Optik spektrometre - Optical spectrometer

"Spektrograf" Burada yönlendirir. Spektrogram ile karıştırılmamalıdır .
Bu konunun daha geniş kapsamı için, bkz. Fotometri (optik) .
Izgara spektrometre şeması
Izgara spektrometresinin iç yapısı: Işık sol taraftan gelir ve üst orta yansıtıcı ızgarada kırılır. Işığın dalga boyu daha sonra sağ üst köşedeki yarıktan seçilir.

Bir optik spektrometre ( spektrofotometre , spektrograf veya spektroskop ), elektromanyetik spektrumun belirli bir kısmı üzerindeki ışığın özelliklerini ölçmek için kullanılan, tipik olarak malzemeleri tanımlamak için spektroskopik analizde kullanılan bir araçtır . Ölçülen değişken çoğunlukla ışığın yoğunluğudur ancak örneğin polarizasyon durumu da olabilir. Bağımsız değişken genellikle ışığın dalga boyu veya dalga boyu ile karşılıklı ilişkisi olan karşılıklı santimetre veya elektron volt gibi foton enerjisiyle doğru orantılı bir birimdir .

Spektroskopide spektral çizgiler üretmek ve dalga boylarını ve yoğunluklarını ölçmek için bir spektrometre kullanılır . Spektrometre gelen, optik olmayan bir dalga boyu aralık üzerinde çalışabilir gama ışınları ve X-ışınları içine infrared . Cihaz, spektrumu göreceli bir ölçek yerine mutlak bir ölçekte ölçmek için tasarlanmışsa , genellikle spektrofotometre olarak adlandırılır . Spektrofotometrelerin çoğu, görünür spektruma yakın spektral bölgelerde kullanılır.

Genel olarak, spektrumun farklı kısımlarını ölçmek için kullanılan farklı teknikler nedeniyle, herhangi bir özel alet bu toplam aralığın küçük bir kısmı üzerinde çalışacaktır. Optik frekansların altında (yani mikrodalga ve radyo frekanslarında), spektrum analizörü yakından ilişkili bir elektronik cihazdır.

Spektrometreler birçok alanda kullanılmaktadır. Örneğin, astronomide nesnelerden gelen radyasyonu analiz etmek ve kimyasal bileşimlerini çıkarmak için kullanılırlar. Spektrometre, ışığı bir spektruma yaymak için bir prizma veya ızgara kullanır. Bu, gökbilimcilerin birçok kimyasal elementi karakteristik spektral çizgileriyle tespit etmelerini sağlar. Bu çizgiler, hidrojen alfa , beta ve gama çizgileri gibi onlara neden olan elementlere göre adlandırılır . Parlayan bir nesne parlak spektral çizgiler gösterecektir. Koyu çizgiler, örneğin bir gaz bulutundan geçen ışık gibi absorpsiyonla yapılır ve bu absorpsiyon çizgileri kimyasal bileşikleri de tanımlayabilir. Evrenin kimyasal yapısı hakkındaki bilgimizin çoğu tayftan gelir.

Spektroskoplar

spektroskop
Spektrometre.jpg
Diğer isimler spektrograf
İlgili öğeler kütle spektrografı
Farklı kırınım tabanlı spektrometrelerin karşılaştırılması: Yansıma optiği, kırılma optiği, fiber/entegre optik

Spektroskoplar genellikle astronomide ve kimyanın bazı dallarında kullanılır . İlk spektroskoplar , ışığın dalga boylarını işaretleyen dereceli prizmalardı . Modern spektroskoplar genellikle , tümü otomatikleştirilmiş ve bir bilgisayar tarafından kontrol edilen bir kırınım ızgarası , hareketli bir yarık ve bir tür fotodetektör kullanır .

Joseph von Fraunhofer , bir prizma, kırınım yarığı ve teleskopu spektral çözünürlüğü artıracak ve diğer laboratuvarlarda tekrarlanabilir şekilde birleştirerek ilk modern spektroskopu geliştirdi . Fraunhofer ayrıca ilk kırınım spektroskopunu icat etmeye devam etti. Gustav Robert Kirchhoff ve Robert Bunsen , spektroskopların kimyasal analize uygulanmasını keşfettiler ve sezyum ve rubidyumu keşfetmek için bu yaklaşımı kullandılar . Kirchhoff ve Bunsen'in analizi , Fraunhofer çizgileri de dahil olmak üzere yıldız spektrumlarının kimyasal bir açıklamasını da mümkün kıldı .

Bir malzeme akkor hale gelinceye kadar ısıtıldığında , malzemenin atomik yapısının özelliği olan ışık yayar . Belirli ışık frekansları, parmak izi olarak düşünülebilecek ölçekte keskin bir şekilde tanımlanmış bantlara yol açar. Örneğin, sodyum elementi , 588.9950 ve 589.5924 nanometrelerde Sodyum D-çizgileri olarak bilinen çok karakteristik bir çift sarı banda sahiptir ve bu rengi, düşük basınçlı bir sodyum buharlı lamba gören herkese aşina olacaktır .

