спектрометр для чего предназначен
Спектрометр
Спектрометр (лат. spectrum от лат. spectare — смотреть и метр от др.-греч. μέτρον — мера, измеритель) — оптический прибор, используемый в спектроскопических исследованиях для накопления спектра, его количественной обработки и последующего анализа с помощью различных аналитических методов. Анализируемый спектр получается путем регистрации флуоресценции после воздействия на исследуемое вещество каким-либо излучением (рентгеновским или лазерным излучением, искровым воздействием и др.). Обычно измеряемыми величинами являются интенсивность и энергия (длина волны, частота) излучения, но могут регистрироваться и другие характеристики, например, поляризационное состояние. Термин «спектрометр» применяется к приборам, работающим в широком диапазоне длин волн: от гамма до инфракрасного диапазона.
Содержание
Методы регистрации спектров
Для регистрации спектра могут использоваться полупроводниковые детекторы, сцинтилляционные счётчики, либо детекторы на базе ПЗС линейки или ПЗС матрицы. Спектрометры могут различаться по спектральному диапазону, спектральной чувствительности, оптической схеме. При интерпретации спектров в большинстве случаев производится сравнение полученного спектра со спектром вещества известного состава. Ранние спектроскопы представляли собой простые призмы с градуировкой, обозначающей длины волн света, в современных приборах также используется дифракционная решётка.
Типы спектрометров
Различают следующие типы спектрометров:
История
Предком спектрометра является спектроскоп. Спектроскоп был изобретён Йозефом Фраунгофером в начале XIX века. В нём свет прошедший через щели и коллимирующие линзы превращался в тонкий пучок параллельных лучей. Затем свет проходил через призму, которая за счёт дисперсии расщепляла пучок на спектр (разные длины волн отклоняются на разные углы). Изображение наблюдалось через трубку со шкалой, накладываемой на спектральное изображение, позволяя таким образом проводить измерения.
С изобретением фотографической пленки был создан более точный прибор: спектрограф. Работая по такому же принципу, он имел фотокамеру вместо наблюдательной трубки. В середине двадцатого века камера сменилась трубкой электронного фотоумножителя, что позволило значительно увеличить точность и проводить анализ в реальном времени.
Современные спектрометры оснащены цифровыми камерами для просмотра в реальном времени, работают с компьютерами и коммутаторами, обладают встроенными охладителями и контрольными системами.
Применение
Спектроскопы часто используются в астрономии и некоторых направлениях химии. Их основные области применения:
Принципы работы спектрометра
08.05.2020
Спектрометр – прибор, работающий на основе принципа разложения излучения на монохроматические компоненты в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах. Устройство позволяет проводить количественные и качественные исследования световых потоков, отраженных или поглощаемых различными веществами, определять аналитические качества и химический состав. Приборы используются в промышленной, научной и других отраслях жизнедеятельности человека. Они показывают точные результаты.
КАК РАБОТАЮТ СПЕКТРОМЕТРЫ?
Аналитический спектр получают методом регистрации флуоресценции после воздействия рентгеновским, лазерным или другим типом излучений. Чаще всего спектрометр используют для измерения длины волн, интенсивности и частоты излучения. Возможно исследование дополнительных параметров, в том числе поляризационного состояния.
Спектрометр позволяет сканировать широкую спектральную область: матрицу (ПЗС или фотодиодную), преобразователь электрооптический, многоэлементный приемник и другие элементы.
ГДЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ СПЕКТРОМЕТРЫ?
Приборы необходимы в таких отраслях:
Устройство применяется для флуоресцентного, лазерного, рамановского и иных видов анализа в промышленных и научных исследованиях.
АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫЕ СПЕКТРОМЕТРЫ И ПРИНЦИП ИХ ДЕЙСТВИЯ
Современные лаборатории для исследования материалов применяют атомно-абсорбционные спектрометры. Это устройства, используемые для проведения элементного и количественного анализа путем поглощения атомов. Прибор определяет объемы содержания металлов в солевых растворах, минерализатах, технологических жидкостях и природных водах.
Главными задачами этого оборудования являются контроль за окружающей средой, анализ пищевых продуктов, исследования в медицинской отрасли, геологии, металлургической, химической промышленности, научные разработки. Аппарат также применяется в иных сферах.
