สเปกโตรมิเตอร์คืออะไร? สเปกโตรมิเตอร์ UV, VIS และ IR อธิบาย

ผู้เขียน: Ng Ci Xuan – นักศึกษาฝึกงานด้านวิจัยและพัฒนา

บรรณาธิการ: Bryan Ng – ผู้จัดการฝ่ายการตลาด

บรรณาธิการ: Preethi – วิศวกรสนับสนุนด้านเทคนิค

ที่เผยแพร่: 29 เมษายน 2020

1. สเปกโตรมิเตอร์คืออะไร?

สเปกโทรเมตรเป็นคำที่ใช้เรียกโดยรวมของเครื่องมือที่ใช้แยกและวัดส่วนประกอบสเปกตรัมของลักษณะทางกายภาพ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัดตัวแปรต่อเนื่อง โดยแยกส่วนประกอบของสเปกตรัมออกจากส่วนผสมดั้งเดิม

มีสเปกโตรมิเตอร์อยู่หลายรูปแบบและบางรูปแบบที่พบบ่อยที่สุดในปัจจุบัน ได้แก่ สเปกโตรมิเตอร์เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) แมสสเปกโตรมิเตอร์ และสเปกโตรมิเตอร์แบบออปติคอล

1.1 NMR สเปกโตรมิเตอร์

NMR สเปกโตรมิเตอร์จะสังเกตและวัดปฏิสัมพันธ์ของการหมุนของนิวเคลียสเมื่อวางตัวอย่างไว้ในสนามแม่เหล็กแรงสูงและคงที่ สัญญาณ NMR เกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กที่ความถี่ที่สอดคล้องกับความถี่ของนิวเคลียส

สนามแม่เหล็กภายในโมเลกุลที่ล้อมรอบอะตอมในโมเลกุลจะเปลี่ยนไปตามความถี่เรโซแนนซ์ ดังนั้นจึงเผยให้เห็นโครงสร้างโมเลกุลของตัวอย่าง

1.2 แมสสเปกโตรมิเตอร์

แมสสเปกโตรมิเตอร์วัดอัตราส่วนมวลต่อประจุของไอออนและระบุองค์ประกอบขององค์ประกอบที่มีอยู่ในตัวอย่าง ซึ่งทำงานโดยการทำให้ตัวอย่างแตกตัวเป็นไอออน ซึ่งทำให้โมเลกุลบางส่วนมีประจุและแยกตัวตามอัตราส่วนมวลต่อประจุ

ไอออนเหล่านี้จะถูกตรวจพบโดยอุปกรณ์ที่สามารถตรวจจับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าได้

1.3 สเปกโตรมิเตอร์ออปติคอล

สเปกโตรมิเตอร์แบบใช้แสงจะวัดคุณสมบัติของแสง ซึ่งโดยปกติจะอยู่ใกล้บริเวณแสงในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น แสงอัลตราไวโอเลต แสงที่มองเห็นได้ และแสงอินฟราเรด

การเปลี่ยนแปลงการดูดกลืนและการปล่อยความเข้มของแสงที่มีความยาวคลื่นทำให้สามารถระบุวัสดุได้

ในบทความนี้ เราจะมุ่งเน้นไปที่ออปติคัลสเปกโตรมิเตอร์

2. หลักการทำงานของสเปกโตรมิเตอร์

สเปกโตรมิเตอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก XNUMX ส่วน ได้แก่ สลิตทางเข้า ตะแกรง และตัวตรวจจับ

2.1 ช่องทางเข้า

แสงจากแหล่งกำเนิดแสงเข้าสู่ช่องทางเข้าและขนาดของช่องจะเป็นตัวกำหนดปริมาณแสงที่เครื่องมือวัดได้ ขนาดร่องยังส่งผลต่อความละเอียดทางแสงของสเปกโตรมิเตอร์ด้วย โดยที่ขนาดร่องที่เล็กกว่า ความละเอียดก็จะยิ่งดีขึ้น

