E Spektrometer ass e wëssenschaftlecht Instrument, dat benotzt gëtt fir de Spektrum vun elektromagnetesche Stralungen ze analyséieren, et kann e Spektrum vun Stralungen als Spektrograph weisen, deen d'Verdeelung vun der Liichtintensitéit mat Respekt vun der Wellelängt representéiert (Y-Achs ass d'Intensitéit, d'X-Achs ass d'Wellelängt /Frequenz vum Liicht).D'Liicht ass anescht a seng Bestanddeeler Wellelängten am Spektrometer getrennt duerch Stralungsplitter, déi normalerweis refraktiv Prisme oder Diffraktiounsgitter sinn Fig.
Fig.
Spektrometer spillen eng wichteg Roll bei der Messung vun enger breet Palette vun optescher Stralung, sief et duerch d'Emissiounsspektrum vun enger Liichtquell direkt z'ënnersichen oder d'Reflexioun, d'Absorptioun, d'Transmissioun oder d'Streuung vum Liicht no senger Interaktioun mat engem Material ze analyséieren.No der Liicht- a Matièreinteraktioun erlieft de Spektrum d'Verännerung an engem bestëmmte Spektralberäich oder enger bestëmmter Wellelängt, an d'Eegeschafte vun der Substanz kënne qualitativ oder quantitativ analyséiert ginn no der Verännerung vum Spektrum, wéi z.B. d'biologesch a chemesch Analyse vun d'Zesummesetzung an d'Konzentratioun vu Blutt an onbekannte Léisungen, an d'Analyse vun der Molekül, der Atomstruktur an der Elementarkompositioun vu Materialien Fig.
Fig. 2 Infrarout-Absorptioun Spektrum vun verschidden Zorte vun Ueleg
Ursprénglech erfonnt fir d'Studie vu Physik, Astronomie, Chimie, ass de Spektrometer elo ee vun de wichtegsten Instrumenter a ville Beräicher wéi Chemeschen Ingenieur, Materialanalyse, Astronomesch Wëssenschaft, medizinesch Diagnostik a Bio-Sensing.Am 17. Joerhonnert konnt den Isaac Newton d'Liicht an eng kontinuéierlech faarweg Band opdeelen andeems en e Strahl vu wäissem Liicht duerch e Prisma passéiert an d'Wuert "Spektrum" fir d'éischte Kéier benotzt fir dës Resultater ze beschreiwen Fig.
Fig. 3 Den Isaac Newton studéiert de Sonneliichtspektrum mat engem Prisma.
Am Ufank vum 19. Joerhonnert huet den däitsche Wëssenschaftler Joseph von Fraunhofer (Franchofer), kombinéiert mat Prismen, Diffraktiounsschlitzen an Teleskope e Spektrometer mat héijer Präzisioun a Genauegkeet gemaach, dee benotzt gouf fir de Spektrum vun de Sonnemissiounen ze analyséieren Fig 4. fir d'éischte Kéier observéiert datt Spektrum vun der Sonn siwen-Faarf net kontinuéierlech ass, mä huet eng Rei vun donkel Linnen (iwwer 600 diskret Linnen) op et, bekannt als déi berühmte "Frankenhofer Linn".Hien huet déi ënnerscheedendst vun dëse Linnen A, B, C...H benannt an huet e puer 574 Linnen tëscht B an H gezielt, wat der Absorptioun vu verschiddenen Elementer um Sonnespektrum entsprécht Fig. 5. Zur selwechter Zäit war de Fraunhofer och de als éischt en Diffraktiounsgitter ze benotzen fir Linnespektre ze kréien an d'Wellelängt vun de Spektrallinnen ze berechnen.
Fig. 4. E fréie Spektrometer, mat dem Mënsch gekuckt
Fig. 5 Fraun Whaffe Linn (donkel Linn am Band)
Fig. 6 Sonnespektrum, mat dem konkave Deel entsprécht der Fraun Wolfel Linn
An der Mëtt vum 19. Joerhonnert hunn déi däitsch Physiker Kirchhoff a Bunsen op der Universitéit Heidelberg zesumme geschafft, a mam Bunsen sengem nei entworfene Flamminstrument (de Bunsenbrenner) an déi éischt Spektralanalyse gemaach andeems se déi spezifesch Spektrallinne vu verschiddene Chemikalien notéieren. (Salze) gesprëtzt an Bunsen Brenner Flam Fig.7. Si hunn d'qualitativ Untersuchung vun Elementer duerch d'Observatioun vun de Spektra realiséiert, an 1860 publizéiert d'Entdeckung vun de Spektre vun aacht Elementer, an hunn d'Existenz vun dësen Elementer a verschiddene natierleche Verbindungen festgeluecht.Hir Erkenntnisser hunn zu der Schafung vun enger wichteger Branche vun der spektroskopie analytescher Chimie gefouert: spektroskopesch Analyse
Fig.7 Flamreaktioun
An den 20er Jore vum 20. Joerhonnert huet den indesche Physiker CV Raman e Spektrometer benotzt fir den onelastesche Streuungseffekt vu Liicht a Molekülen an organesche Léisungen ze entdecken.Hien huet observéiert datt d'Tëschefall Liicht mat méi héijer a méi niddereger Energie verstreet gouf nodeems se mam Liicht interagéiert, wat spéider Raman-Streuung Fig 8 genannt gëtt. D'Verännerung vun der Liichtenergie charakteriséiert d'Mikrostruktur vu Molekülen, sou datt d'Raman-Streuungsspektroskopie vill an Materialien, Medizin, chemesch benotzt gëtt. an aner Industrien fir d'molekulare Aart a Struktur vu Stoffer z'identifizéieren an ze analyséieren.
