Սպեկտրոմետրը գիտական գործիք է, որն օգտագործվում է էլեկտրամագնիսական ճառագայթների սպեկտրը վերլուծելու համար, այն կարող է ցուցադրել ճառագայթների սպեկտրը որպես սպեկտրոգրաֆ, որը ներկայացնում է լույսի ինտենսիվության բաշխումը ալիքի երկարության նկատմամբ (y-առանցքը ինտենսիվությունն է, x-առանցքը ալիքի երկարությունը /լույսի հաճախականությունը):Լույսը տարբերվում է սպեկտրոմետրի ներսում իր բաղադրիչի ալիքի երկարությունների բաժանված ճառագայթների բաժանիչներով, որոնք սովորաբար ռեֆրակցիոն պրիզմաներ են կամ դիֆրակցիոն ցանցեր Նկ. 1:
Նկար 1 Լույսի լամպի և արևի լույսի սպեկտր (ձախ), ճառագայթների բաժանման սկզբունք և պրիզմա (աջ)
Սպեկտրոմետրերը կարևոր դեր են խաղում օպտիկական ճառագայթման լայն շրջանակի չափման մեջ՝ ուղղակիորեն ուսումնասիրելով լույսի աղբյուրի արտանետումների սպեկտրը, կամ վերլուծելով լույսի անդրադարձումը, կլանումը, փոխանցումը կամ ցրումը նյութի հետ փոխազդեցությունից հետո:Լույսի և նյութի փոխազդեցությունից հետո սպեկտրը զգում է որոշակի սպեկտրային տիրույթի կամ որոշակի ալիքի երկարության փոփոխություն, և նյութի հատկությունները կարող են որակապես կամ քանակապես վերլուծվել՝ ըստ սպեկտրի փոփոխության, ինչպես օրինակ՝ կենսաբանական և քիմիական վերլուծությունը։ արյան և անհայտ լուծույթների բաղադրությունը և կոնցենտրացիան, և նյութերի մոլեկուլի, ատոմային կառուցվածքի և տարրական կազմի վերլուծությունը Նկ. 2.
Նկ. 2 Տարբեր տեսակի յուղերի ինֆրակարմիր կլանման սպեկտրներ
Ի սկզբանե հայտնագործված ֆիզիկայի, աստղագիտության, քիմիայի ուսումնասիրության համար, սպեկտրոմետրն այժմ ամենակարևոր գործիքներից մեկն է բազմաթիվ ոլորտներում, ինչպիսիք են քիմիական ճարտարագիտությունը, նյութերի վերլուծությունը, աստղագիտական գիտությունը, բժշկական ախտորոշումը և կենսազգայունությունը:17-րդ դարում Իսահակ Նյուտոնը կարողացավ լույսը բաժանել շարունակական գունավոր ժապավենի՝ սպիտակ լույսի ճառագայթը պրիզմայի միջով անցնելով և առաջին անգամ օգտագործեց «Spectrum» բառը՝ նկարագրելու այս արդյունքները Նկար 3:
Նկար 3 Իսահակ Նյուտոնն ուսումնասիրում է արևի լույսի սպեկտրը պրիզմայով:
19-րդ դարի սկզբին գերմանացի գիտնական Ջոզեֆ ֆոն Ֆրաունհոֆերը (Ֆրանխոֆերը), զուգակցվելով պրիզմաների, դիֆրակցիոն ճեղքերի և աստղադիտակների հետ, պատրաստեց բարձր ճշգրտությամբ և ճշտությամբ սպեկտրոմետր, որն օգտագործվում էր արևի արտանետումների սպեկտրը վերլուծելու համար: Նկար 4: առաջին անգամ նկատեց, որ արևի յոթ գույնի սպեկտրը շարունակական չէ, այլ ունի մի շարք մուգ գծեր (ավելի քան 600 դիսկրետ գծեր), որոնք հայտնի են որպես հայտնի «Ֆրանկենհոֆերի գիծ»:Նա անվանեց այս գծերից առավել հստակ A, B, C…H և նա հաշվեց մոտ 574 գիծ B և H միջև, ինչը համապատասխանում է արեգակնային սպեկտրի տարբեր տարրերի կլանմանը Նկ. 5: Միևնույն ժամանակ, Ֆրաունհոֆերը նաև եղել է նախ օգտագործել դիֆրակցիոն ցանց՝ գծային սպեկտրներ ստանալու և սպեկտրային գծերի ալիքի երկարությունը հաշվարկելու համար։
