Τι είναι το Φασματόμετρο; Επεξήγηση φασματόμετρο UV, VIS και IR

Συγγραφέας: Ng Ci Xuan – Πρακτικάριος Έρευνας και Ανάπτυξης

Επιμέλεια: Πρήθη – Μηχανικός Τεχνικής Υποστήριξης

Δημοσίευση: Απρίλιος 29 2020

1. Τι είναι το Φασματόμετρο;

Φασματόμετρο είναι ένας γενικός όρος που περιγράφει ένα όργανο που διαχωρίζει και μετρά τα φασματικά συστατικά ενός φυσικού χαρακτηριστικού. Είναι συσκευές που μετρούν μια συνεχή μεταβλητή στην οποία τα συστατικά του φάσματος διαχωρίζονται από το αρχικό τους μείγμα.

Υπάρχουν διάφορες παραλλαγές φασματόμετρων γύρω και μερικές από τις πιο κοινές που υπάρχουν είναι το φασματόμετρο πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR), το φασματόμετρο μάζας και το οπτικό φασματόμετρο.

1.1 Φασματόμετρο NMR

Το φασματόμετρο NMR παρατηρεί και μετρά την αλληλεπίδραση των σπιν πυρήνων όταν το δείγμα τοποθετείται σε ένα ισχυρό, σταθερό μαγνητικό πεδίο. Το σήμα NMR παράγεται όταν οι πυρήνες αλληλεπιδρούν με το μαγνητικό πεδίο σε συχνότητα που συντονίζεται με τη συχνότητα των πυρήνων.

Το ενδομοριακό μαγνητικό πεδίο που περιβάλλει το άτομο σε ένα μόριο αλλάζει με τη συχνότητα συντονισμού, αποκαλύπτοντας επομένως τη μοριακή δομή του δείγματος.

1.2 Φασματόμετρο μάζας

Ένα φασματόμετρο μάζας μετρά την αναλογία μάζας προς φορτίο των ιόντων και προσδιορίζει τη σύνθεση των στοιχείων που υπάρχουν σε ένα δείγμα. Αυτό λειτουργεί με ιονισμό ενός δείγματος, το οποίο αναγκάζει ορισμένα από τα μόρια να φορτιστούν και να διαχωριστούν ανάλογα με την αναλογία μάζας προς φορτίο.

Αυτά τα ιόντα στη συνέχεια ανιχνεύονται από μια συσκευή που μπορεί να ανιχνεύσει φορτισμένα σωματίδια.

1.3 Οπτικό Φασματόμετρο

Ένα οπτικό φασματόμετρο μετρά τις ιδιότητες του φωτός, συνήθως κοντά στην οπτική περιοχή στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, δηλαδή το υπεριώδες, το ορατό και το υπέρυθρο φως.

Η αλλαγή στην απορρόφηση και την εκπομπή της έντασης του φωτός με το μήκος κύματος επιτρέπει την αναγνώριση υλικών.

Σε αυτό το άρθρο, θα επικεντρωθούμε στο οπτικό φασματόμετρο.

2. Αρχή Λειτουργίας Φασματομέτρου

Ένα φασματόμετρο αποτελείται από τρία κύρια στοιχεία - σχισμή εισόδου, πλέγμα και ανιχνευτή.

2.1 σχισμή εισόδου

Το φως από την πηγή εισέρχεται στη σχισμή εισόδου και το μέγεθος της σχισμής καθορίζει την ποσότητα φωτός που μπορεί να μετρηθεί από το όργανο. Το μέγεθος της σχισμής επηρεάζει επίσης την οπτική ανάλυση του φασματόμετρου, όπου όσο μικρότερο είναι το μέγεθος της σχισμής τόσο καλύτερη είναι η ανάλυση.

