөний спектр тасралтгүй биш, олон тооны бараан зураастай (600 гаруй салангид шугам) байгааг анх удаа ажигласан нь алдарт "Франкенхоферын шугам" гэж нэрлэгддэг.Тэрээр эдгээр шугамын хамгийн тодыг A, B, C...H гэж нэрлэсэн бөгөөд B ба H хоёрын хоорондох 574 шугамыг тоолсон бөгөөд энэ нь нарны спектрийн янз бүрийн элементүүдийн шингээлттэй тохирч байна. Зураг 5. Үүний зэрэгцээ Фраунхофер мөн эхлээд дифракцийн тор ашиглан шугамын спектрийг гаргаж, спектрийн шугамын долгионы уртыг тооцоолно.
Зураг 4. Эрт үеийн спектрометр, хүнтэй хамт үзсэн
Зураг 5 Fraun Whaffe шугам (туузан дахь бараан шугам)
Зураг 6 Нарны спектр, Фраун Вольфелийн шугамд тохирох хонхор хэсэгтэй.
19-р зууны дундуур Германы физикч Кирхгоф, Бунсен нар Гейдельбергийн их сургуульд хамтран ажиллаж, Бунсений шинээр зохион бүтээсэн галын хэрэгсэл (Бунсен шатаагч) -тай хамтран янз бүрийн химийн бодисын тусгай спектрийн шугамыг тэмдэглэж анхны спектрийн шинжилгээг хийжээ. (давс) Бунсен шарагч дөл рүү цацаж инжир.7. Тэд элементүүдийн чанарын шалгалтыг спектрийг ажиглаж, 1860 онд найман элементийн спектрийн нээлтийг нийтэлж, байгалийн хэд хэдэн нэгдэлд эдгээр элементүүд байгааг тогтоожээ.Тэдний ололт нь спектроскопийн аналитик химийн чухал салбар болох спектроскопийн шинжилгээг бий болгоход хүргэсэн.
Зураг.7 Галын урвал
20-р зууны 20-иод онд Энэтхэгийн физикч С.В.Раман органик уусмал дахь гэрэл ба молекулын уян хатан бус тархалтын нөлөөг илрүүлэхийн тулд спектрометр ашигласан.Тэрээр туссан гэрэл гэрэлтэй харилцан үйлчлэлцсэний дараа их бага энергитэй тархаж байгааг ажигласан бөгөөд үүнийг хожим Раман сарнилт гэж нэрлэсэн 8-р зураг. Гэрлийн энергийн өөрчлөлт нь молекулын бичил бүтцийг тодорхойлдог тул Раманы сарниалтын спектроскопи нь материал, анагаах ухаан, химийн салбарт өргөн хэрэглэгддэг. бодисын молекулын төрөл, бүтцийг тодорхойлох, шинжлэх зорилгоор бусад үйлдвэрүүд.
Зураг 8 Гэрэл молекулуудтай харилцан үйлчилсний дараа энерги шилждэг
20-р зууны 30-аад оны үед Америкийн эрдэмтэн доктор Бекман анх удаа хэт ягаан туяаны спектрийн шингээлтийг долгионы урт тус бүрээр тус тусад нь хэмжихийг санал болгож, шингээлтийн бүрэн спектрийг зураглаж, улмаар уусмал дахь химийн бодисын төрөл, концентрацийг илрүүлэхийг санал болгов.Энэхүү дамжуулах шингээлтийн гэрлийн зам нь гэрлийн эх үүсвэр, спектрометр, дээжээс бүрдэнэ.Одоогийн уусмалын найрлага, концентрацийг илрүүлэх ихэнх нь энэхүү дамжуулах шингээлтийн спектр дээр суурилдаг.Энд гэрлийн эх үүсвэрийг дээж дээр хувааж, өөр өөр долгионы урттай байхын тулд призм эсвэл сараалжыг сканнердсан байна. Зураг 9.