19. yüzyılın başlarındaki orijinal spektroskop tasarımında, ışık bir yarığa girdi ve bir kolimatör mercek ışığı ince bir paralel ışın demetine dönüştürdü. Işık daha sonra bir prizmadan (elde tutulan spektroskoplarda, genellikle bir Amici prizması ) geçti, bu da ışını bir spektruma kırar , çünkü farklı dalga boyları dağılım nedeniyle farklı miktarlarda kırılırdı . Bu görüntü daha sonra, spektral görüntünün üzerine aktarılan ve doğrudan ölçümünü sağlayan bir ölçeğe sahip bir tüp aracılığıyla görüntülendi.

Fotoğraf filminin gelişmesiyle daha doğru spektrograf yaratıldı. Spektroskopla aynı prensibe dayanıyordu, ancak görüntüleme tüpünün yerine bir kamerası vardı. Son yıllarda, fotoçoğaltıcı tüpün etrafına inşa edilen elektronik devreler , kameranın yerini alarak gerçek zamanlı spektrografik analize çok daha yüksek doğrulukla izin verdi. Spektrografik sistemlerde film yerine fotosensör dizileri de kullanılır. Bu tür spektral analiz veya spektroskopi, bilinmeyen malzemenin bileşimini analiz etmek ve astronomik olayları incelemek ve astronomik teorileri test etmek için önemli bir bilimsel araç haline geldi.

UV, görünür ve IR'ye yakın spektral aralıklardaki modern spektrograflarda, spektrum genellikle birim dalga boyu (nm veya μm), dalga sayısı (μm -1 , cm -1 ), frekans (THz) başına foton sayısı şeklinde verilir. ) veya enerji (eV), apsis ile gösterilen birimlerle . Orta ila uzak IR'de, spektrumlar tipik olarak birim dalga boyu (μm) veya dalga sayısı (cm -1 ) başına Watt birimleriyle ifade edilir . Çoğu durumda, spektrum, ima edilen bırakılan birimlerle (spektral kanal başına "dijital sayımlar" gibi) görüntülenir.

Görünür spektrometreler için tipik olarak kullanılan dört apsis tipinin karşılaştırılması.
Kızılötesi spektrometreler için tipik olarak kullanılan dört apsis tipinin karşılaştırılması.

spektrograflar

Bir prizmaya dayalı çok basit bir spektroskop
KMOS spektrograf.
Çek Cumhuriyeti, Ondřejov'daki Çek Astronomi Enstitüsü'nde Yatay Güneş Spektrografı

Spektrograf, ışığı dalga boylarına göre ayıran ve bu verileri kaydeden bir araçtır. Bir spektrograf, tipik olarak, ışık spektrumunu algılayan ve kaydeden çok kanallı bir dedektör sistemine veya kameraya sahiptir.

Bu terim ilk olarak 1876'da Dr. Henry Draper tarafından bu cihazın en eski versiyonunu icat ettiğinde ve Vega'nın spektrumunun birkaç fotoğrafını çekmek için kullanıldı . Spektrografın bu en eski versiyonunun kullanımı hantal ve yönetimi zordu.

Dalgaların kesin doğasına bağlı olarak, spektrograf olarak adlandırılan birkaç tür makine vardır . İlk spektrograflar dedektör olarak fotoğraf kağıdını kullandı . Bitki pigmenti fitokromu , dedektör olarak canlı bitkileri kullanan bir spektrograf kullanılarak keşfedildi. Daha yeni spektrograflar, hem görünür hem de UV ışığı için kullanılabilen CCD'ler gibi elektronik dedektörler kullanır . Detektörün tam seçimi, kaydedilecek ışığın dalga boylarına bağlıdır.

Bir spektrograf, monokromatöre benzetme olarak bazen polikromatör olarak adlandırılır .

Yıldız ve güneş spektrografı

Ana dizinin yıldız tayfsal sınıflandırması ve keşfi , Hubble yasası ve Hubble dizisinin tümü, fotoğraf kağıdı kullanan tayfölçerlerle yapılmıştır. Yakında çıkacak olan James Webb Uzay Teleskobu , hem yakın-kızılötesi spektrograf ( NIRSpec ) hem de orta-kızılötesi tayfölçer ( MIRI ) içerecektir .

Echelle spektrografı

Bir Echelle spektrografı , birbirine göre 90 derece döndürülmüş ve birbirine yakın yerleştirilmiş iki kırınım ızgarası kullanır . Bu nedenle, bir yarık değil bir giriş noktası kullanılır ve bir 2d CCD çipi spektrumu kaydeder. Genellikle biri diyagonal üzerinde bir spektrum almayı tahmin eder, ancak her iki ızgara da geniş bir aralığa sahip olduğunda ve biri parladığında, böylece yalnızca birinci derece görünür ve diğeri çok sayıda yüksek dereceli görünür olacak şekilde parladığında, biri çok küçük bir ortak CCD çipi üzerine güzelce katlanmış ince spektrum. Küçük çip, aynı zamanda, kolimatör optiklerin koma veya astigmatizma için optimize edilmesine gerek olmadığı, ancak küresel sapmanın sıfıra ayarlanabileceği anlamına gelir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

bibliyografya

Dış bağlantılar

Optik spektrometre de Curlie