ลำแสงจะแยกจากกันหลังจากผ่านร่องและเมื่อสะท้อนลำแสงที่เบี่ยงเบนไปบนกระจกที่ปรับแนวเข้าหากัน ลำแสงจะกลายเป็นแนวขนานกัน จากนั้นรังสีคอลลิเมชันจะพุ่งตรงไปยังตะแกรงเลี้ยวเบน ตะแกรงทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบกระจายแสงและแยกแสงออกเป็นความยาวคลื่นที่เป็นส่วนประกอบ

2.2 ตะแกรง

โมโนโครเมเตอร์ใช้ปรากฏการณ์การกระจายตัวของแสงในปริซึมหรือการเลี้ยวเบนจากเกรตติ้งการเลี้ยวเบนเพื่อเลือกความยาวคลื่นเฉพาะของแสง ในสเปกโตรมิเตอร์แบบดั้งเดิม ปริซึมถูกใช้เพื่อกระจายแสง

อย่างไรก็ตาม ด้วยการประดิษฐ์ตะแกรงเลี้ยวเบนแสง มันจึงกลายเป็นโมโนโครเมเตอร์ที่ใช้มากที่สุดในสเปกโตรมิเตอร์สมัยใหม่ เนื่องจากมีข้อได้เปรียบเหนือปริซึมมากกว่า

อุปกรณ์ทั้งสองสามารถแยกแสงออกเป็นหลายสีได้ แต่ตะแกรงเลี้ยวเบนสามารถกระจายสีในมุมที่ใหญ่กว่าปริซึมได้ ปริซึมยังมีการกระจายตัวที่สูงกว่าเฉพาะในบริเวณ UV เท่านั้น ในขณะที่ตะแกรงการเลี้ยวเบนมีการกระจายตัวสูงและคงที่ตลอดสเปกตรัม UV, VIS และ IR

เมื่อแสงตกกระทบตะแกรงการเลี้ยวเบน แต่ละความยาวคลื่นจะสะท้อนในมุมที่ต่างกัน นอกจากนี้ยังใช้ตะแกรงการเลี้ยวเบนที่มีขนาดต่างกันเพื่อกำหนดช่วงความยาวคลื่นต่างๆ

ลำแสงจะแตกต่างออกไปอีกครั้งหลังจากถูกสะท้อนจากตะแกรง ดังนั้นมันจึงกระทบกระจกบานที่สองเพื่อโฟกัสและชี้ไปที่เครื่องตรวจจับ

2.3 เครื่องตรวจจับ

เครื่องตรวจจับจะจับสเปกตรัมแสงและวัดความเข้มของแสงเป็นฟังก์ชันของความยาวคลื่น ข้อมูลเหล่านี้จะถูกแปลงเป็นดิจิทัลและลงจุดบนซอฟต์แวร์ในรูปแบบกราฟ

3. ส่วนของสเปกโตรมิเตอร์

ส่วนด้านบนพูดถึงวิธีการทำงานของสเปกโตรมิเตอร์ ในส่วนนี้จะกล่าวถึงส่วนประกอบของสเปกโตรมิเตอร์และความหลากหลายของส่วนประกอบแต่ละชนิด

3.1 แหล่งกำเนิดแสง

แหล่งกำเนิดแสงที่พบได้ทั่วไปในสเปกโตรมิเตอร์ทำจากทังสเตนฮาโลเจน ดิวทีเรียม ซีนอนอาร์ก LED ปรอทอาร์กอน สังกะสีหรือเลเซอร์

3.2 ช่องทางเข้า

สลิทมีหลายขนาด ตั้งแต่ 5μm ถึง 800μm โดยมีความสูง 1 มม. ถึง 2 มม. ขนาดของร่องขึ้นอยู่กับการใช้งาน และร่องทั่วไปที่ใช้คือความกว้าง 10, 25, 50, 100 และ 200μm