Принцип работы атомно-абсорбционных спектрографов основан на измерении степени поглощения световых лучей резонансной длины волн от источника, проходящего сквозь атомный пар исследуемой пробы. Для трансформации исследуемого объекта в эмиссионный пар используется атомизатор. Разные узкополосные источники отправляют световые лучи. Проходя через атомные пары, свет направляется на монохроматор, после чего – на приемник, который фиксирует степень излучения.
Достоинства атомно-абсорбционного метода спектрометрии:
С помощью данного метода определяют около 70 элементов (преимущественно металлов). Можно выявлять количество газов, неметаллов с длиной волн от 190 нм. Анализ элементов Nb, Hf, Та, W, Zr при использовании графитовой печи невозможен, поскольку они образуют труднолетучие карбиды.
Атомно-абсорбционные спектрометры в автоматическом режиме анализируют до 500 проб в час. Приборы с использованием графитовой печи – около 30 проб/час. Это прецизионные устройства, обеспечивающие воспроизводимость измерительных условий, автоматическое ведение проб, регистрацию полученных результатов исследований.
Методика используется для определения ряда физико-химических и физических величин, изучения молекулярных спектров, исследования процессов диссоциации.
КАК РАБОТАЮТ АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫЕ аппараты?
Устройства используются для работы с жидкими веществами. Для анализа проводят такие операции:
В качестве источника линейчатого излучения в устройствах используют одноэлементные лампы с полым катодом, заполненные неоном. Для определения ряда легколетучих элементов используют высокочастотные безэлектронные лампы.
Для точного анализа объекты должны находиться в газовом состоянии. Переведение исследуемого материала в атомизированное состояние и формирование слоя пара нужной формы происходит в пламени или трубчатой печи атомизатора.
Область использования атомно-абсорбционных аппаратов:
Заказать атомно-абсорбционные аппараты можно в компании «Хроматограф.ру». Организация продает качественное оборудование, предоставляет профессиональную консультацию. К услугам фирмы относятся:
При заказе оборудования сотрудники «Хроматограф.ру» помогают подобрать устройство, исходя из потребностей клиента. В ходе оформления услуги ремонта прибора специалист выезжает на место бесплатно, чтобы диагностировать неисправность. После этого составляется точный расчет стоимости работ. Клиенты не переплачивают за дополнительные услуги. Профессиональный подход и высокое качество обслуживания гарантировано каждому заказчику.
ГХ или ВЭЖХ? Что выбрать?
При появлении новой аналитической задачи…
16.11.2021
Хроматография. Простыми словами.
О хроматографии написано много. Мы…
10.11.2021
Как проводится хроматография
Хроматографический анализ представляет собой один…
18.03.2021
Абсорбционная спектрометрия уже больше века…
18.03.2021
Основные Параметры Хроматографических Пиков
Ключевую для хроматографии информацию получают…
21.01.2021
Результатом хроматографии является хроматограмма, дающая…
21.01.2021
Распространённые причины поломки хроматографов
Использование любых сложных видов оборудования…
02.10.2020
Как Хроматография Применяется в Парфюмерии?
Методику хроматографии активно используют в…
02.10.2020
Хроматография: история открытия и развития
Хроматография сегодня активно используется в…
06.09.2020
Как правильно выбрать хроматограф?