Зураг.9 Шингээлт илрүүлэх зарчим –
20-р зууны 40-өөд онд анхны шууд илрүүлэгч спектрометрийг зохион бүтээсэн бөгөөд анх удаа PMTs фото үржүүлэгч хоолой, электрон төхөөрөмжүүд нь долгионы уртын эсрэг спектрийн эрчмийг шууд уншиж чаддаг уламжлалт хүний нүдний ажиглалт эсвэл гэрэл зургийн хальсыг сольсон. 10. Ийнхүү спектрометр нь шинжлэх ухааны багажийн хувьд ашиглахад хялбар, тоон хэмжилт, мэдрэх чадварын хувьд тодорхой хугацааны туршид мэдэгдэхүйц сайжирсан.
Зураг 10 Фото үржүүлэгч хоолой
20-р зууны дунд үеэс сүүл хүртэл спектрометрийн технологийн хөгжил нь оптоэлектроник хагас дамжуулагч материал, төхөөрөмжүүдийн хөгжлөөс салшгүй холбоотой байв.1969 онд Белл Лабораторийн ажилтан Виллард Бойл, Жорж Смит нар CCD (Цэнэглэдэг төхөөрөмж) зохион бүтээж, улмаар 1970-аад онд Майкл Ф.Томпсетт сайжруулж дүрсний хэрэглээ болгон хөгжүүлжээ.Виллард Бойл (зүүн талд), CCD (2009) зохион бүтээсэнээрээ Нобелийн шагнал хүртсэн Жорж Смитийг Зураг 11-т үзүүлэв. 1980 онд Японы NEC-ийн Нобуказу Тераниши тогтсон фотодиод зохион бүтээсэн нь зургийн дуу чимээний харьцааг ихээхэн сайжруулсан. тогтоол.Хожим нь 1995 онд НАСА-гийн Эрик Фоссум CMOS (Нэмэлт металл-оксидын хагас дамжуулагч) дүрс мэдрэгчийг зохион бүтээсэн бөгөөд энэ нь ижил төстэй CCD дүрс мэдрэгчээс 100 дахин бага эрчим хүч зарцуулдаг бөгөөд үйлдвэрлэлийн өртөг нь хамаагүй бага юм.
Зураг 11 Виллард Бойл (зүүн талд), Жорж Смит ба тэдний CCD (1974)
20-р зууны төгсгөлд хагас дамжуулагч оптоэлектроник чип боловсруулах, үйлдвэрлэх технологийн тасралтгүй сайжруулалт, ялангуяа спектрометрийн 12-р зурагт массив CCD ба CMOS-ийг ашигласнаар нэг удаагийн өртөлтийн дор спектрийн бүрэн хүрээг авах боломжтой болсон.Цаг хугацаа өнгөрөхөд спектрометрүүд өнгө илрүүлэх/хэмжилт, лазер долгионы уртын шинжилгээ, флюресценцийн спектроскопи, LED ангилах, дүрслэл болон гэрэлтүүлгийн мэдрэгч төхөөрөмж, флюресценцийн спектроскопи, Раман спектроскопи гэх мэт өргөн хүрээний хэрэглээнд өргөн хэрэглэгдэх болсон. .
Зураг 12 Төрөл бүрийн CCD чипүүд
21-р зуунд янз бүрийн төрлийн спектрометрийн дизайн, үйлдвэрлэлийн технологи аажмаар боловсорч, тогтворжсон.Амьдралын бүхий л давхаргад спектрометрийн эрэлт хэрэгцээ нэмэгдэж байгаа тул спектрометрийн хөгжил илүү хурдацтай болж, салбарын онцлог шинж чанартай болсон.Уламжлалт оптик параметрийн үзүүлэлтүүдээс гадна янз бүрийн салбарууд эзэлхүүний хэмжээ, програм хангамжийн функц, харилцаа холбооны интерфейс, хариу өгөх хурд, тогтвортой байдал, тэр ч байтугай спектрометрийн өртөг зэргийг өөрчилсөн тул спектрометрийн хөгжлийг улам төрөлжүүлсэн.
Шуудангийн цаг: 2023 оны 11-р сарын 28