Η δέσμη γίνεται αποκλίνουσα αφού περάσει από τη σχισμή και με την ανάκλαση της αποκλίνουσας δέσμης σε έναν καθρέφτη ευθυγράμμισης, η δέσμη ευθυγραμμίζεται. Οι συγκεντρωμένες ακτίνες στη συνέχεια κατευθύνονται προς ένα πλέγμα περίθλασης. Το πλέγμα λειτουργεί ως στοιχείο διασποράς και διασπά το φως στα μήκη κύματος που το αποτελούν.

2.2 Τρίψιμο

Ένας μονόχρωμος χρησιμοποιεί ένα φαινόμενο οπτικής διασποράς σε ένα πρίσμα ή περίθλασης από πλέγματα περίθλασης για να επιλέξει ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός. Στα παραδοσιακά φασματόμετρα, τα πρίσματα χρησιμοποιήθηκαν για τη διασπορά του φωτός.

Ωστόσο, με την εφεύρεση του πλέγματος περίθλασης, έγινε ο πιο χρησιμοποιούμενος μονοχρωμάτης στα σύγχρονα φασματόμετρα καθώς έχει περισσότερα πλεονεκτήματα έναντι του πρίσματος.

Και οι δύο συσκευές είναι ικανές να χωρίζουν το φως σε πολλά χρώματα, αλλά μπορεί να κατασκευαστεί ένα πλέγμα περίθλασης για να απλώσει τα χρώματα σε μεγαλύτερη γωνία από ένα πρίσμα. Τα πρίσματα έχουν επίσης υψηλότερη διασπορά μόνο στην περιοχή UV ενώ τα πλέγματα περίθλασης έχουν υψηλή και σταθερή διασπορά σε όλο το φάσμα UV, VIS και IR.

Μόλις το φως χτυπήσει το πλέγμα περίθλασης, κάθε μήκος κύματος ανακλάται σε διαφορετική γωνία. Το πλέγμα περίθλασης διαφορετικών μεγεθών χρησιμοποιείται επίσης για τον προσδιορισμό διαφορετικών περιοχών μήκους κύματος.

Η δέσμη γίνεται ξανά αποκλίνουσα αφού ανακλαστεί από το πλέγμα, έτσι χτυπά ένα δεύτερο κάτοπτρο για να εστιάσει και να τον κατευθύνει προς τον ανιχνευτή.

2.3 Ανιχνευτής

Ο ανιχνευτής συλλαμβάνει τα φάσματα φωτός και μετρά την ένταση του φωτός σε συνάρτηση με το μήκος κύματος. Αυτά τα δεδομένα στη συνέχεια ψηφιοποιούνται και απεικονίζονται σε λογισμικό ως γράφημα.

3. Μέρη ενός Φασματομέτρου

Η παραπάνω ενότητα μίλησε για το πώς λειτουργεί ένα φασματόμετρο. Σε αυτή την ενότητα, θα καλυφθούν τα συστατικά ενός φασματόμετρου και η ποικιλία κάθε συστατικού.

3.1 Πηγές φωτός

Οι πηγές φωτός που βρίσκονται συνήθως σε ένα φασματόμετρο είναι κατασκευασμένες από αλογόνο βολφραμίου, δευτέριο, τόξα ξένου, LED, αργό υδραργύρου, ψευδάργυρο ή λέιζερ.

3.2 σχισμή εισόδου

Οι σχισμές διατίθενται σε διάφορα μεγέθη, από 5μm έως 800μm με ύψος 1mm έως 2mm. Το μέγεθος της σχισμής εξαρτάται από την εφαρμογή και οι πιο συνηθισμένες σχισμές που χρησιμοποιούνται είναι σε πλάτη 10, 25, 50, 100 και 200μm.

3.3 Καθρέφτες

Οι πιο συνηθισμένοι τύποι κατόπτρων γύρω είναι συνήθως τα επίπεδα και τα σφαιρικά κάτοπτρα. Τα σφαιρικά κάτοπτρα μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους - κοίλα και κυρτά σφαιρικά κάτοπτρα. Ωστόσο, σε ένα φασματόμετρο, συνήθως χρησιμοποιούνται κοίλα σφαιρικά κάτοπτρα.