กระจก 3.3 บาน

กระจกประเภททั่วไปที่อยู่รอบๆ มักเป็นกระจกระนาบและกระจกทรงกลม กระจกทรงกลมสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท - กระจกเว้าและกระจกทรงกลมนูน อย่างไรก็ตามในสเปกโตรมิเตอร์มักใช้กระจกทรงกลมเว้า

3.4 ตะแกรงเลี้ยวเบน

ตะแกรงเลี้ยวเบนแสงที่มีอยู่ในท้องตลาดมีอยู่ XNUMX ประเภท ได้แก่ Ruled Grating และ Holographic Grating

ตะแกรงแบบมีเส้นลวดผลิตขึ้นโดยการกัดร่องตามร่างกายบนพื้นผิวสะท้อนแสงโดยใช้เครื่องมือรูปเพชรบนเครื่องไม้บรรทัด ในขณะที่ตะแกรงแบบโฮโลแกรมผลิตโดยกระบวนการที่เรียกว่าภาพพิมพ์หินแทรกแซง ซึ่งสร้างรูปแบบการรบกวนโดยใช้ลำแสงยูวีสองลำ

ตะแกรงแบบมีเส้นลวดสามารถเรืองแสงได้สำหรับความยาวคลื่นเฉพาะ และมักจะมีประสิทธิภาพที่สูงกว่าตะแกรงแบบโฮโลแกรม

ตะแกรงโฮโลกราฟิกมีแนวโน้มที่จะมีรูปแบบและระยะห่างของร่องที่สม่ำเสมอกว่า และสร้างแสงเล็ดลอดน้อยลงเมื่อผลิตด้วยแสง

3.5 ผู้ถือ

ตัวอย่างมักเป็นของเหลว แต่สามารถทดสอบก๊าซและของแข็งได้ โดยปกติแล้วตัวอย่างจะอยู่ภายในเซลล์โปร่งใสที่เรียกว่าคิวเวตต์ หลอดทดลองสามารถใช้แทนหลอดคิวเวตต์ในอุปกรณ์บางชนิดได้

วัสดุที่ใช้ในการผลิตคิวเวตต์จะขึ้นอยู่กับช่วงสเปกตรัมที่สเปกโตรมิเตอร์ครอบคลุม แก้วซิลิกาผสมหรือแก้วควอทซ์มักใช้เนื่องจากมีความโปร่งใสผ่านบริเวณ UV ถึง IR

3.6 เครื่องตรวจจับ

มีเครื่องตรวจจับหลายประเภทที่ใช้ในสเปกโตรมิเตอร์ต่างๆ และเครื่องตรวจจับที่ใช้กันทั่วไปบางชนิด ได้แก่ หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ (PMT), โฟโตไดโอด, โฟโตไดโอดอาเรย์, อุปกรณ์ชาร์จคู่ควบ (CCD), โบโลมิเตอร์ และเครื่องวิเคราะห์หลายช่องสัญญาณ (MCA)

อินเตอร์เฟส 3.7

ระบบสเปกโตรมิเตอร์ส่วนใหญ่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ผ่าน USB, RS-232 หรืออีเธอร์เน็ต ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ระบบใหม่ๆ สามารถถ่ายโอนข้อมูลแบบไร้สายโดยใช้ Wi-Fi และบลูทูธ

ซอฟต์แวร์ 3.8

มีซอฟต์แวร์มากมายที่สามารถนำมาใช้กับเครื่องสเปกโทรเมตรเพื่อเก็บรวบรวมข้อมูล บริษัทส่วนใหญ่ที่ผลิตเครื่องมือนี้มักจะจัดหาซอฟต์แวร์ที่ใช้งานร่วมกับเครื่องสเปกโทรเมตรของตนได้ ตัวอย่างเช่นเครื่องสเปกโทรเมตรของ StellarNetมาพร้อมกับซอฟต์แวร์ที่เรียกว่า SpectraWiz

นอกเหนือจากซอฟต์แวร์สำเร็จรูปดังกล่าว ยังมีซอฟต์แวร์อื่นๆ ที่อนุญาตให้คุณเขียนโค้ดและสร้างโปรแกรมของคุณ และปรับแต่งตามความต้องการของคุณ เช่น LabVIEW, Visual C, C#, VB, VBA สำหรับ MS Excel และ MATLAB

