Offeryn gwyddonol yw sbectromedr, a ddefnyddir i ddadansoddi sbectrwm ymbelydredd electromagnetig, gall arddangos sbectrwm o belydriadau fel sbectrograff sy'n cynrychioli dosbarthiad dwyster golau mewn perthynas â thonfedd (echel-y yw'r dwyster, echelin-x yw'r donfedd /amlder y golau).Mae'r golau yn wahanol wedi'i wahanu i donfeddi ei gyfansoddyn y tu mewn i'r sbectromedr gan holltwyr trawst, sydd fel arfer yn brismau plygiannol neu'n rhwyllau diffreithiant Ffig. 1.
Ffig. 1 Sbectrwm bwlb golau a golau'r haul (chwith), egwyddor hollti trawst gratio a phrism (dde)
Mae sbectromedrau yn chwarae rhan bwysig wrth fesur ystod eang o ymbelydredd optegol, boed trwy archwilio sbectrwm allyriadau ffynhonnell golau yn uniongyrchol neu drwy ddadansoddi adlewyrchiad, amsugno, trawsyrru neu wasgaru golau yn dilyn ei ryngweithio â deunydd.Ar ôl y rhyngweithio golau a mater, mae'r sbectrwm yn profi'r newid mewn ystod sbectrol benodol neu donfedd benodol, a gellir dadansoddi priodweddau'r sylwedd yn ansoddol neu'n feintiol yn ôl y newid yn y sbectrwm, megis y dadansoddiad biolegol a chemegol o cyfansoddiad a chrynodiad gwaed a hydoddiannau anhysbys, a dadansoddiad o'r moleciwl, strwythur atomig a chyfansoddiad elfennol deunyddiau Ffig. 2.
Ffig. 2 Sbectra amsugno isgoch o wahanol fathau o olewau
Wedi'i ddyfeisio'n wreiddiol ar gyfer astudio ffiseg, seryddiaeth, cemeg, mae'r sbectromedr bellach yn un o'r offerynnau pwysicaf mewn sawl maes megis peirianneg gemegol, dadansoddi deunyddiau, gwyddoniaeth seryddol, diagnosteg feddygol, a bio-synhwyro.Yn yr 17eg ganrif, roedd Isaac Newton yn gallu hollti’r golau yn fand lliw di-dor trwy basio pelydryn o olau gwyn trwy brism a defnyddio’r gair “Sbectrwm” am y tro cyntaf i ddisgrifio’r canlyniadau hyn Ffig. 3.
Ffig. 3 Mae Isaac Newton yn astudio sbectrwm golau'r haul gyda phrism.
Ar ddechrau'r 19eg ganrif, gwnaeth y gwyddonydd Almaeneg Joseph von Fraunhofer (Franchofer), ynghyd â phrismau, holltau diffreithiant a thelesgopau, sbectromedr gyda manylder a chywirdeb uchel, a ddefnyddiwyd i ddadansoddi sbectrwm allyriadau solar Ffig 4. a arsylwyd am y tro cyntaf nad yw sbectrwm saith lliw yr haul yn barhaus, ond mae ganddo nifer o linellau tywyll (dros 600 o linellau arwahanol) arno, a elwir yn "linell Frankenhofer" enwog.Enwodd y mwyaf nodedig o'r llinellau hyn A, B, C…H a chyfrifodd tua 574 o linellau rhwng B a H sy'n cyfateb i amsugniad gwahanol elfennau ar y sbectrwm solar Ffig. 5. Ar yr un pryd, Fraunhofer hefyd oedd y yn gyntaf i ddefnyddio gratio diffreithiant i gael sbectra llinell ac i gyfrifo tonfedd y llinellau sbectrol.
Ffig. 4. Sbectromedr cynnar, wedi'i weld gyda'r dynol
Ffig. 5 Fraun Whaffe line (llinell dywyll mewn rhuban)
Ffig. 6 Sbectrwm solar, gyda'r gyfran ceugrwm yn cyfateb i linell Fraun Wolfel
Yng nghanol y 19eg ganrif, bu'r ffisegwyr Almaeneg Kirchhoff a Bunsen, yn gweithio gyda'i gilydd ym Mhrifysgol Heidelberg, a chydag offeryn fflam newydd Bunsen (llosgwr Bunsen) a pherfformiodd y dadansoddiad sbectrol cyntaf trwy nodi llinellau sbectrol penodol gwahanol gemegau. (halen) wedi'i ysgeintio i fflam llosgwr Bunsen ffig.7. Sylweddolasant archwiliad ansoddol yr elfenau trwy sylwi ar y sbectra, ac yn 1860 cyhoeddasant ddarganfyddiad y sbectra o wyth elfen, a phenderfynasant fodolaeth yr elfennau hyn mewn sawl cyfansoddyn naturiol.Arweiniodd eu canfyddiadau at greu cangen bwysig o gemeg ddadansoddol sbectrosgopeg: dadansoddiad sbectrosgopig
Ffig.7 Adwaith fflam
Yn 20au'r 20fed ganrif, defnyddiodd ffisegydd Indiaidd CV Raman sbectromedr i ddarganfod effaith gwasgariad anelastig golau a moleciwlau mewn hydoddiannau organig.Sylwodd fod y golau digwyddiad wedi'i wasgaru ag ynni uwch ac is ar ôl rhyngweithio â golau, a elwir yn ddiweddarach yn Raman gwasgariad ffig 8. Mae newid egni golau yn nodweddu microstrwythur moleciwlau, felly defnyddir sbectrosgopeg gwasgariad Raman yn eang mewn deunyddiau, meddygaeth, cemegol a diwydiannau eraill i nodi a dadansoddi math moleciwlaidd a strwythur sylweddau.