3.4 Σχάρες περίθλασης

Υπάρχουν δύο τύποι δικτυωμάτων περίθλασης που διατίθενται στην αγορά – Κανονικό πλέγμα και Ολογραφικό πλέγμα.

Ένα πλέγμα με κανόνα παράγεται με φυσική χάραξη αυλακώσεων σε μια ανακλαστική επιφάνεια χρησιμοποιώντας ένα εργαλείο σε σχήμα ρόμβου σε μια μηχανή χάραξης, ενώ ένα ολογραφικό πλέγμα παράγεται με μια διαδικασία γνωστή ως λιθογραφία παρεμβολής, η οποία κατασκευάζει ένα σχέδιο παρεμβολής χρησιμοποιώντας δύο δέσμες UV.

Οι δικτυωτές σχάρες μπορούν να φουσκώσουν για συγκεκριμένα μήκη κύματος και συνήθως έχουν υψηλότερη απόδοση από τις ολογραφικές σχάρες.

Οι ολογραφικές σχάρες τείνουν να έχουν πιο ομοιόμορφη μορφή αυλάκωσης και απόσταση και παράγουν λιγότερο αδέσποτο φως καθώς παράγονται οπτικά.

3.5 Κάτοχοι

Τα δείγματα είναι συνήθως υγρά, αλλά μπορούν επίσης να δοκιμαστούν αέρια και στερεά. Τα δείγματα τοποθετούνται συνήθως μέσα σε ένα διαφανές κελί, που ονομάζεται κυψελίδα. Οι δοκιμαστικοί σωλήνες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν στη θέση των κυβετών σε κάποιο εξοπλισμό.

Το υλικό που χρησιμοποιείται για την παραγωγή της κυβέτας εξαρτάται από το φασματικό εύρος που καλύπτει το φασματόμετρο. Το λιωμένο πυρίτιο ή το γυαλί χαλαζία χρησιμοποιούνται συνήθως καθώς είναι διαφανή μέσω των περιοχών UV σε υπερύθρες.

3.6 Ανιχνευτές

Υπάρχει μεγάλη ποικιλία ανιχνευτών που χρησιμοποιούνται σε διαφορετικά φασματόμετρα και μερικοί κοινώς χρησιμοποιούμενοι ανιχνευτές είναι ο σωλήνας φωτοπολλαπλασιαστή (PMT), η φωτοδίοδος, η διάταξη φωτοδιόδου, η συσκευή συζευγμένης φόρτισης (CCD), το βολόμετρο και ο πολυκαναλικός αναλυτής (MCA).

3.7 Διεπαφή

Τα περισσότερα συστήματα φασματόμετρων διασυνδέονται με τον υπολογιστή μέσω USB, RS-232 ή Ethernet. Με τις τεχνολογικές εξελίξεις, τα νεότερα συστήματα είναι σε θέση να μεταφέρουν δεδομένα ασύρματα χρησιμοποιώντας Wi-Fi και Bluetooth.

3.8 Λογισμικό

Πολλά λογισμικά μπορούν να εφαρμοστούν για χρήση με φασματόμετρα για τη συλλογή δεδομένων. Οι περισσότερες εταιρείες που παράγουν το όργανο παρέχουν επίσης λογισμικό που είναι συμβατό με το φασματόμετρο που παράγουν. Για παράδειγμα, τα φασματόμετρα της StellarNet συνοδεύονται από το λογισμικό τους, γνωστό ως SpectraWiz.

Εκτός από τέτοιο έτοιμο λογισμικό, άλλα σας επιτρέπουν να κωδικοποιήσετε και να δημιουργήσετε το πρόγραμμά σας και να το προσαρμόσετε ανάλογα με τις ανάγκες σας, π.χ. LabVIEW, Visual C, C#, VB, VBA για MS Excel και MATLAB.

