Një spektrometri është një instrument shkencor, i përdorur për të analizuar spektrin e rrezatimeve elektromagnetike, ai mund të shfaqë një spektër rrezatimi si një spektrograf që përfaqëson shpërndarjen e intensitetit të dritës në lidhje me gjatësinë e valës (boshti y është intensiteti, boshti x është gjatësia e valës /frekuenca e dritës).Drita është e ndryshme e ndarë në gjatësitë e valëve të përbërësit të saj brenda spektrometrit nga ndarësit e rrezeve, të cilët zakonisht janë prizma thyes ose grila difraksioni Fig. 1.
Fig. 1 Spektri i llambës së dritës dhe dritës së diellit (majtas), parimi i ndarjes së rrezes së rrjetës dhe prizmit (djathtas)
Spektrometrat luajnë një rol të rëndësishëm në matjen e një game të gjerë të rrezatimit optik, qoftë duke ekzaminuar drejtpërdrejt spektrin e emetimit të një burimi drite ose duke analizuar reflektimin, thithjen, transmetimin ose shpërndarjen e dritës pas ndërveprimit të saj me një material.Pas ndërveprimit të dritës dhe materies, spektri përjeton ndryshimin në një gamë të caktuar spektrale ose një gjatësi vale specifike, dhe vetitë e substancës mund të analizohen në mënyrë cilësore ose sasiore sipas ndryshimit në spektër, siç është analiza biologjike dhe kimike e përbërja dhe përqendrimi i gjakut dhe tretësirave të panjohura, dhe analiza e molekulës, strukturës atomike dhe përbërjes elementare të materialeve Fig. 2.
Fig. 2 Spektrat e përthithjes infra të kuqe të llojeve të ndryshme të vajrave
I shpikur fillimisht për studimin e fizikës, astronomisë, kimisë, spektrometri tani është një nga instrumentet më të rëndësishme në shumë fusha si inxhinieria kimike, analiza e materialeve, shkenca astronomike, diagnostikimi mjekësor dhe bio-sensimi.Në shekullin e 17-të, Isaac Newton ishte në gjendje të ndante dritën në brez të vazhdueshëm me ngjyra duke kaluar një rreze drite të bardhë përmes një prizmi dhe përdori fjalën "Spectrum" për herë të parë për të përshkruar këtë rezultat Fig. 3.
Fig. 3 Isak Njutoni studion spektrin e dritës së diellit me një prizëm.
Në fillim të shekullit të 19-të, shkencëtari gjerman Joseph von Fraunhofer (Franchofer), i kombinuar me prizma, çarje difraksioni dhe teleskopë, bëri një spektrometër me saktësi dhe saktësi të lartë, i cili u përdor për të analizuar spektrin e emetimeve diellore Fig 4. Ai vërehet për herë të parë se spektri i shtatë ngjyrave të diellit nuk është i vazhdueshëm, por ka një numër vijash të errëta (mbi 600 vija diskrete) mbi të, e njohur si "linja e Frankenhoferit" e famshme.Ai emëroi linjat më të dallueshme nga këto linja A, B, C…H dhe ai numëroi rreth 574 linja midis B dhe H që korrespondon me thithjen e elementeve të ndryshëm në spektrin diellor Fig. 5. Në të njëjtën kohë, Fraunhofer ishte gjithashtu së pari të përdoret një grilë difraksioni për të marrë spektrat e vijës dhe për të llogaritur gjatësinë e valës së vijave spektrale.
Fig. 4. Një spektrometër i hershëm, i parë me njeriun
Fig. 5 Linja Fraun Whaffe (vijë e errët në fjongo)
Fig. 6 Spektri diellor, me pjesën konkave që korrespondon me linjën Fraun Wolfel
Në mesin e shekullit të 19-të, fizikanët gjermanë Kirchhoff dhe Bunsen, punuan së bashku në Universitetin e Heidelberg dhe me mjetin e sapokrijuar të flakës së Bunsen (djegësi Bunsen) dhe kryen analizën e parë spektrale duke vënë në dukje linjat specifike spektrale të kimikateve të ndryshme. (kripëra) të spërkatura në flakën e djegies së Bunsenit fig.7. Ata realizuan ekzaminimin cilësor të elementeve duke vëzhguar spektrat dhe në vitin 1860 publikuan zbulimin e spektrit të tetë elementeve dhe përcaktuan ekzistencën e këtyre elementeve në disa përbërje natyrore.Gjetjet e tyre çuan në krijimin e një dege të rëndësishme të kimisë analitike të spektroskopisë: analiza spektroskopike
Fig.7 Reaksioni i flakës
Në vitet 20 të shekullit të 20-të, fizikani indian CV Raman përdori një spektrometër për të zbuluar efektin e shpërndarjes joelastike të dritës dhe molekulave në tretësirat organike.Ai vuri re se drita rënëse shpërndahet me energji gjithnjë e më të ulët pas ndërveprimit me dritën, e cila më vonë quhet shpërndarje Raman fig 8. Ndryshimi i energjisë së dritës karakterizon mikrostrukturën e molekulave, kështu që spektroskopia shpërhapëse Raman përdoret gjerësisht në materiale, mjekësi, kimike. dhe industri të tjera për të identifikuar dhe analizuar llojin dhe strukturën molekulare të substancave.