Ffig. 8 Mae'r egni'n symud ar ôl i olau ryngweithio â'r moleciwlau
Yn 30au'r 20fed ganrif, cynigiodd y gwyddonydd Americanaidd Dr Beckman gyntaf i fesur amsugno sbectra uwchfioled ar bob tonfedd ar wahân i fapio'r sbectrwm amsugno cyflawn, a thrwy hynny ddatgelu math a chrynodiad y cemegau mewn hydoddiant.Mae'r llwybr golau amsugno trawsyrru hwn yn cynnwys y ffynhonnell golau, sbectromedr, a sampl.Mae'r rhan fwyaf o'r cyfansoddiad datrysiad presennol a chanfod crynodiad yn seiliedig ar y sbectrwm amsugno trawsyrru hwn.Yma, mae'r ffynhonnell golau yn cael ei hollti ar y sampl ac mae'r prism neu'r gratin yn cael ei sganio i gael tonfeddi gwahanol Ffig. 9.
Ffig.9 Egwyddor Canfod Amsugno –
Yn y 40au o'r 20fed ganrif, dyfeisiwyd y sbectromedr canfod uniongyrchol cyntaf, ac am y tro cyntaf, disodlwyd PMTs tiwbiau photomultiplier a dyfeisiau electronig yr arsylwi llygad dynol traddodiadol neu ffilm ffotograffig, a allai ddarllen yn uniongyrchol y dwyster sbectrol yn erbyn tonfedd Ffig. 10. Felly, mae'r sbectromedr fel offeryn gwyddonol wedi'i wella'n sylweddol o ran rhwyddineb defnydd, mesur meintiol, a sensitifrwydd dros gyfnod o amser.
Ffig. 10 Tiwb ffoto-multiplier
Yng nghanol yr 20fed ganrif i ddiwedd yr 20fed ganrif, roedd datblygiad technoleg sbectromedr yn anwahanadwy o ddatblygiad deunyddiau a dyfeisiau lled-ddargludyddion optoelectroneg.Ym 1969, dyfeisiodd Willard Boyle a George Smith o Bell Labs CCD (Dychymyg Coupled Charge), a gafodd ei wella wedyn a'i ddatblygu'n gymwysiadau delweddu gan Michael F. Tompsett yn y 1970au.Willard Boyle (chwith), enillodd George Smith a enillodd y Wobr Nobel am eu dyfais o'r CCD (2009) a ddangosir Ffig. 11. Yn 1980, dyfeisiodd Nobukazu Teranishi o NEC yn Japan photodiode sefydlog, a oedd yn gwella'n fawr y gymhareb sŵn delwedd a penderfyniad.Yn ddiweddarach, ym 1995, dyfeisiodd Eric Fossum NASA y synhwyrydd delwedd CMOS (Led-ddargludydd Metel-Ocsid Cyflenwol), sy'n defnyddio 100 gwaith yn llai o bŵer na synwyryddion delwedd CCD tebyg ac sydd â chost cynhyrchu llawer is.
Ffig. 11 Willard Boyle (chwith), George Smith a'u CCD (1974)
Ar ddiwedd yr 20fed ganrif, mae gwelliant parhaus technoleg prosesu a gweithgynhyrchu sglodion optoelectroneg lled-ddargludyddion, yn enwedig gyda chymhwyso arae CCD a CMOS mewn sbectromedrau Ffig. 12, mae'n dod yn bosibl cael ystod lawn o sbectra o dan un amlygiad.Dros amser, mae sbectromedrau wedi canfod defnydd helaeth mewn ystod eang o gymwysiadau, gan gynnwys ond heb fod yn gyfyngedig i ganfod / mesur lliw, dadansoddi tonfedd laser, a sbectrosgopeg fflworoleuedd, didoli LED, offer synhwyro delweddu a goleuo, sbectrosgopeg fflworoleuedd, sbectrosgopeg Raman, a mwy .
Ffig. 12 Sglodion CCD amrywiol
Yn yr 21ain ganrif, mae technoleg dylunio a gweithgynhyrchu gwahanol fathau o sbectromedrau wedi aeddfedu a sefydlogi'n raddol.Gyda'r galw cynyddol am sbectromedrau ym mhob rhan o fywyd, mae datblygiad sbectromedrau wedi dod yn gyflymach ac yn fwy penodol i'r diwydiant.Yn ogystal â'r dangosyddion paramedr optegol confensiynol, mae gwahanol ddiwydiannau wedi addasu gofyniad maint cyfaint, swyddogaethau meddalwedd, rhyngwynebau cyfathrebu, cyflymder ymateb, sefydlogrwydd, a hyd yn oed costau sbectromedrau, gan wneud y datblygiad sbectromedr yn dod yn fwy amrywiol.
Amser postio: Tachwedd-28-2023