Хроматография – метод анализа жидкостных…
05.09.2020
Работа любого сложного устройства сопровождается…
28.07.2020
Сегодня хроматография остается самым используемым…
28.07.2020
Предшественником всех современных спектрометров считается…
06.07.2020
Разделение сложных смесей на единичные…
06.07.2020
Хроматографические методы в криминалистике
Криминалистические экспертизы играют важную роль…
06.07.2020
Хроматография в фармацевтической промышленности
В настоящее время можно выделить…
27.05.2020
Принципы работы спектрометра
Спектрометр – прибор, работающий на…
08.05.2020
Хромато-масс-спектрометры: принцип действия
Командой Хроматограф.ру в Печорской центральной…
08.05.2020
Порядок технического обслуживания оборудования производства «НПО СПЕКТРОН»
При поставке приборы снабжаются всем…
17.04.2020
Хроматография в контроле качества продовольственного сырья и пищевых продуктов
Безопасность и качество продуктов питания…
17.04.2020
Телемедицина для хроматографов
Что такое телемедицина? Это консультация…
15.04.2020
Основные производители хроматографов в мире, в России
Хроматографы используются в аналитических исследованиях,…
02.12.2019
Области применения газовых и жидкостных хроматографов
Хроматография – способ разделения многокомпонентных…
02.12.2019
Хроматографические Методы Анализа
Хроматографические методы анализа базируются на…
02.12.2019
Хроматограф — принцип действия, виды хроматографов
Одним из самых популярных методов…
23.02.2019
Обучение с выдачей удостоверения
С июня 2017 года наши…
28.11.2018
Скидка на Хромато-масс-спектрометр с МСД Хроматэк 12% до 31 октября 2017 года
Руководством предприятия принято решение предоставить…
28.11.2018
Спектрометр своими руками за 5 долларов и немного OpenCV
В освоении физики лабораторные эксперименты проясняют понятия гораздо лучше лекций. Но из-за пандемии у автора статьи, переводом которой мы делимся к старту флагманского курса о Data Science, уже больше года не было лабораторных занятий; при этом большинство экспериментов последнего курса физики требуют сложных, дорогих приборов. Но автору бросились в глаза эксперименты со спектроскопом, и он решил из подручных материалов сделать свой, недорогой цифровой спектрометр, а для анализа вывода прибора написал программу на Python.
1. Немного теории спектрографии
Спектрометр — прибор, используемый для измерения свойств света. Это позволяет учёным использовать этот прибор для огромного количества экспериментов, таких как определение материалов, обнаруженных в объектах из повседневной жизни, или определение элементов, обнаруженных на далёких звёздах и планетах.
Основная концепция спектрометра заключается в том, что «неизвестный» луч света подаётся на оптический элемент, разделяющий луч по длинам волн, присутствующих в «неизвестном» луче света. Каждая длина волны отклоняется на разную величину, поэтому, измеряя отклонение, можно определить длины волн в «неизвестном» луче света, что потенциально может дать больше информации об источнике света, даже если он возник на расстоянии миллионов километров.
Спектрометр тогда и сейчас
В прежние времена учёные использовали призмы для разделения луча света на составляющие и поворотный окуляр для измерения углового отклонения длины волны каждой составляющей. Однако совсем недавно призму заменили дифракционной решёткой, которая служит той же цели, что и призма, а окуляр заменили подключённым к компьютеру электронным фоторецепторным блоком.
2. Материалы
Все материалы довольно легко найти, и, возможно, они уже есть у вас дома):
чёрная картографическая бумага;
Без веб-камеры обошёлся дешевле 5 долларов.
3. Расчёт корпуса
Корпус мог быть изготовлен с использованием любого вида коробки, но я решил сделать его с нуля, чтобы он идеально подходил по размеру для моей веб-камеры. Начните с измерения веб-камеры. Сложите коробку в соответствии со следующими измерениями:
длина — от 20 до 25 см;
ширина — на 2 см больше ширины веб-камеры;
высота — на 1 см выше, чем высота веб-камеры.
Прочертите 6 граней коробки в соответствии с размерами на листе картона, кусочки отрежьте ножом. На задней панели сделайте прорезь, через которую можно пропустить кабель веб-камеры, а на передней панели — прорезь размером 2×1 см посередине на высоте объектива камеры. Приклейте все грани на лист чёрной картографической бумаги, разрежьте бумагу по границам картонных кусочков и склейте. Чтобы избежать путаницы, можно разметить грани карандашом.
4. Сборка корпуса
Возьмите нижнюю грань и две боковые грани и поместите их рядом. Лентой соедините три части вместе, затем, убедившись, что ориентация граней сохраняется, прикрепите переднюю и заднюю грани дополнительной лентой. Верхняя грань прикреплена вдоль одного края, так что мы можем открыть корпус, верхняя грань будет откидной крышкой на случай, если нам потребуется позже что-то изменить. Чтобы свет не проникал через верх, отрежьте ещё несколько кусочков картона, сделав небольшое перекрытие. Загляните в корпус через одну из щелей и убедитесь, что в коробку не проникает свет. Чтобы закрыть зазоры, можно использовать дополнительный слой изоленты или любой другой непрозрачной ленты.