4. การใช้สเปกโตรมิเตอร์

สเปกโตรมิเตอร์มีประโยชน์หลายประการ

ตัวอย่างหนึ่งคือสเปกโตรมิเตอร์ UV ที่ใช้ช่วงสเปกตรัม 200 – 400 นาโนเมตร ติดตั้งด้วยช่องทางเข้าที่มีความกว้าง 200μm ร่วมกับตะแกรงโฮโลกราฟิกที่มีขนาดร่อง 2400 ก./มม. และเครื่องตรวจจับ CCD ขนาด 2000 พิกเซล สามารถตรวจจับได้ สิ่งเจือปนในโมเลกุลของสารอินทรีย์ เช่น เบนซิน ซึ่งเป็นสิ่งเจือปนทั่วไปที่พบในไซโคลเฮกเซน และสามารถตรวจจับการมีอยู่ของมันได้ง่ายโดยการดูดกลืนที่มีจุดสูงสุดที่ 255 นาโนเมตรในสเปกตรัม

5. ประเภทของสเปกโตรมิเตอร์แบบออปติคัล

ออปติคัลสเปกโตรมิเตอร์สามารถจำแนกได้สองวิธี วิธีแรกคือความยาวคลื่นในขณะที่วิธีที่สองคือคุณสมบัติปฏิสัมพันธ์ของแสง

5.1 ความยาวคลื่น

5.1.1 อัลตราไวโอเลต (UV)

สเปกโทรสโกปียูวีใช้แสงในช่วงความยาวคลื่นยูวีระหว่าง 200 – 400 นาโนเมตร เพื่อวัดปริมาณแสงที่ตัวอย่างดูดซับหรือสะท้อน และเพื่อกำหนดความเข้มข้นของธาตุต่างๆ ในตัวอย่าง

อิเล็กตรอนในตัวอย่างถูกกระตุ้นจากสถานะพื้นไปสู่สถานะพลังงานที่สูงขึ้น เนื่องจากโมเลกุลดูดซับพลังงานที่ปล่อยออกมาจากแสงยูวี ปริมาณพลังงานที่อิเล็กตรอนมีจะแปรผันตามความยาวของความยาวคลื่นที่อิเล็กตรอนสามารถดูดซับได้

การระบุตัวอย่างทำได้โดยการเปรียบเทียบสเปกตรัมที่ผลิตขึ้นเมื่อตัวอย่างดูดซับแสง UV กับสเปกตรัมของสารประกอบที่ทราบ

โดยทั่วไปแล้วสเปกโตรมิเตอร์ UV จะใช้ดิวทีเรียมอาร์ค ซีนอนอาร์ค หรือหลอดทังสเตนฮาโลเจน ประเภทของตะแกรงที่ใช้มักจะเป็นตะแกรงโฮโลแกรม และเครื่องตรวจจับที่ใช้มักจะเป็น PMT, โฟโตไดโอด, อาร์เรย์โฟโตไดโอด หรือ CCD ตัวตรวจจับมักจะมาพร้อมกับขนาดพิกเซล 14μm x 200μm

สเปกโตรมิเตอร์ UV มักใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น วัสดุศาสตร์ การควบคุมคุณภาพ ปิโตรเคมี อาหารและการเกษตร วิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต ส่วนประกอบออปติก ฯลฯ

นอกจากนี้ยังมักจะใช้ในการใช้งาน เช่น การตรวจจับสิ่งเจือปน การมีอยู่หรือไม่มีหมู่ฟังก์ชันใดๆ ในสารประกอบ การระบุสารประกอบ การอธิบายโครงสร้างของสารประกอบอินทรีย์ เป็นต้น

5.1.2 มองเห็นได้ (VIS)

