طیف سنج چیست؟

طیف سنج چیست؟

اشتراک گذاری در email
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در linkedin
اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در whatsapp
طیف سنج نوری ابزاری است که ترکیب طیفی نور (طول موج و شدت) توسط آن تعیین می‌شود. نور از شکاف، وارد اسپکترومتر می‌شود و بعد از عبور از المان‌های اپتیکی و عنصر پاشنده، به مؤلفه‌های تشکیل دهنده (طول موج) تجریه می‌شود. با اینکه عملکرد اسپکترومتر بسیار ساده است اما در زمینه‌های جذب، عبور، بازتاب نور و ... کاربردهای زیادی دارد. در این دانشنامه، شما با عملکرد طیف سنج، تاریخچه و قسمت‌های تشکیل دهنده آن آشنا خواهید شد، پس این مطلب را از دست ندهید.
اسپکترومتر

فهرست مطالب

اسپکترومتر

طیف سنج به معنای وسیع، هر ابزاری است که برای اندازه‌گیری تغییر یک مشخصه فیزیکی‌ یعنی طیف، در یک محدوده مشخص استفاده می‌شود. طیف سنج جرمی، طیف سنج NMR و طیف سنج نوری سه نوع از رایج‌ترین طیف سنج‌ها است که در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی در سراسر جهان یافت می‌شود. طیف سنج‌ها در ناحیه طیفی وسیعی، از اشعه گاما و اشعه X‌ گرفته تا مادون قرمز دور، کار می‌کنند. شرکت تکسان، اسپکترومتر را در چندین مدل‌ متنوع و در بازه‌های طول موجی مختلف با توجه به نیاز مخاطبان، تولید می‌کند.

نمایش اسپکترومتر
شکل ۱: اسپکترومتر تیدا

تاریخچه

تاریخچه طیف سنج‌ها به ۳۰۰ سال قبل از میلاد مسیح، زمانی که اقلیدس کار خود را با آینه‌ها شروع کرد، برمی‌گردد. در اواخر قرن هفدهم، ایزاک نیوتن کلمه طیف را برای توصیف طیف رنگ‌های ایجاد شده توسط پراکندگی نور در منشور، به کار برد. تجزیه و تحلیل و مطالعه بیشتر تئوری رنگ به تدریج ادامه یافت و در اوایل قرن نوزدهم، اولین طیف سنج‌ها توسط دانشمندان مختلف شروع به ظهور کردند.

طیف سنج نوری چگونه کار می‌کند؟

طیف سنج، در ابتدا نور را جذب می‌کند و سپس آن را به اجزای طیفی (که به آن سیگنال گفته می‌شود) تقسیم می‌کند. برای این‌که طیف از طریق کامپیوتر قابل نمایش باشد، سیگنال، به عنوان تابعی از طول موج دیجیتالی می‌شود. لازمه این فرایند این است که نور از طریق شکاف ورودی وارد اسپکترومتر شود. شکاف ورودی، یک دیافراگمی است که میزان نور ورودی به اسپکترومتر را کنترل می‌کند. سپس نور توسط آینه مقعر جمع و به سمت یک عنصر پراکنده، هدایت می‌شود. توری، اجزای طیفی نور را در زاویه‌های متفاوتی پراکنده می‌کند. نور پراکنده شده، توسط آینه مقعر دوم بر روی آشکارساز متمرکز می‌شود. در آشکارساز، فوتون‌ها به الکترون‌ها تبدیل شده و طی فرایندی این الکترون‌ها به صورت کدهای دیجیتالی نمایان می‌گردند. در مرحله بعد، نرم‌افزار، بر اساس تعداد پیکسل‌های آشکارساز و پراکندگی خطی شبکه پراش، سیگنال را درون‌یابی می‌کند و از آن طریق کالیبراسیون ایجاد می‌شود. در نهایت داده‌ها به عنوان تابعی از طول موج در محدوده طیفی مشخص رسم می‌شود.

نمایش نحوه کار اسپکترومتر
شکل ۲: نحوه کار اسپکترومتر

در طیف‌سنج‌های کم هزینه یا در شرایطی که انتخاب دقیق طول موج مهم نیست، از فیلترهای نوری برای جداسازی ناحیه طول موج مورد نظر استفاده می‌شود. اما برای انتخاب دقیق طول موج و تولید طیف‌ها، به یک عنصر پراکنده که نور را به طول موج‌های تشکیل دهنده خود جدا می‌کند، نیاز است. در تمام طیف سنج‌های مدرن، این عنصر پراکندگی یک توری پراش است که در آن از تداخل سازنده و مخرب برای جداسازی فضایی نور استفاده می‌شود (شکل ۳).

تجزیه نور به مؤلفه‌های تشکیل دهنده (طول موج) به وسیله توری پراش
شکل ۳: تجزیه نور به مولفه‌های تشکیل دهنده (طول موج) به وسیله توری پراش

کاربرد طیف سنج نوری

از طیف سنج نوری عموماً برای تجزیه و تحلیل میزان نور جذبی، عبوری و بازتابی از نمونه و تجزیه و تحلیل منبع نور، استفاده می‌شود. برای تشخیص نور ساطع شده از یک نمونه، دو روش وجود دارد. در روش اول، نور به وسیله یک توری، پراکنده می‌شود. طول موج مورد نظر از طریق یک شکاف عبور می‌کند و با نمونه برخورد می‌کند. سپس نور ساطع شده از نمونه، با آشکارساز CCD برخورد می‌کند و نور، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد. در روش دوم، نور با نمونه برخورد می‌کند، سپس نور ساطع شده از نمونه، پراکنده می‌شود و با CCD‌ برخورد می‌کند (شکل ۴). در همه طیف سنج‌ها مانند طیف سنج رامان، اسپکتروفتومتر و … حداقل یک اسپکترومتر به کار رفته است.

چیدمان های مختلف المان های اپتیکی در اسپکترومتر
شکل ۴: در حالت اول نور قبل از برخورد با نمونه، به وسیله توری پراش پراکنده می شود. پس از آن طول موج مورد نظر از اسلیت عبور کرده و با نمونه برخورد می کند. در حالت دوم نور مستقیما با نمونه برخورد می کند. پس از آن از طریق توری پراکنده شده و بعد از آن با CCD برخورد می کند.

خلاصه

طیف سنج نوری یا اسپکترومتر، ابزاری است که برای اندازه‌گیری خصوصیات نور در قسمت خاصی از طیف الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اساس کار طیف سنج به این صورت است که ابتدا نور وارد اسپکترومتر می‌شود و توسط آینه به سمت توری هدایت می‌شود. توری پراش، نور را پراکنده می‌کند و نور پراکنده شده توسط آینه دوم به آشکار ساز می‌رسد و به این ترتیب، برخی از ویژگی‌های نور از جمله شدت، ناحیه طول موجی و … تعیین می‌شود. از طیف سنج، برای اندازه‌گیری میزان جذب، عبور، بازتاب نور و برای تجزیه و تحلیل منابع نوری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

منابع

  1. https://kutt.it/5H6SRv
  2. https://kutt.it/1QJhPn
  3. https://kutt.it/OkJrCB
id felis ut quis, commodo ultricies velit, felis