Что такое спектроскоп?

Что такое спектроскоп?

Спектроскоп — это устройство, которое разделяет компоненты света, чтобы измерить только интенсивность света на интересующей длине волны из композита света с различными длинами волн.

В последнее время многие спектрометры интегрировали детектор разделенного света, и весь процесс от разделения света до механизма обнаружения иногда в совокупности называют спектроскопом.

Применение спектроскопов

Спектроскопы используются во всех отраслях промышленности и областях исследований, поскольку они, в принципе, могут спектрировать источники света в различных диапазонах длин волн, от радиоволн до излучения, независимо от того, отражается ли свет или передается, а не только видимый свет.

В области аналитической химии он используется для измерения интенсивности солнечного света и плазменной люминесценции, а также для оценки оптических свойств, таких как отражательная способность материалов.

Они также часто включаются без ведома в линии контроля качества, которые обнаруживают отраженный свет или другие произвольные длины волн в линиях проверки продукции с использованием источников света, таких как лазеры.

Принцип работы спектроскопов

Обычно для спектрального анализа источника света необходимо сначала придать свету форму.

После установки светового разрешения путем пропускания источника света через зазор, называемый щелью, источник света коллимируется коллиматором, сделанным из линз и зеркал.

Спектроскопия может быть выполнена путем пропускания этого коллимированного света в спектрометр. Существует два типа спектрографов: дифракционный решетчатый тип, который использует явление дифракции света, а также призматический тип, который использует явление преломления света.

В дифракционной решетке длина волны и разрешение света, которые могут быть обнаружены, могут быть изменены путем изменения дифракционной картины. Это происходит потому, что спектроскопия выполняется с использованием отражения света, отраженного дифракционными решетками, выгравированными на регулярных интервалах на поверхности монохроматора.

Принцип работы спектроскопа дифракционной решетки объясняется здесь.

Когда коллимированный свет от источника света (белый свет), содержащий свет с различными длинами волн, падает на дифракционную решетку, в каждой позиции образуются множественные решетки или решетчатые структуры (G1, G2, …). Здесь происходит интерференция света, и монохроматический свет, в котором усиливается только определенная длина волны λ, излучается в угловом направлении (θ), где оптическая разность хода (dsinθ) отраженного света, исходящего от каждой решетки, удовлетворяет заданному условию (целое кратное длины волны λ).

Таким образом, различные длины волн рассеиваются (разделяются в радужном узоре) под разными углами дифракционной решеткой.

Используя щель, из рассеянного отраженного света можно извлечь только монохроматический свет определенной длины волны. Это принцип работы спектроскопа решетчатого типа. Вращая решетку, можно изменять длину волны извлекаемого света.

Как выбрать спектроскоп

При использовании спектроскопа со встроенным детектором необходимо выбрать подходящий для длины волны измеряемого источника света.

Например, если источник света находится в диапазоне от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного, то подойдет ПЗС, но если длина волны источника света больше, то необходим детектор типа InGaAs.

Как упоминалось в принципе измерения, длина волны спектроскопа с дифракционной решеткой определяется дифракционной картиной, поэтому необходимо выбрать спектроскоп, подходящий для интересующей длины волны.

Разрешение призматического спектрометра определяется природой призмы, но его особенностью является отсутствие потери интенсивности света, поэтому рекомендуется выбирать правильный прибор в зависимости от области применения.

Как использовать спектроскоп

Общая процедура использования аналитического прибора со спектроскопом выглядит следующим образом:

1. Определите измеряемое вещество и диапазон длин волн.
2. Выберите спектроскоп, соответствующий длине волны, которую вы хотите измерить.
3. Осветите вещество светом и проведите спектроскопию на нужной длине волны.
4. Поместите желаемый свет в датчик для обнаружения сигнала.
5. Полученный сигнал преобразуется в спектр.

Если это дорогой объект, используемый в лаборатории, спектрометр, называемый интерферометром Майкельсона, автоматически определяет длину волны определенного света. Даже небольшая портативная машина может определить нужную длину волны, пропуская свет, прошедший или отраженный через материал, через сменный спектроскоп.

Полученные длины волн поступают в датчик (детектор) и детектируются как сигнал для каждой длины волны. Этот сигнал преобразуется в форму волны, называемую спектром, и путем анализа этого спектра анализируется состояние вещества.

Примеры экспериментов со спектроскопом

Существует несколько примеров экспериментов с использованием спектроскопов, в зависимости от измеряемой длины волны.

Например, ниже приведены примеры экспериментов в каждом диапазоне длин волн, начиная со стороны коротких длин волн.

1. Рентгеновский спектроскоп используется для определения состава поверхности материала путем воздействия на поверхность рентгеновских лучей и пропускания отраженного света через спектроскоп.
2. Ультрафиолетовый/видимый спектроскоп определяет состав объекта и количество содержащегося в нем света путем пропускания света через материал.
3. Инфракрасные спектроскопы выявляют структуру вещества, освещая светом связи между молекулами.

Таким образом, полученная информация зависит от диапазона длин волн спектроскопа.

Спектры, полученные с помощью спектроскопа

Целью использования спектроскопа является получение информации от неизвестного или известного вещества и ее анализ для определения состояния вещества. Окончательный спектр, или диаграмма формы волны, полученная с помощью спектроскопа, используется для этого анализа.

Спектр, полученный с помощью спектроскопа, включает в себя примеры ниже. Сначала определите информацию, которую вы хотите узнать, а затем выберите подходящий спектроскоп для получения спектра.

1. Рентгеновский спектроскоп идентифицирует атомы по пикам измеряемых характеристических рентгеновских лучей.
2. УФ/видимый спектроскопы обнаруживают разницу энергий между электронами, возбужденными при прохождении света через образец, в виде спектра.
3. Инфракрасный спектроскоп обнаруживает колебательную энергию между связями, соединяющими атомы, в виде спектра.