เครื่องสเปกโทรเมตรแบบ VISทำงานในลักษณะเดียวกับเครื่องสเปกโทรเมตรแบบ UV ยกเว้นว่าเครื่องนี้ใช้แสงในช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า กล่าวคือ ความยาวคลื่น 400 ถึง 700 นาโนเมตร เพื่อระบุสารประกอบที่ไม่ทำปฏิกิริยากับแสง UV

เครื่องมือนี้ยังสามารถกำหนดความเข้มข้นของสารในตัวอย่างได้ด้วยการวัดค่าการส่องผ่านหรือความเข้มของการดูดกลืนแสง

ทังสเตนฮาโลเจน หลอดไฟซีนอน และ LED มักจะใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงในสเปกโตรมิเตอร์ VIS

ใช้ตะแกรงและตัวตรวจจับการเลี้ยวเบนชนิดเดียวกับ UV spectrometer สเปกโตรมิเตอร์ VIS ยังใช้เป็นหลักในอุตสาหกรรมและการใช้งานเดียวกันกับสเปกโตรมิเตอร์ UV

5.1.3 อินฟราเรด (IR)

เครื่องสเปกโทรเมตร IRใช้ประโยชน์จากการเปลี่ยนแปลงการสั่นของโมเลกุลอินทรีย์กับแสง IR เพื่อระบุวัสดุในสเปกตรัม IR

แสงอินฟราเรดสามารถแบ่งออกเป็นสามส่วนระหว่าง 700nm ถึง 1 มม. - ใกล้ กลาง และอินฟราเรดไกล ซึ่งสัมพันธ์กับสเปกตรัมที่มองเห็นได้

โฟตอนตั้งแต่ IR กลางเป็นต้นไปสามารถกระตุ้นการสั่นไหวในอะตอมที่มีพันธะโควาเลนต์เท่านั้น และไม่สามารถกระตุ้นอิเล็กตรอนได้เนื่องจากพลังงานมีไม่มากพอ

ตัวอย่างจะดูดซับรังสีอินฟราเรดและให้พลังงานสอดคล้องกับการสั่นสะเทือนเหล่านี้ สิ่งนี้ทำให้สามารถบันทึกสเปกตรัมการดูดกลืนของสารประกอบได้และสเปกตรัมนั้นมีลักษณะเฉพาะสำหรับแต่ละสารประกอบ

Fourier-transform IR (FTIR) สเปกโตรมิเตอร์ซึ่งรวบรวมข้อมูลในช่วงกว้าง ใช้การแปลงฟูริเยร์เพื่อแปลงข้อมูลดิบเป็นสเปกตรัม

IR ใกล้ กลาง และไกล ใช้หลอดทังสเตน-ฮาโลเจน หลอดกลม และหลอดปรอทตามลำดับ ประเภทของตะแกรงที่ติดตั้งมักจะเป็นตะแกรงแบบปกครอง โดยทั่วไปสเปกโตรมิเตอร์ NIR จะใช้โฟโตไดโอด InGaAs ที่มีขนาดพิกเซล 25μm x 500μm ในขณะที่สเปกโตรมิเตอร์ MIR ใช้เครื่องตรวจจับไพโรอิเล็กทริกที่มีขนาดพิกเซล 48.5μm x 48.5μm และสเปกโตรมิเตอร์ FIR ใช้ a-Si หรือ VOx bolometers ขนาดพิกเซล 75μm x 75μm

ซึ่งมักพบได้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ยา ความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม อาหารและวัสดุ แอปพลิเคชันที่ใช้ IR สเปกโตรมิเตอร์ ได้แก่ การแสดงลักษณะเฉพาะของโปรตีน การสำรวจอวกาศ การระบุสารประกอบ การวิเคราะห์เซมิคอนดักเตอร์ระดับนาโน เป็นต้น

5.2 ปฏิสัมพันธ์

5.2.1 การดูดซึม

ตามชื่อของมัน สเปกโตรสโกปีการดูดกลืนจะวัดการดูดกลืนรังสี ซึ่งเป็นฟังก์ชันของความยาวคลื่นหรือความถี่ของตัวอย่างที่มีแหล่งกำเนิด