Նկար 4. Վաղ սպեկտրոմետր, որը դիտվում է մարդու հետ
Նկար 5 Fraun Whaffe գիծ (ժապավենի մուգ գիծ)
Նկար 6 Արեգակնային սպեկտր, գոգավոր հատվածով, որը համապատասխանում է Fraun Wolfel գծին
19-րդ դարի կեսերին գերմանացի ֆիզիկոսներ Կիրխհոֆը և Բունսենը միասին աշխատեցին Հայդելբերգի համալսարանում և Բունսենի նոր նախագծված բոցի գործիքով (Բունսենի այրիչ) և կատարեցին առաջին սպեկտրային վերլուծությունը՝ նշելով տարբեր քիմիական նյութերի սպեկտրային գծերը։ (աղեր) ցողված Բունսենի այրիչի բոցի մեջ թուզ.7. Նրանք իրականացրեցին տարրերի որակական հետազոտությունը՝ դիտարկելով սպեկտրները, և 1860 թվականին հրապարակեցին ութ տարրերի սպեկտրների հայտնաբերումը և որոշեցին այդ տարրերի գոյությունը մի քանի բնական միացություններում։Նրանց բացահայտումները հանգեցրին սպեկտրոսկոպիայի անալիտիկ քիմիայի կարևոր ճյուղի ստեղծմանը` սպեկտրոսկոպիկ վերլուծությանը
Նկ.7 Բոցի ռեակցիա
20-րդ դարի 20-ական թվականներին հնդիկ ֆիզիկոս Ս.Վ. Ռամանը օգտագործեց սպեկտրոմետր՝ հայտնաբերելու լույսի և մոլեկուլների անառաձգական ցրման ազդեցությունը օրգանական լուծույթներում։Նա նկատեց, որ լույսի հետ փոխազդեցությունից հետո ընկնող լույսը ցրվում է ավելի ու ավելի ցածր էներգիայով, որը հետագայում կոչվում է Ռամանի ցրում թուզ 8: Լույսի էներգիայի փոփոխությունը բնութագրում է մոլեկուլների միկրոկառուցվածքը, ուստի Ռամանի ցրման սպեկտրոսկոպիան լայնորեն օգտագործվում է նյութերի, բժշկության, քիմիական նյութերի մեջ: և այլ արդյունաբերություններ՝ բացահայտելու և վերլուծելու նյութերի մոլեկուլային տեսակը և կառուցվածքը:
Նկար 8 Էներգիան փոխվում է մոլեկուլների հետ լույսի փոխազդեցությունից հետո
20-րդ դարի 30-ականներին ամերիկացի գիտնական դոկտոր Բեքմանը առաջին անգամ առաջարկեց չափել ուլտրամանուշակագույն սպեկտրների կլանումը յուրաքանչյուր ալիքի երկարության վրա՝ գծագրելու ամբողջական կլանման սպեկտրը՝ դրանով իսկ բացահայտելով քիմիական նյութերի տեսակն ու կոնցենտրացիան լուծույթում:Այս փոխանցման կլանման լույսի ուղին բաղկացած է լույսի աղբյուրից, սպեկտրոմետրից և նմուշից:Ընթացիկ լուծույթի կազմի և կոնցենտրացիայի հայտնաբերման մեծ մասը հիմնված է այս փոխանցման կլանման սպեկտրի վրա:Այստեղ լույսի աղբյուրը բաժանվում է նմուշի վրա, և պրիզման կամ վանդակաճաղը սկանավորվում է՝ ստանալով տարբեր ալիքի երկարություններ Նկ. 9:
Նկ.9 Կլանման հայտնաբերման սկզբունքը –
