Оптический спектрометр

Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в значительной степени непроверенным, поскольку в нем отсутствует достаточное количество соответствующих встроенных ссылок . 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 обратно пропорционален длине 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 далекой инфракрасной области . Если прибор предназначен для измерения спектра в абсолютных, а не относительных единицах , его обычно называют спектрофотометром . Большинство спектрофотометров используются в спектральных областях, близких к видимой части 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 по спектру. 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

Спектроскопы часто используются в астрономии и некоторых областях химии . Ранние спектроскопы были просто призмами с градуировкой, обозначающей длину волны света. Современные спектроскопы обычно используют дифракционную решетку , подвижную щель и какой-то фотодетектор , все они автоматизированы и управляются компьютером .

Йозеф 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 атомарного состава материала. Определенные световые частоты приводят к появлению четко определенных полос на шкале, которые можно рассматривать 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 в начале 19 века свет попадал в щель, и коллимирующая линза преобразовывала его 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 вместо смотровой трубы у него была камера. В последние годы электронные схемы, построенные вокруг фотоумножителя , 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 снимков 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-матрицы, которые можно использовать 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. Поэтому используется точка входа, а не щель, и 2d ПЗС-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 работы в коме 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 дифракционной решетке (8-е изд.). МКС Ньюпорт.

Внешние ссылки [ править ]

Поищите 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