ตัวอย่างดูดซับพลังงานจากแหล่งกำเนิดและความเข้มของการดูดกลืนแตกต่างกันไปตามความถี่ การแปรผันนี้จะสร้างสเปกตรัมการดูดกลืน วิธีการสเปกโตรสโคปีนี้ทำผ่านสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า

Absorption spectroscopy ใช้เพื่อระบุสารประกอบที่มีอยู่ในตัวอย่างและวัดความเข้มข้นของสารประกอบนั้น สเปกโทรสโกปี UV, VIS และ IR ที่กล่าวถึงข้างต้นเป็นตัวอย่างของสเปกโทรสโกปีแบบดูดกลืน

แหล่งกำเนิดแสงที่ใช้กันมากที่สุดในการดูดกลืนแสงคือหลอดแคโทดแบบกลวง และใช้ PMT เป็นเครื่องตรวจจับ มักใช้ในการสำรวจระยะไกล ดาราศาสตร์ และฟิสิกส์อะตอมและโมเลกุล

5.2.2 การสะท้อนแสง

Reflectance spectroscopy วัดปริมาณแสงที่สะท้อนหรือกระจัดกระจายจากตัวอย่าง

โฟตอนจากแหล่งกำเนิดที่สะท้อนจากตัวอย่างหรือหักเหผ่านตัวอย่างจะกล่าวได้ว่ากระจัดกระจาย

โฟตอนที่กระจัดกระจายเหล่านี้จะถูกตรวจจับและบันทึก ซึ่งส่งผลให้เกิดพล็อตการสะท้อนกับความยาวคลื่น

ระบบสเปกโทรสโกปีแบบสะท้อนแสงมักใช้เลเซอร์ ไดโอดเรืองแสงยิ่งยวด ไฟ LED หรือหลอดฮาโลเจนเป็นแหล่งกำเนิดแสงและ CCD โฟโตไดโอดหรือ MCA เป็นตัวตรวจจับ

สเปกโตรมิเตอร์แบบสะท้อนแสงใช้ในอุตสาหกรรมการแพทย์เพื่อให้ข้อมูลเกี่ยวกับความเข้มข้นของเนื้อเยื่อ และยังสามารถใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมและธรณีวิทยา

5.2.3 การส่งผ่าน

Transmission spectroscopy หมายถึงการวัดปริมาณแสงที่ผ่านตัวอย่างไม่เปลี่ยนแปลง

มีความสัมพันธ์กันอย่างมากกับสเปกโตรสโคปีการดูดกลืน ดังนั้นจึงใช้การตั้งค่าที่คล้ายคลึงกัน

สเปกตรัมการส่งผ่านจะมียอดเขาสูงสุดที่ความยาวคลื่นซึ่งการดูดกลืนแสงจะอ่อนที่สุดเมื่อมีแสงผ่านตัวอย่างมากขึ้น

ใช้แหล่งกำเนิดแสงที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับช่วงสเปกตรัม มักใช้หลอด LED, หลอดทังสเตนฮาโลเจนหรือดิวทีเรียม อุปกรณ์ตรวจจับทั่วไปที่เลือกใช้ ได้แก่ โฟโตไดโอดและ CCD มักใช้ในการวิเคราะห์ทางเภสัชกรรม

5.2.4 การเรืองแสง

ตามที่กล่าวไว้ใน UV spectroscopy อิเล็กตรอนในตัวอย่างจะตื่นเต้นเมื่อดูดซับแสงและเคลื่อนที่จากสถานะพื้นไปสู่สถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่สูงขึ้นซึ่งประกอบด้วยสถานะการสั่นสะเทือนต่างๆ

อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นสามารถผ่านไปยังสถานะพื้นได้โดยปล่อยโฟตอนออกมา และกระบวนการนี้เรียกว่าฟลูออเรสเซนซ์