4. Χρήση Φασματομέτρων

Υπάρχουν διάφορες χρήσεις για ένα φασματόμετρο.

Ένα παράδειγμα είναι ένα φασματόμετρο UV που χρησιμοποιεί φασματικό εύρος 200 – 400 nm, εγκατεστημένο με σχισμή εισόδου πλάτους 200 μm, μαζί με ολογραφική σχάρα με μέγεθος αυλάκωσης 2400 g/mm και με ανιχνευτή CCD 2000 pixel, μπορεί να ανιχνεύσει ακαθαρσίες σε οργανικά μόρια – όπως το βενζόλιο, που είναι μια κοινή ακαθαρσία που βρίσκεται στο κυκλοεξάνιο και η παρουσία του μπορεί εύκολα να ανιχνευθεί με την απορρόφησή του με μια κορυφή στα 255 nm στο φάσμα.

5. Τύποι Οπτικών Φασματομέτρων

Τα οπτικά φασματόμετρα μπορούν να ταξινομηθούν με δύο τρόπους. Ο πρώτος τρόπος είναι από το μήκος κύματος τους ενώ ο δεύτερος τρόπος είναι από τις ιδιότητες αλληλεπίδρασης φωτός.

5.1 Μήκος κύματος

5.1.1 Υπεριώδες (UV)

Η φασματοσκοπία UV χρησιμοποιεί φως στην περιοχή UV μήκους κύματος μεταξύ 200 και 400 nm για να μετρήσει πόσο φως απορροφά ή αντανακλά ένα δείγμα και να προσδιορίσει τις συγκεντρώσεις των στοιχείων στο δείγμα.

Τα ηλεκτρόνια στο δείγμα διεγείρονται από τη θεμελιώδη κατάσταση σε μια υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση καθώς τα μόρια απορροφούν την ενέργεια που εκπέμπεται από το υπεριώδες φως. Η ποσότητα ενέργειας που έχουν τα ηλεκτρόνια είναι ανάλογη με το μήκος του μήκους κύματος που μπορούν να απορροφήσουν.

Η αναγνώριση του δείγματος γίνεται συγκρίνοντας το φάσμα που παράγεται όταν το δείγμα απορροφά την υπεριώδη ακτινοβολία με τα φάσματα γνωστών ενώσεων.

Ένα φασματόμετρο υπεριώδους ακτινοβολίας συνήθως χρησιμοποιεί λάμπες αλογόνου τόξου δευτερίου, τόξου ξένου ή βολφραμίου. Ο τύπος του πλέγματος που χρησιμοποιείται είναι συνήθως ολογραφικό πλέγμα και ο ανιχνευτής που χρησιμοποιείται είναι συνήθως PMT, φωτοδίοδος, διάταξη φωτοδιόδου ή CCD. Οι ανιχνευτές συνήθως έχουν μέγεθος pixel 14μm επί 200μm.

Ένα φασματόμετρο UV χρησιμοποιείται συνήθως σε βιομηχανίες όπως η Επιστήμη των Υλικών, ο Ποιοτικός Έλεγχος, η Πετροχημεία, τα Τρόφιμα και η Γεωργία, η Επιστήμη της Ζωής, τα Οπτικά Εξαρτήματα κ.λπ.

Συνήθως χρησιμοποιείται επίσης σε εφαρμογές όπως η ανίχνευση ακαθαρσιών, η παρουσία ή απουσία οποιασδήποτε λειτουργικής ομάδας σε μια ένωση, η ταυτοποίηση ενώσεων, η δομική διαλεύκανση οργανικών ενώσεων κ.λπ.

5.1.2 Ορατό (VIS)

Ένα φασματόμετρο VIS λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως το φασματόμετρο UV, εκτός από το ότι χρησιμοποιεί φως στην ορατή περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, δηλαδή μήκος κύματος από 400nm έως 700nm, για να εντοπίσει ενώσεις που δεν αλληλεπιδρούν με το υπεριώδες φως.