Fig. 8 D'Energie verännert sech nodeems d'Liicht mat de Moleküle interagéiert
An den 30er Jore vum 20. Joerhonnert huet den amerikanesche Wëssenschaftler Dr Beckman fir d'éischt proposéiert d'Absorptioun vun ultraviolette Spektra op all Wellelängt separat ze moossen fir de komplette Absorptiounsspektrum ze kartéieren, an domat d'Art an d'Konzentratioun vu Chemikalien an der Léisung ze weisen.Dës Iwwerdroungsabsorptioun Liichtroute besteet aus der Liichtquell, Spektrometer a Probe.Déi meescht vun der aktueller Léisungskompositioun a Konzentratiounserkennung baséiert op dësem Iwwerdroungsabsorptiounsspektrum.Hei gëtt d'Liichtquell op d'Probe opgedeelt an de Prisma oder de Gitter gëtt gescannt fir verschidde Wellelängten ze kréien Fig. 9.
Fig.9 Absorptiounsdetektiounsprinzip -
An de 40er Jore vum 20. Joerhonnert gouf den éischten Direkterkennungsspektrometer erfonnt, a fir d'éischte Kéier hunn Photomultiplikator-Réier PMTs an elektronesch Apparater déi traditionell mënschlech Auge Observatioun oder fotografesch Film ersat, déi direkt d'Spektralintensitéit géint d'Wellelängt ausliese konnt. 10. Sou ass de Spektrometer als wëssenschaftlech Instrument wesentlech verbessert wat d'Benotzungsfäegkeet, d'quantitativ Miessung an d'Sensibilitéit iwwer d'Zäit ugeet.
Bild 10 Photomultiplikatorrohr
An der Mëtt-bis Enn vum 20. Joerhonnert war d'Entwécklung vun der Spektrometer-Technologie net getrennt vun der Entwécklung vun optoelektronesche Hallefleitmaterialien an Apparater.1969 hunn de Willard Boyle an de George Smith vu Bell Labs CCD (Charge-Coupled Device) erfonnt, deen dunn an den 1970er Jore vum Michael F. Tompsett verbessert an zu Bildapplikatioune entwéckelt gouf.Willard Boyle (lénks), George Smith gewonnen, deen den Nobelpräis gewonnen huet fir hir Erfindung vun der CCD (2009) gewisen Fig.. 11. 1980, Nobukazu Teranishi vun NEC a Japan erfonnt eng fix photodiode, déi d'Bild Kaméidi Verhältnis staark verbessert an Resolutioun.Méi spéit, am Joer 1995, huet den Eric Fossum vun der NASA den CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) Bildsensor erfonnt, deen 100 Mol manner Kraaft verbraucht wéi ähnlech CCD Bildsensoren an vill méi niddreg Produktiounskäschte huet.
Fig. 11 Willard Boyle (lénks), George Smith an hir CCD (1974)
Um Enn vun der 20. Joerhonnert, déi lafend Verbesserung vun semiconductor optoelektronesch Chip Veraarbechtung an Fabrikatioun Technologie, virun allem mat der Applikatioun vun Array CCD an CMOS an spectrometers Fig.Mat der Zäit hunn Spektrometer extensiv Notzung an enger breeder Palette vun Uwendungen fonnt, dorënner awer net limitéiert op Faarferkennung / Miessung, Laserwellelängtanalyse, a Fluoreszenzspektroskopie, LED Sortéierung, Imaging a Beliichtungssensorausrüstung, Fluoreszenzspektroskopie, Raman Spektroskopie, a méi .
Bild 12 Verschidde CCD Chips
Am 21. Joerhonnert huet d'Design- an d'Fabrikatiounstechnologie vu verschiddenen Spektrometere lues a lues reift a stabiliséiert.Mat der wuessender Nofro fir Spektrometer an all Liewensraim ass d'Entwécklung vu Spektrometer méi séier an industriell spezifesch ginn.Zousätzlech zu de konventionelle opteschen Parameter Indikatoren hunn verschidden Industrien Ufuerderunge vu Volumengréisst, Softwarefunktiounen, Kommunikatiounsinterfaces, Äntwertgeschwindegkeet, Stabilitéit a souguer Käschte vu Spektrometer personaliséiert, wat d'Spektrometerentwécklung méi diversifizéiert mécht.
Post Zäit: Nov-28-2023