Fig. 8 Energjia zhvendoset pasi drita ndërvepron me molekulat
Në vitet '30 të shekullit të 20-të, shkencëtari amerikan Dr.Kjo rrugë e dritës së përthithjes së transmetimit përbëhet nga burimi i dritës, spektrometri dhe mostra.Pjesa më e madhe e përbërjes aktuale të solucionit dhe zbulimit të përqendrimit bazohet në këtë spektër të përthithjes së transmetimit.Këtu, burimi i dritës ndahet në mostër dhe prizmi ose grila skanohet për të marrë gjatësi vale të ndryshme Fig. 9.
Fig.9 Parimi i zbulimit të absorbimit -
Në vitet 40 të shekullit të 20-të, u shpik spektrometri i parë i zbulimit të drejtpërdrejtë dhe për herë të parë, tubat fotoshumësues PMT dhe pajisjet elektronike zëvendësuan vëzhgimin tradicional të syve të njeriut ose filmin fotografik, i cili mund të lexonte drejtpërdrejt intensitetin spektral kundrejt gjatësisë valore Fig. 10. Kështu, spektrometri si instrument shkencor është përmirësuar ndjeshëm për sa i përket lehtësisë së përdorimit, matjes sasiore dhe ndjeshmërisë gjatë periudhës kohore.
Fig. 10 Tub fotoshumëzues
Nga mesi deri në fund të shekullit të 20-të, zhvillimi i teknologjisë së spektrometrit ishte i pandashëm nga zhvillimi i materialeve dhe pajisjeve gjysmëpërçuese optoelektronike.Në vitin 1969, Willard Boyle dhe George Smith nga Bell Labs shpikën CCD (Charge-Coupled Device), i cili më pas u përmirësua dhe u zhvillua në aplikacione imazherike nga Michael F. Tompsett në vitet 1970.Willard Boyle (majtas), fitoi George Smith, i cili fitoi çmimin Nobel për shpikjen e tyre të CCD (2009) të paraqitur në Fig. 11. Në vitin 1980, Nobukazu Teranishi nga NEC në Japoni shpiku një fotodiodë fikse, e cila përmirësoi shumë raportin e zhurmës së imazhit dhe rezolucioni.Më vonë, në 1995, Eric Fossum i NASA-s shpiku sensorin e imazhit CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), i cili konsumon 100 herë më pak energji se sensorët e ngjashëm të imazhit CCD dhe ka një kosto shumë më të ulët të prodhimit.
Fig. 11 Willard Boyle (majtas), George Smith dhe CCD i tyre (1974)
Në fund të shekullit të 20-të, përmirësimi i vazhdueshëm i teknologjisë së përpunimit dhe prodhimit të çipeve optoelektronike gjysmëpërçuese, veçanërisht me aplikimin e grupit CCD dhe CMOS në spektrometrat Fig. 12, bëhet e mundur të merret një gamë e plotë spektrash nën një ekspozim të vetëm.Me kalimin e kohës, spektrometrit kanë gjetur përdorim të gjerë në një gamë të gjerë aplikimesh, duke përfshirë, por pa u kufizuar në zbulimin/matjen e ngjyrave, analizën e gjatësisë valore me lazer dhe spektroskopinë e fluoreshencës, klasifikimin LED, pajisjet e sensorit të imazhit dhe ndriçimit, spektroskopinë e fluoreshencës, spektroskopinë Raman, etj. .
Fig. 12 Çipa të ndryshëm CCD
Në shekullin e 21-të, teknologjia e projektimit dhe prodhimit të llojeve të ndryshme të spektrometrit është pjekur dhe stabilizuar gradualisht.Me kërkesën në rritje për spektrometra në të gjitha sferat e jetës, zhvillimi i spektrometrit është bërë më i shpejtë dhe specifik për industrinë.Përveç treguesve konvencionalë të parametrave optikë, industri të ndryshme kanë kërkesa të personalizuara për madhësinë e vëllimit, funksionet e softuerit, ndërfaqet e komunikimit, shpejtësinë e përgjigjes, stabilitetin dhe madje edhe kostot e spektrometrit, duke bërë që zhvillimi i spektrometrit të bëhet më i larmishëm.
Koha e postimit: Nëntor-28-2023