Un spettrometru hè un strumentu scientificu, utilizatu per analizà u spettru di radiazioni elettromagnetiche, pò visualizà un spettru di radiazioni cum'è un spettrografu chì rapprisenta a distribuzione di l'intensità luminosa in quantu à a lunghezza d'onda (l'asse y hè l'intensità, l'asse x hè a lunghezza d'onda). / frequenza di a luce).A luce hè differente separata in a lunghezza d'onda di u so custituente in u spettrometru da divisitori di fasciu, chì sò generalmente prismi rifrattivi o griglie di diffrazione Fig.
Fig. 1 Spettru di lampadina è di u sole (a manca), u principiu di divisione di u fasciu di a griglia è u prisma (a diritta)
I spettrometri ghjucanu un rolu impurtante in a misurazione di una larga gamma di radiazioni ottiche, sia esaminendu direttamente u spettru di emissioni di una fonte di luce sia analizendu a riflessione, l'assorbimentu, a trasmissione o a sparghjera di a luce dopu a so interazzione cù un materiale.Dopu à l'interazzione di a luce è a materia, u spettru sperienze u cambiamentu in una certa gamma spettrali o una lunghezza d'onda specifica, è e proprietà di a sustanza ponu esse analizate qualitativamente o quantitativamente secondu u cambiamentu in u spettru, cum'è l'analisi biologica è chimica di a cumpusizioni è cuncintrazzioni di sangue è suluzioni scunnisciuti, è l 'analisi di a mulècula, struttura atomicu è cumpusizioni elementari di materiali Fig.
Fig. 2 Spettri di absorption infrared di sfarenti tippi d'olii
Invintatu inizialmente per u studiu di a fisica, l'astronomia, a chimica, u spettrometru hè oghje unu di i strumenti più impurtanti in parechji campi cum'è l'ingegneria chimica, l'analisi di i materiali, a scienza astronomica, i diagnostichi medichi è u biosensing.In u 17u seculu, Isaac Newton hà capaci di divide a luce in una banda di culore cuntinuu passendu un fasciu di luce bianca attraversu un prisma è hà utilizatu a parolla "Spectrum" per a prima volta per discrìviri stu risultati Fig.
Fig 3 Isaac Newton studia u spettru di u sole cù un prisma.
À u principiu di u 19u seculu, u scientist tedescu Joseph von Fraunhofer (Franchofer), cumminatu cù prismi, slits di diffrazione è telescopi, hà fattu un spettrometru cù alta precisione è precisione, chì hè stata utilizata per analizà u spettru di emissioni di u sole Fig 4. Hè. osservatu per a prima volta chì u spettru di i sette culori di u sole ùn hè micca cuntinuu, ma hà una quantità di linii scuri (più di 600 linee discrete) nantu à questu, cunnisciutu com'è a famosa "linea Frankenhofer".Chjamò u più distintu di sti linii A, B, C ... H è hà cuntatu qualchi 574 linee trà B è H chì currisponde à l'absorption di diversi elementi nantu à u spettru solare Fig. 5. À u listessu tempu, Fraunhofer era ancu u prima di utilizà una rete di diffrazione per ottene spettri di linea è per calculà a lunghezza d'onda di e linee spettrali.
Fig 4. Un spettrometru iniziale, vistu cù l'omu
Fig. 5 Linea Fraun Whaffe (linea scura in ribbon)
Fig. 6 Spettru solare, cù a parte cuncave chì currisponde à a linea Fraun Wolfel
In a mità di u 19u seculu, i fisici tedeschi Kirchhoff è Bunsen, travagliavanu inseme à l'Università di Heidelberg, è cù l'arnesi di fiamma di novu designu di Bunsen (u bruciatore Bunsen) è anu realizatu u primu analisi spettrali nutendu e linee spettrali specifiche di diversi sustanzi chimichi. (sali) sprinkled in Bunsen flame fig.7. Anu realizatu l'esaminazione qualitativa di l'elementi osservendu i spettri, è in u 1860 hà publicatu a scuperta di l'ispettri di ottu elementi, è determinate l'esistenza di questi elementi in parechji composti naturali.I so scuperti anu purtatu à a creazione di un ramu impurtante di a chimica analitica di spettroscopia: l'analisi spettroscòpica.