เนื่องจากอิเลคตรอนอาจตกลงสู่ระดับการสั่นใดๆ ในสถานะพื้น โฟตอนที่ถูกปล่อยออกมาจะมีพลังงานในปริมาณที่แตกต่างกัน ความเข้มและความยาวคลื่นจึงแตกต่างกันไป

สเปกโทรสโกปีฟลูออเรสเซนส์จึงถูกกำหนดให้เป็นการวัดปริมาณของฟลูออเรสเซนซ์จากตัวอย่าง โดยปกติจะใช้แสงในช่วง UV หรือ VIS เพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอน

การเรืองแสงถูกวัดโดยสเปกโตรมิเตอร์เรืองแสงและจะวัดลักษณะต่างๆ ของการเรืองแสง เช่น การกระจายความเข้มและความยาวคลื่นของการแผ่รังสี จากนั้นสเปกตรัมการแผ่รังสีจะเผยให้เห็นความยาวคลื่นที่ตัวอย่างปล่อยออกมา

เครื่องมือที่ใช้วัดการเรืองแสงเรียกว่าฟลูออโรมิเตอร์ โดยทั่วไปแล้วฟลูออโรมิเตอร์จะใช้เลเซอร์, LED, ซีนอนอาร์ค หรือหลอดไอปรอทเป็นแหล่งกำเนิดแสง โฟโตไดโอดหรือ PMT มักจะถูกเลือกเป็นเครื่องตรวจจับในสเปกโทรสโกปีของฟลูออเรสเซนซ์

วิธีการสเปกโตรสโคปีแบบนี้มักพบในอุตสาหกรรมการแพทย์ ชีวเคมี และการตรวจสอบสิ่งแวดล้อม การประยุกต์ใช้ได้แก่ การวินิจฉัยมะเร็งในเนื้อเยื่อของมนุษย์ การตรวจจับสิ่งเจือปนหรือการระบุและวัดความเข้มข้นของสาร และการตรวจจับแบคทีเรีย ไวรัส และปรสิตต่างๆ ที่ทำให้เกิดการติดเชื้อ

5.2.5 การกระจาย

เมื่อแสงผ่านสสารไป สสารส่วนใหญ่ยังคงไปในทิศทางเดิม อย่างไรก็ตาม ส่วนเล็กๆ จะกระจัดกระจายไปในทิศทางอื่น

เทคนิคนี้อิงตามทฤษฎีการกระเจิงแบบรามัน เอฟเฟกต์การกระเจิงคือการกระเจิงของโฟตอนแบบไม่ยืดหยุ่นตามสสาร ซึ่งหมายความว่ามีการเปลี่ยนแปลงทิศทางของแสง และโฟตอนจะสูญเสียพลังงานไปหลังจากทำปฏิกิริยากับตัวอย่าง

โดยปกติ โมเลกุลจะได้รับพลังงานสั่นสะเทือนจากโฟตอนตกกระทบ

แสงส่วนใหญ่ที่กระจัดกระจายไม่มีพลังงานเปลี่ยนแปลง และนี่คือการกระเจิงของเรย์ลี การกระเจิงของรามันประกอบด้วยโฟตอนที่กระจัดกระจายเพียงเล็กน้อย (ประมาณ 1 ใน 10 ล้าน)

โดยการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงการสั่นสะเทือนในตัวอย่าง จะสามารถกำหนดคุณสมบัติต่างๆ เช่น องค์ประกอบทางเคมี ความเป็นผลึก และอันตรกิริยาของโมเลกุลได้ ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น การกระเจิงของรามานนั้นอ่อนแอมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้สเปกโตรมิเตอร์ที่มีความไวสูงเพื่อตรวจสอบแสง

เครื่องมือนี้มักใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เคมี ฟิสิกส์ เภสัชกรรม ศิลปะ และการแพทย์ ช่วยในการระบุโมเลกุลและตรวจสอบพันธะเคมี ระบุลักษณะและศึกษาโครงสร้างของวัสดุ ค้นพบยาปลอมในหีบห่อ ศึกษาเกี่ยวกับแร่ธาตุชีวภาพ ฯลฯ