20-րդ դարի 40-ական թվականներին հայտնագործվեց առաջին ուղիղ հայտնաբերման սպեկտրոմետրը, և առաջին անգամ ֆոտոբազմապատկիչ խողովակները PMT-ները և էլեկտրոնային սարքերը փոխարինեցին ավանդական մարդու աչքի դիտարկմանը կամ լուսանկարչական ֆիլմին, որը կարող էր ուղղակիորեն կարդալ սպեկտրային ինտենսիվությունը ալիքի երկարության նկատմամբ Նկ. 10. Այսպիսով, սպեկտրոմետրը, որպես գիտական գործիք, զգալիորեն բարելավվել է ժամանակի ընթացքում օգտագործման հեշտության, քանակական չափման և զգայունության առումով:
Նկ. 10 Ֆոտոմուլտիպլիկատորի խողովակ
20-րդ դարի կեսերից մինչև վերջ սպեկտրոմետրերի տեխնոլոգիայի զարգացումն անբաժանելի էր օպտոէլեկտրոնային կիսահաղորդչային նյութերի և սարքերի զարգացումից:1969թ.-ին Ուիլարդ Բոյլը և Ջորջ Սմիթը Bell Labs-ից հայտնագործեցին CCD-ը (Charge-Coupled Device), որն այնուհետև 1970-ականներին Մայքլ Ֆ. Թոմփսեթի կողմից բարելավվեց և վերածվեց պատկերային հավելվածների:Ուիլարդ Բոյլը (ձախից), Ջորջ Սմիթը շահեց, ով Նոբելյան մրցանակի արժանացավ CCD-ի գյուտի համար (2009 թ.), ցույց է տրված Նկար 11-ում: 1980 թվականին Նոբուկազու Տերանիշին Ճապոնիայում NEC-ից հայտնագործեց ֆիքսված ֆոտոդիոդ, որը զգալիորեն բարելավեց պատկերի աղմուկի հարաբերակցությունը և բանաձեւը։Ավելի ուշ՝ 1995 թվականին, ՆԱՍԱ-ի Էրիկ Ֆոսումը հայտնագործեց CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) պատկերի սենսորը, որը սպառում է 100 անգամ ավելի քիչ էներգիա, քան նմանատիպ CCD պատկերի սենսորները և ունի արտադրության շատ ավելի ցածր ծախս:
Նկար 11 Ուիլարդ Բոյլ (ձախ), Ջորջ Սմիթը և նրանց CCD (1974)
20-րդ դարի վերջում կիսահաղորդչային օպտոէլեկտրոնային չիպերի մշակման և արտադրության տեխնոլոգիայի շարունակական կատարելագործումը, հատկապես սպեկտրոմետրերում զանգվածային CCD և CMOS կիրառմամբ, Նկար 12, հնարավոր է դառնում ստանալ սպեկտրների ամբողջական տիրույթ մեկ ազդեցության տակ:Ժամանակի ընթացքում սպեկտրոմետրերը լայն կիրառություն են գտել կիրառությունների լայն շրջանակում, ներառյալ, բայց չսահմանափակվելով գունային հայտնաբերման/չափման, լազերային ալիքի երկարության վերլուծության և ֆլյուորեսցենտային սպեկտրոսկոպիայի, LED տեսակավորման, պատկերի և լուսավորության ընկալման սարքավորումների, ֆլուորեսցենտային սպեկտրոսկոպիայի, Raman սպեկտրոսկոպիայի և այլնի մեջ: .
Նկ. 12 Տարբեր CCD չիպեր
21-րդ դարում տարբեր տեսակի սպեկտրոմետրերի նախագծման և արտադրության տեխնոլոգիան աստիճանաբար հասունացել և կայունացել է:Կյանքի բոլոր ոլորտներում սպեկտրոմետրերի աճող պահանջարկի պայմաններում սպեկտրոմետրերի զարգացումը դարձել է ավելի արագ և հատուկ արդյունաբերության համար:Բացի սովորական օպտիկական պարամետրերի ցուցիչներից, տարբեր արդյունաբերություններ ունեն ծավալի չափի, ծրագրային գործառույթների, կապի ինտերֆեյսների, արձագանքման արագության, կայունության և նույնիսկ սպեկտրոմետրերի ծախսերի հարմարեցված պահանջները, ինչը սպեկտրոմետրերի մշակումն ավելի բազմազան է դարձնում:
Հրապարակման ժամանակը՝ նոյ-28-2023