Fig.7 Reazione Flame
In l'anni 20 di u 20u seculu, u fisicu indianu CV Raman hà utilizatu un spettrometru per scopre l'effettu di scattering inelastic di a luce è di e molécule in suluzioni organiche.Hà osservatu chì u lume incidente spargugliatu cù l'energia più altu è più bassu dopu à interagisce cù a luce, chì hè più tardi chjamatu Raman scattering fig 8. U cambiamentu di l'energia luminosa caratterizeghja a microstruttura di e molécule, cusì Raman scattering spectroscopy hè largamente utilizatu in materiali, medicina, chimica. è altre industrie per identificà è analizà u tipu molekulari è a struttura di e sustanzi.
Fig 8 L'energia cambia dopu chì a luce interagisce cù e molécule
In l'anni 30 di u 20u seculu, u scientist americanu Dr Beckman hà prupostu prima di misurà l'assorbimentu di spettri ultraviolet à ogni lunghezza d'onda separatamente per mape u spettru di assorbimentu cumpletu, palesendu cusì u tipu è a cuncentrazione di sustanzi chimichi in suluzione.Questa strada di luce di assorbimentu di trasmissione hè custituita da a fonte di luce, spettrometru è mostra.A maiò parte di a cumpusizioni di suluzione attuale è a rilevazione di cuncentrazione hè basatu annantu à stu spettru di assorbimentu di trasmissione.Quì, a fonte di luce hè spartutu nantu à a mostra è u prisma o griglia hè scansatu per ottene diverse lunghezze d'onda Fig.
Fig.9 Principiu di Rilevazione di Assorbanza -
In l'anni 40 di u 20u seculu, u primu spettrometru di rilevazione diretta hè statu inventatu, è per a prima volta, i tubi fotomultiplicatori PMT è i dispositi elettronici rimpiazzatu l'osservazione tradiziunale di l'ochju umanu o film fotograficu, chì puderia leghje direttamente l'intensità spettrale contr'à a lunghezza d'onda Fig. 10. Cusì, u spettrometru cum'è un strumentu scientificu hè statu migliuratu significativamente in termini di facilità d'usu, misurazione quantitativa è sensibilità annantu à u periodu di tempu.
Fig. 10 Tubu Photomultiplicatore
In a mità à a fine di u 20u seculu, u sviluppu di a tecnulugia di spettrometru era inseparabile da u sviluppu di materiali è dispusitivi semiconduttori optoelettronici.In u 1969, Willard Boyle è George Smith di Bell Labs inventavanu u CCD (Charge-Coupled Device), chì hè statu poi migliuratu è sviluppatu in applicazioni di imaging da Michael F. Tompsett in l'anni 1970.Willard Boyle (left), George Smith vincìu chì vincìu u Premiu Nobel per a so invenzione di u CCD (2009) mostra Fig. 11. In u 1980, Nobukazu Teranishi di NEC in Giappone hà inventatu un photodiode fissu, chì hà assai megliurà u rapportu di u rumore di l'imaghjini. risoluzione.In seguitu, in u 1995, Eric Fossum di a NASA hà inventatu u sensoru di l'imaghjini CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), chì cunsuma 100 volte menu putenza cà sensori d'imaghjini CCD simili è hà un costu di produzzione assai più bassu.
Fig. 11 Willard Boyle (à manca), George Smith è u so CCD (1974)
À a fine di u 20u seculu, u migliuramentu continuu di u processu di chip optoelectronic semiconductor è a tecnulugia di fabricazione, soprattuttu cù l'applicazione di array CCD è CMOS in spettrometri Fig.À u tempu, spettrometri anu truvatu un usu estensivu in una larga gamma di applicazioni, cumprese, ma senza limitazione, a rilevazione / misurazione di u culore, l'analisi di a lunghezza d'onda laser, è a spettroscopia di fluorescenza, a classificazione di LED, l'equipaggiu di rilevazione di l'imaghjini è di l'illuminazione, a spettroscopia di fluorescenza, a spettroscopia Raman, è più. .
Fig. 12 Diversi chips CCD
In u 21u seculu, a tecnulugia di cuncepimentu è di fabricazione di vari tipi di spettrometri hà gradualmente maturatu è stabilizatu.Cù a crescente dumanda di spettrometri in tutti i campi di a vita, u sviluppu di spettrometri hè diventatu più rapidu è specificu per l'industria.In più di l'indicatori di parametri ottici cunvinziunali, e diverse industrii anu persunalizatu esigenza di dimensione di volumi, funzioni di software, interfacce di cumunicazione, velocità di risposta, stabilità, è ancu i costi di spettrometri, facendu chì u sviluppu di l'espectrometru sia più diversificatu.
Tempu di posta: 28-novembre-2023