Αυτό το όργανο μπορεί επίσης να προσδιορίσει τη συγκέντρωση ουσιών σε ένα δείγμα μετρώντας τη διαπερατότητα ή την ένταση απορρόφησής του.

Το αλογόνο βολφραμίου, οι λαμπτήρες xenon και τα LED χρησιμοποιούνται συνήθως ως πηγές φωτός σε ένα φασματόμετρο VIS.

Χρησιμοποιεί τον ίδιο τύπο πλέγματος περίθλασης και ανιχνευτή με ένα φασματόμετρο UV. Το φασματόμετρο VIS χρησιμοποιείται επίσης κυρίως στις ίδιες βιομηχανίες και εφαρμογές με το φασματόμετρο UV.

5.1.3 Υπέρυθρες (IR)

Το φασματόμετρο υπερύθρων χρησιμοποιεί τις δονητικές μεταβάσεις ενός οργανικού μορίου με υπέρυθρο φως για την αναγνώριση υλικών στα φάσματα υπερύθρου.

Το φως υπερύθρων μπορεί να χωριστεί σε τρία μέρη μεταξύ 700nm έως 1mm – κοντά, μεσαίο και μακρινό υπέρυθρο, που είναι σε σχέση με το ορατό φάσμα.

Τα φωτόνια από το mid-IR και μετά είναι ικανά να επάγουν δονητικές διεγέρσεις μόνο σε άτομα με ομοιοπολικό δεσμό και δεν είναι ικανά να διεγείρουν ηλεκτρόνια καθώς οι ενέργειες δεν είναι αρκετά μεγάλες.

Το δείγμα απορροφά την ακτινοβολία IR και αντιστοιχεί σε ενέργεια σε αυτές τις δονήσεις. Αυτό επιτρέπει την καταγραφή των φασμάτων απορρόφησης των ενώσεων και τα φάσματα είναι μοναδικά για κάθε ένωση.

Το φασματόμετρο IR μετασχηματισμού Fourier (FTIR), το οποίο συλλέγει δεδομένα σε ένα ευρύ φάσμα, χρησιμοποιεί το μετασχηματισμό Fourier για να μετατρέψει τα ακατέργαστα δεδομένα σε ένα φάσμα.

Κοντά, μεσαία και μακριά IR χρησιμοποιούν λαμπτήρες βολφραμίου-αλογόνου, σφαιρικούς και υδραργύρου λαμπτήρες, αντίστοιχα. Ο τύπος του εγκατεστημένου πλέγματος είναι συνήθως πλέγμα με κανόνα. Τα φασματόμετρα NIR συνήθως χρησιμοποιούν φωτοδίοδοι InGaAs με μέγεθος pixel 25μm επί 500μm, ενώ τα φασματόμετρα MIR χρησιμοποιούν πυροηλεκτρικούς ανιχνευτές με μέγεθος εικονοστοιχείων 48.5μm επί 48.5μm και τα φασματόμετρα FIR χρησιμοποιούν βολόμετρα a-Si ή VOx75μm μεγέθους 75μm ανά εικονοστοιχεία.

Αυτό μπορεί να βρεθεί συνήθως σε βιομηχανίες όπως τα φαρμακευτικά προϊόντα, η περιβαλλοντική ασφάλεια, τα τρόφιμα και τα υλικά. Οι εφαρμογές που χρησιμοποιούν φασματόμετρο IR περιλαμβάνουν χαρακτηρισμό πρωτεϊνών, εξερεύνηση διαστήματος, ταυτοποίηση ενώσεων, ανάλυση ημιαγωγών νανοκλίμακας κ.λπ.

5.2 Αλληλεπιδράσεις

5.2.1 Απορρόφηση

Όπως υποδηλώνει το όνομά της, η φασματοσκοπία απορρόφησης μετρά την απορρόφηση της ακτινοβολίας, σε συνάρτηση με το μήκος κύματος ή τη συχνότητα, ενός δείγματος με την πηγή.