5. Делаем прорезь
Чтобы сделать входную щель, приклейте одно из лезвий вертикально, чтобы закрыть часть щели на передней поверхности. Приклейте второе лезвие бритвы рядом с первым, используя один лист бумаги, чтобы создать тонкий зазор между двумя лезвиями. Приклейте изолентой второе лезвие и ею же закройте все зазоры, чтобы свет не попадал в корпус.
6. Дифракционная решётка из CD-диска
Этот шаг в проекте — самый важный. Дифракционная решётка отвечает за разделение луча света в соответствии с длиной волны. Одним из вариантов было бы просто купить дифракционную решётку. Они обычно доступны в Интернете примерно за 4–5 долларов. Другой вариант — использовать в качестве решётки старый DVD-диск; результат будет схожим с результатом от решётки за 5 долларов. Сначала разрежьте диск ножницами. Углубляясь в диск, вы заметите, что он состоит из двух слоёв, которые начнут отделяться. Полностью отделите их друг от друга и выбросьте слой с серебряным покрытием. Отрежьте четверть от второй половины и выровняйте края, чтобы получился прямоугольник чуть больше ширины объектива.
Крепление решётки на камеру
Затем приклейте этот кусочек на объектив. Обязательно работайте с временным клеем, чтобы на случай, если вы захотите использовать веб-камеру для чего-то другого, дифракционную решётку можно было убрать.
Примечание: один из важных шагов, чтобы соорудить ваш спектрометр, — сделать так, чтобы концентрические канавки вдоль диска были выровнены вертикально, то есть они должны быть параллельны прорези. Если это не так, дифракции не будет.
7. Установка камеры
Как только дифракционная решётка будет прикреплена к веб-камере, пропустите кабель через заднюю прорезь корпуса и поместите веб-камеру в заднюю часть корпуса под углом 30 ° относительно передней поверхности и выровняйте с прорезью спереди. Прежде чем установить веб-камеру на место, подключите её к компьютеру и откройте приложение камеры. Направьте спектрометр на источник света и регулируйте положение веб-камеры до тех пор, пока спектр дифракции не окажется в центре изображения. Теперь можно двусторонней лентой приклеить веб-камеру к нижней грани.
8. Тестирование
Чтобы проверить, правильно ли работает ваш спектрометр, наведите его на источник света и регулируйте высоты источника и спектрометра до тех пор, пока они не выровняются. Подойдёт стопка книг или что-то ещё, а я решил подложить несколько старых рулонов нити 3D-принтера. Подключите веб-камеру к компьютеру и откройте приложение камеры. На изображении должен быть чёткий дифракционный спектр.
9. Работа с ПО спектрометра
Простое представление спектра даёт немного информации, поэтому, чтобы построить график интенсивности света, я разработал программу на Python. Она вычисляет относительное расстояние между «пиками», которое может использоваться в определении длин волн источника света. Чтобы запустить программу, нужно установить Python и несколько библиотек с открытым кодом:
Установив библиотеки, можно клонировать программу анализатора спектра из этого репозитория. Затем запустите программу и вы увидите фид веб-камеры. Наведите камеру на источник света и, чтобы захватить интересующую область, на клавиатуре нажмите кнопку «r». Щёлкните и проведите мышью по спектру и нажмите Enter. Как только выбрана нужная область, нажмите кнопку «s», чтобы захватить кадр и проанализировать интенсивность через визуализацию. Для выхода из программы можно нажать «q».
10. Результаты
Чтобы измерить длины волн определённого источника света, можно начать с источника света с известной длиной волны, такого как лазер, и определить соотношение между положением пиков и длиной волны.
Есть и другие интересные эксперименты, например, можно определить и измерить содержание натрия в поваренной соли или содержание хлорофилла в оливковом масле. При помощи этого недорогого спектрометра можно проводить разные простые и интересные эксперименты прямо у себя дома. А если вам интересно экспериментировать и с другими видами данных, понимать их, отличать сезонные явления от реальных тенденций и делать корректные выводы, вы можете присмотреться к нашему флагманскому курсу о Data Science, где студенты получают опыт, равный опыту после трёх лет самостоятельного изучения науки о данных. Или, если вам больше по душе программирование, вы можете обратить внимание на курс о Fullstack-разработке на Python.
Узнайте, как прокачаться и в других специальностях или освоить их с нуля: