Оптический спектрометр

Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в основном непроверенным, поскольку в нем отсутствуют соответствующие встроенные ссылки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив более точные цитаты. ( Декабрь 2010 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Схема решеточного спектрометра

Внутренняя структура решетчатого спектрометра: свет исходит с левой стороны и дифрагирует на верхней средней отражающей решетке. Затем длина волны света выбирается с помощью щели в правом верхнем углу.

Оптический спектрометр ( спектрофотометр , спектрограф или спектроскоп ) представляет собой инструмент , используемый для измерения свойств света в течение определенной части электромагнитного спектра , как правило , используется в спектроскопическом анализе для идентификации материалов. ^[1] Измеряемой переменной чаще всего является интенсивность света, но также может быть, например, состояние поляризации . Независимой переменной обычно является длина волны света или единица измерения, прямо пропорциональная энергии фотона , например обратные сантиметры.или электрон-вольт , который имеет обратную зависимость от длины волны.

Спектрометр используется в спектроскопии для получения спектральных линий и измерения их длин волн и интенсивности. Спектрометры также могут работать в широком диапазоне неоптических длин волн, от гамма-лучей и рентгеновских лучей до дальнего инфракрасного диапазона . Если прибор предназначен для измерения спектра в абсолютных единицах, а не в относительных , то его обычно называют спектрофотометром . Большинство спектрофотометров используются в спектральных областях около видимого спектра.

В общем, любой конкретный инструмент будет работать в небольшой части этого общего диапазона из-за различных методов, используемых для измерения разных частей спектра. Ниже оптические частоты (то есть, в микроволновых и радио частот), то анализатор спектра является тесно связан электронным устройством.

Спектрометры используются во многих областях. Например, они используются в астрономии для анализа излучения астрономических объектов и определения химического состава. Спектрометр использует призму или решетку для распределения света от удаленного объекта в спектр. Это позволяет астрономам обнаруживать многие химические элементы по их характерным спектральным отпечаткам. Если объект светится сам по себе, он покажет спектральные линии, вызванные самим светящимся газом. Эти линии названы в честь элементов, которые их вызывают, таких как альфа-, бета- и гамма-линии водорода. Химические соединения также можно идентифицировать по абсорбции. Обычно это темные полосы в определенных местах спектра, вызванные поглощением энергии при прохождении света от других объектов через газовое облако.Большая часть наших знаний о химическом составе Вселенной основана на спектрах.

Спектроскопы [ править ]

Спектроскоп

Другие имена	Спектрограф
Похожие материалы	Масс-спектрограф

Сравнение различных спектрометров на основе дифракции: оптика отражения, оптика преломления, волоконная / интегрированная оптика ^{[ необходима цитата ]}

Спектроскопы часто используются в астрономии и некоторых областях химии . Ранние спектроскопы были просто призмами с градуировкой, обозначающей длину волны света. В современных спектроскопах обычно используются дифракционная решетка , подвижная щель и какой-то фотодетектор , все они автоматизированы и управляются компьютером .

Джозеф фон Фраунгофер разработал первый современный спектроскоп, объединив призму, дифракционную щель и телескоп таким образом, что увеличило спектральное разрешение и было воспроизведено в других лабораториях. Фраунгофер также изобрел первый дифракционный спектроскоп. ^[2] Густав Роберт Кирхгоф и Роберт Бунзен открыли применение спектроскопов в химическом анализе и использовали этот подход для открытия цезия и рубидия . ^{[3] [4]} Анализ Кирхгофа и Бунзена также позволил химическое объяснение звездных спектров , включая линии фраунгофера . ^[5]

Когда материал нагревается до накала, он излучает свет , характерный для атомного состава материала. Определенные световые частоты приводят к появлению четко определенных полос на шкале, которые можно представить как отпечатки пальцев. Например, элемент натрия имеет очень характерную двойную желтую полосу, известную как D-линии натрия на 588,9950 и 589,5924 нанометрах, цвет которых будет знаком любому, кто видел натриевую лампу низкого давления .

В оригинальной конструкции спектроскопа начала 19 века свет попадал в щель, и коллимирующая линза преобразовывала свет в тонкий пучок параллельных лучей. Затем свет проходил через призму (в портативных спектроскопах, обычно призму Амичи ), которая преломляла луч в спектр, потому что разные длины волн преломлялись по-разному из-за дисперсии . Затем это изображение просматривали через трубку со шкалой, которая была перенесена на спектральное изображение, что позволяло проводить его прямое измерение.

С развитием фотопленки был создан более точный спектрограф . Он был основан на том же принципе, что и спектроскоп, но имел камеру вместо смотровой трубы. В последние годы электронные схемы, построенные вокруг фотоэлектронного умножителя , заменили камеру, что позволяет проводить спектрографический анализ в реальном времени с гораздо большей точностью. Массивы фотодатчиков также используются вместо пленки в спектрографических системах. Такой спектральный анализ, или спектроскопия, стал важным научным инструментом для анализа состава неизвестного материала, изучения астрономических явлений и проверки астрономических теорий.

В современных спектрографах в УФ, видимом и ближнем ИК диапазонах спектр обычно задается в виде числа фотонов на единицу длины волны (нм или мкм), волнового числа (мкм ^-1 , см ^-1 ), частоты (ТГц ) или энергии (эВ), единицы измерения указаны по оси абсцисс . В среднем и дальнем ИК-диапазоне спектры обычно выражаются в ваттах на единицу длины волны (мкм) или волновом числе (см ^-1 ). Во многих случаях спектр отображается с оставленными подразумеваемыми единицами (например, «цифровыми счетчиками» на спектральный канал).

Спектрографы [ править ]

Спектрограф - это инструмент, который разделяет свет по длинам волн и записывает эти данные. ^[7] Спектрограф обычно имеет многоканальную детекторную систему или камеру, которая обнаруживает и записывает спектр света. ^{[7] [8]}

Этот термин был впервые использован в 1876 году доктором Генри Дрейпером, когда он изобрел самую раннюю версию этого устройства, и которое он использовал, чтобы сделать несколько фотографий спектра Веги . Эта самая ранняя версия спектрографа была громоздкой в ​​использовании и сложной в управлении. ^[9]

Есть несколько видов машин, называемых спектрографами , в зависимости от точной природы волн. В первых спектрографах в качестве детектора использовалась фотобумага . Фитохром пигмента растений был обнаружен с помощью спектрографа, который использовал живые растения в качестве детектора. В более поздних спектрографах используются электронные детекторы, такие как ПЗС, которые могут использоваться как для видимого, так и для УФ- света. Точный выбор детектора зависит от длины волны регистрируемого света.

Спектрограф иногда называют полихроматором по аналогии с монохроматором .

Звездный и солнечный спектрограф [ править ]

Звезда спектральная классификация и открытие главной последовательности , закона Хаббла и последовательности Хаббла были все сделаны с спектрографа , которые использовали фотобумаги. Предстоящий космический телескоп Джеймса Уэбба будет содержать спектрограф в ближнем инфракрасном диапазоне ( NIRSpec ) и спектрограф в среднем инфракрасном диапазоне ( MIRI ).

Спектрограф Echelle [ править ]

В спектрографе Echelle используются две дифракционные решетки , повернутые друг относительно друга на 90 градусов и расположенные близко друг к другу. Следовательно, используется точка входа, а не щель, и 2d CCD-чип записывает спектр. Обычно можно догадаться получить спектр по диагонали, но когда обе решетки имеют большой интервал и одна светится так, что виден только первый порядок, а другой светится, что видно много более высоких порядков, получается очень Прекрасный спектр красиво уложен на небольшую обычную CCD-микросхему. Небольшой чип также означает, что коллимирующую оптику не нужно оптимизировать для комы или астигматизма, но сферическую аберрацию можно установить на ноль.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

• Дж. Ф. Джеймс и Р. С. Стернберг (1969), Дизайн оптических спектрометров (Chapman and Hall Ltd)
• Джеймс, Джон (2007), Основы проектирования спектрографов (издательство Кембриджского университета) ISBN 0-521-86463-1 
• Браунинг, Джон (1882 г.), Как работать со спектроскопом: руководство по практической работе со спектроскопами всех видов
• Палмер, Кристофер (2020). Справочник по дифракционным решеткам (8-е изд.). МКС Ньюпорт.

Внешние ссылки [ править ]

Найдите оптический спектрометр в Викисловаре, бесплатном словаре.

Викискладе есть медиафайлы, связанные со спектрографами .

Оптический спектрометр в Керли

• Спектрограф для астрономических спектров
• Фотографии спектрографов, используемых в обсерватории Лика, из цифрового архива записей обсерватории Лика, цифровых коллекций библиотеки Калифорнийского университета в Санта-Круз