Το δείγμα απορροφά ενέργεια από την πηγή και η ένταση της απορρόφησης ποικίλλει ανάλογα με τη συχνότητα, αυτή η διακύμανση στη συνέχεια παράγει το φάσμα απορρόφησης. Αυτή η μέθοδος φασματοσκοπίας γίνεται σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.

Η φασματοσκοπία απορρόφησης χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των ενώσεων που υπάρχουν σε ένα δείγμα και για τη μέτρηση της συγκέντρωσής του σε αυτό. Η φασματοσκοπία UV, VIS και IR που αναφέρονται παραπάνω είναι παραδείγματα φασματοσκοπίας απορρόφησης.

Η πιο κοινή πηγή φωτός που χρησιμοποιείται στη φασματομετρία απορρόφησης είναι ένας λαμπτήρας κοίλης καθόδου και ένας PMT χρησιμοποιείται ως ανιχνευτής. Αυτό χρησιμοποιείται συχνά στην τηλεπισκόπηση, την αστρονομία και την ατομική και μοριακή φυσική.

5.2.2 Ανάκλαση

Η φασματοσκοπία ανάκλασης μετρά την ποσότητα φωτός που έχει ανακλαστεί ή διασκορπιστεί από ένα δείγμα.

Τα φωτόνια από την πηγή που ανακλώνται από το δείγμα ή διαθλώνται μέσω του δείγματος λέγεται ότι είναι διασκορπισμένα.

Αυτά τα σκεδασμένα φωτόνια στη συνέχεια ανιχνεύονται και καταγράφονται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα διάγραμμα ανάκλασης έναντι μήκους κύματος.

Τα συστήματα φασματοσκοπίας ανάκλασης συνήθως χρησιμοποιούν λέιζερ, διόδους υπερφωταύγειας, LED ή λαμπτήρες αλογόνου ως πηγή φωτός και CCD, φωτοδίοδος ή MCA ως ανιχνευτή.

Το φασματόμετρο ανάκλασης χρησιμοποιείται στην ιατρική βιομηχανία για να παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη συγκέντρωση των ιστών και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε βιομηχανίες όπως η περιβαλλοντική επιστήμη και η γεωλογία.

5.2.3 Διαπερατότητα

Η φασματοσκοπία μετάδοσης αναφέρεται στη μέτρηση της ποσότητας φωτός που διέρχεται από ένα δείγμα αμετάβλητο.

Είναι πολύ αλληλένδετο με τη φασματοσκοπία απορρόφησης, ως εκ τούτου μοιράζονται μια παρόμοια διάταξη.

Ένα φάσμα μετάδοσης θα έχει τις υψηλότερες κορυφές του σε μήκη κύματος όπου η απορρόφηση είναι ασθενέστερη καθώς περισσότερο φως περνά μέσα από το δείγμα.

Ανάλογα με το φασματικό εύρος, χρησιμοποιούνται διαφορετικές πηγές φωτός. Χρησιμοποιούνται συχνά λυχνίες LED, λαμπτήρες αλογόνου βολφραμίου ή δευτερίου. Τυπικοί ανιχνευτές που επιλέγονται είναι οι φωτοδίοδοι και οι CCD. Αυτό χρησιμοποιείται συχνά στη φαρμακευτική ανάλυση.

5.2.4 Φθορισμός

Όπως αναφέρθηκε στη φασματοσκοπία υπεριώδους ακτινοβολίας, τα ηλεκτρόνια σε ένα δείγμα διεγείρονται όταν αυτό απορροφά φως και μετακινείται από τη θεμελιώδη κατάσταση σε μια ανώτερη ηλεκτρονική κατάσταση που αποτελείται από διάφορες καταστάσεις δόνησης.

Τα διεγερμένα ηλεκτρόνια μπορούν να περάσουν στη βασική τους κατάσταση εκπέμποντας ένα φωτόνιο και αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως φθορισμός.