6. รามันสเปกโตรมิเตอร์

Raman spectroscopy ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาของแสง (โดยทั่วไปคือเลเซอร์) กับพันธะเคมีของวัสดุ

แสงกระจัดกระจายออกจากตัวอย่างโดยตรงและผ่านตัวกรองเพื่อขจัดอนุภาคออกจากการกระเจิงของ Rayleigh

แสงที่เหลือจากการกระเจิงของรามันจะถูกส่งตรงไปยังตะแกรงเลี้ยวเบนก่อนที่จะมุ่งหน้าไปยังเครื่องตรวจจับ

ในที่สุดก็สร้างสเปกตรัมรามันซึ่งแต่ละจุดสูงสุดและความเข้มสามารถให้ข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับตัวอย่างได้

Raman spectrometer ใช้เลเซอร์คลื่นต่อเนื่องเป็นแหล่งกำเนิดแสงเท่านั้น

เลเซอร์ในช่วงสเปกตรัมตั้งแต่สีแดงจนถึง NIR มักใช้ อย่างไรก็ตาม การใช้เลเซอร์ที่มองเห็นได้เป็นสีน้ำเงินและสีเขียวเพิ่มขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

นอกจากนี้ยังใช้ตะแกรงโฮโลแกรมเป็นโมโนโครมและ CCD เป็นเครื่องตรวจจับ

7. สเปกโตรมิเตอร์เทียบกับ เครื่องวัดสเปกโตรโฟโตมิเตอร์

คนส่วนใหญ่มักสับสนระหว่างเครื่องสเปกโตรมิเตอร์กับเครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดคุณสมบัติการส่งผ่านและการดูดกลืนแสงโดยขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของวัสดุ

โดยทั่วไปแล้วจะเกี่ยวข้องกับแสงในช่วงตั้งแต่ใกล้อัลตราไวโอเลตไปจนถึงแสงที่มองเห็นได้จนถึงอินฟราเรดใกล้ เครื่องวัดสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ประกอบด้วยสเปกโตรมิเตอร์และแหล่งกำเนิดแสงเพื่อให้แสงสว่างแก่ตัวอย่างได้ดีขึ้น

หลักการทำงานคล้ายกับสเปกโตรมิเตอร์ ซึ่งใช้โมโนโครเมเตอร์เพื่อเลือกความยาวคลื่นของแสงที่จะไปถึงตัวอย่าง แสงจะสะท้อนหรือส่งผ่าน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความทึบของตัวอย่าง จากนั้นเครื่องตรวจจับจะบันทึกความเข้มของแสงสะท้อนหรือแสงที่ส่องผ่าน

ทำซ้ำกับโมโนโครเมเตอร์ที่ความยาวคลื่นต่างกันสำหรับเครื่องตรวจจับเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงของความเข้มของแสง ผลลัพธ์สุดท้ายจะเป็นสเปกตรัมการดูดกลืนที่เป็นฟังก์ชันของความยาวคลื่น

8. จะซื้อสเปกโตรมิเตอร์ที่เชื่อถือได้ได้ที่ไหน

ตอนนี้คุณรู้แล้วว่าสเปกโตรมิเตอร์คืออะไรและการใช้งานของมัน คุณควรรู้ว่าจะซื้อสเปกโตรมิเตอร์ที่น่าเชื่อถือได้ที่ไหน คุณสามารถซื้อสเปกโตรมิเตอร์ที่เชื่อถือได้จาก Wavelength Opto-Electronic.

เราเป็นผู้จัดจำหน่ายสเปกโตรมิเตอร์ StellarNet ซึ่งนำเสนอสเปกโตรมิเตอร์แบบออปติคอลสำหรับการวัดค่าใน UV, VIS และ NIR ตั้งแต่ความยาวคลื่น 190 – 2300 นาโนเมตร StellarNet สเปกโตรมิเตอร์ได้รับการออกแบบให้พกพาได้และมีขนาดกะทัดรัดโดยไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่