Καθώς τα ηλεκτρόνια μπορεί να πέσουν σε οποιοδήποτε από τα διάφορα επίπεδα δόνησης στη θεμελιώδη κατάσταση, τα εκπεμπόμενα φωτόνια θα περιέχουν διαφορετικές ποσότητες ενέργειας, και επομένως ποικίλες εντάσεις και μήκη κύματος.

Ως εκ τούτου, η φασματοσκοπία φθορισμού ορίζεται ως η μέτρηση της ποσότητας φθορισμού από ένα δείγμα. Συνήθως χρησιμοποιεί φως στην περιοχή UV ή VIS για τη διέγερση των ηλεκτρονίων.

Ο φθορισμός μετράται με φασματόμετρα φθορισμού και μετρά διάφορα χαρακτηριστικά του φθορισμού, όπως η ένταση και η κατανομή του μήκους κύματος της εκπομπής. Στη συνέχεια, το φάσμα εκπομπής αποκαλύπτει ποια μήκη κύματος εκπέμπουν τα δείγματα.

Τα όργανα που μετρούν τον φθορισμό είναι γνωστά ως φθορόμετρα. Τα φθορόμετρα συνήθως χρησιμοποιούν λέιζερ, LED, τόξο xenon ή λαμπτήρες ατμού υδραργύρου ως πηγή φωτός τους. Οι φωτοδίοδοι ή οι PMT συνήθως επιλέγονται ως ανιχνευτές στη φασματοσκοπία φθορισμού.

Αυτή η μέθοδος φασματοσκοπίας μπορεί να βρεθεί συνήθως σε βιομηχανίες ιατρικής, βιοχημικής και περιβαλλοντικής παρακολούθησης. Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν τη διάγνωση του καρκίνου σε ανθρώπινους ιστούς, την ανίχνευση ακαθαρσιών ή την ταυτοποίηση και τη μέτρηση των συγκεντρώσεων ουσιών και την ανίχνευση διαφόρων βακτηρίων, ιών και παρασίτων που προκαλούν μόλυνση

5.2.5 Σκέδαση

Όταν το φως διέρχεται μέσα από την ύλη, το μεγαλύτερο μέρος του συνεχίζει στην αρχική του κατεύθυνση, ωστόσο, ένα μικρό μέρος διασκορπίζεται προς άλλες κατευθύνσεις.

Αυτή η τεχνική βασίζεται στη θεωρία της σκέδασης Raman. Το φαινόμενο σκέδασης είναι η ανελαστική σκέδαση φωτονίων από την ύλη, που σημαίνει ότι υπάρχει αλλαγή στην κατεύθυνση του φωτός και χάνεται ενέργεια από τα φωτόνια μετά την αλληλεπίδραση με το δείγμα.

Συνήθως, τα μόρια θα αποκτήσουν δονητική ενέργεια από τα προσπίπτοντα φωτόνια.

Το μεγαλύτερο μέρος του φωτός που διασκορπίζεται είναι αμετάβλητο σε ενέργεια και αυτό είναι η σκέδαση Rayleigh. Η σκέδαση Raman αποτελείται από ένα εξαιρετικά λεπτό κλάσμα σκεδαζόμενων φωτονίων (περίπου 1 στα 10 εκατομμύρια).

Με την ανάλυση της αλλαγής δόνησης στο δείγμα, μπορούν να προσδιοριστούν ιδιότητες όπως η χημική σύνθεση, η κρυσταλλικότητα και οι μοριακές αλληλεπιδράσεις. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η σκέδαση Raman είναι πολύ αδύναμη, επομένως απαιτείται ένα εξαιρετικά ευαίσθητο φασματόμετρο για την εξέταση του φωτός.

Αυτό το όργανο χρησιμοποιείται συνήθως σε βιομηχανίες όπως η χημεία, η φυσική, η φαρμακευτική, οι τέχνες και η ιατρική. Βοηθά στον εντοπισμό μορίων και στην εξέταση των χημικών δεσμών, στον χαρακτηρισμό και στη μελέτη των δομών των υλικών, στην ανακάλυψη πλαστών φαρμάκων σε συσκευασίες, στη μελέτη βιοορυκτών κ.λπ.

6. Φασματόμετρο Raman

Η φασματοσκοπία Raman βασίζεται στην αλληλεπίδραση του φωτός (συνήθως ενός λέιζερ) με τους χημικούς δεσμούς ενός υλικού.

Το φως διασκορπίζεται απευθείας από το δείγμα και περνά μέσα από ένα φίλτρο για να αφαιρεθούν τα σωματίδια από τη σκέδαση Rayleigh.

Το υπόλοιπο φως από τη σκέδαση Raman κατευθύνεται στη συνέχεια σε ένα πλέγμα περίθλασης πριν κατευθυνθεί προς τον ανιχνευτή.

Τελικά παράγει ένα φάσμα Raman όπου κάθε κορυφή και ένταση μπορεί να παρέχει κάποιες πληροφορίες για το δείγμα.

Το φασματόμετρο Raman χρησιμοποιεί μόνο λέιζερ συνεχών κυμάτων ως πηγή φωτός.

Συνήθως χρησιμοποιούνται λέιζερ στο φασματικό εύρος από κόκκινο έως NIR, ωστόσο, η χρήση ορατών λέιζερ σε μπλε και πράσινο χρώμα αυξάνεται τα τελευταία χρόνια.

Χρησιμοποιεί επίσης ολογραφικό πλέγμα ως μονοχρωμάτορα και CCD ως ανιχνευτή.

7. Φασματόμετρο Vs. Φασματοφωτόμετρο

Συχνά συγχέονται τα φασματόμετρα με τα φασματοφωτόμετρα. Ένα φασματοφωτόμετρο είναι ένα όργανο που μετρά τις ιδιότητες μετάδοσης και απορρόφησης του φωτός ως συνάρτηση του μήκους κύματος ενός υλικού.

Συνήθως ασχολείται με το φως στην περιοχή από το σχεδόν υπεριώδες έως το ορατό φως έως το εγγύς υπέρυθρο. Το ίδιο το φασματοφωτόμετρο περιέχει ένα φασματόμετρο καθώς και μια πηγή φωτός για τον καλύτερο φωτισμό του δείγματος.

Η αρχή λειτουργίας είναι παρόμοια με το φασματόμετρο, όπου ένας μονοχρωμάτης χρησιμοποιείται για να επιλέξει ένα μήκος κύματος φωτός για να φτάσει στο δείγμα. Ανάλογα με την αδιαφάνεια του δείγματος, το φως είτε ανακλάται είτε μεταδίδεται. Στη συνέχεια, ο ανιχνευτής καταγράφει την ένταση του ανακλώμενου ή εκπεμπόμενου φωτός.

Αυτό επαναλαμβάνεται με το μονοχρωμάτορα σε διαφορετικά μήκη κύματος για να μετρήσει ο ανιχνευτής την αλλαγή στην ένταση του φωτός. Η τελική έξοδος θα είναι ένα φάσμα απορρόφησης σε συνάρτηση με το μήκος κύματος.

8. Πού να αγοράσετε ένα αξιόπιστο φασματόμετρο;

Τώρα που ξέρετε τι είναι ένα φασματόμετρο και τις εφαρμογές του, θα πρέπει να ξέρετε πού να αγοράσετε ένα αξιόπιστο. Μπορείτε να αγοράσετε αξιόπιστα φασματόμετρα από Wavelength Opto-Electronic.

Είμαστε ο διανομέας των φασματόμετρων StellarNet, προσφέροντας οπτικά φασματόμετρα για μετρήσεις σε UV, VIS και NIR, από μήκη κύματος 190 – 2300 nm. Τα φασματόμετρα StellarNet έχουν σχεδιαστεί για να είναι φορητά και συμπαγή χωρίς κινούμενα μέρη.