Litrófsmælir er vísindalegt tæki, notað til að greina litróf rafsegulgeislunar, það getur sýnt litróf geislunar sem litróf sem táknar dreifingu ljósstyrks með tilliti til bylgjulengdar (y-ás er styrkleiki, x-ás er bylgjulengd /tíðni ljóssins).Ljósið er mismunandi aðskilið í bylgjulengdir innihaldsefnis síns inni í litrófsmælinum með geislaskilum, sem eru venjulega ljósbrotsprisma eða sundurbrotsrist. Mynd 1.
Mynd 1 Litróf ljósaperu og sólarljóss (vinstri), geislaskiptingarregla rists og prisma (hægri)
Litrófsmælar gegna mikilvægu hlutverki við að mæla breitt svið ljósgeislunar, hvort sem er með því að skoða beint útgeislunarróf ljósgjafa eða með því að greina endurkast, frásog, sendingu eða dreifingu ljóss í kjölfar samspils þess við efni.Eftir ljós- og efnisvíxlverkunina upplifir litrófið breytingu á ákveðnu litrófssviði eða ákveðinni bylgjulengd og eiginleikar efnisins er hægt að greina eigindlega eða megindlega í samræmi við breytinguna á litrófinu, svo sem líffræðilega og efnafræðilega greiningu á samsetning og styrkur blóðs og óþekktra lausna, og greining á sameind, frumeindabyggingu og frumefnasamsetningu efna. Mynd 2.
Mynd 2 Innrauð frásogsróf mismunandi tegunda olíu
Litrófsmælirinn var upphaflega fundinn upp fyrir rannsóknir á eðlisfræði, stjörnufræði, efnafræði og er nú eitt mikilvægasta tækið á mörgum sviðum eins og efnaverkfræði, efnisgreiningu, stjörnufræði, læknisfræðilegum greiningu og lífskynjun.Á 17. öld gat Isaac Newton skipt ljósinu í samfellt litað band með því að láta geisla af hvítu ljósi í gegnum prisma og notaði orðið „Spectrum“ í fyrsta sinn til að lýsa þessum niðurstöðum. Mynd 3.
Mynd 3 Isaac Newton rannsakar sólarljóssviðið með prisma.
Í upphafi 19. aldar gerði þýski vísindamaðurinn Joseph von Fraunhofer (Franchofer), ásamt prismum, dreifingaropum og sjónaukum, litrófsmæli með mikilli nákvæmni og nákvæmni, sem notaður var til að greina litróf sólarútblásturs. Mynd 4. Hann sá í fyrsta skipti að litróf sjölita sólarinnar er ekki samfellt, heldur hefur fjölda dökkra línur (yfir 600 stakar línur) á sér, þekkt sem hin fræga "Frankenhofer lína".Hann nefndi þær aðgreindustu línur A, B, C…H og hann taldi um 574 línur á milli B og H sem samsvarar frásog mismunandi frumefna á sólarrófinu. Mynd 5. Á sama tíma var Fraunhofer einnig fyrst að nota diffraktionsrist til að fá línuróf og reikna út bylgjulengd litrófslínanna.
Mynd 4. Snemma litrófsmælir, skoðaður með manninum
Mynd 5 Fraun Whaffe lína (dökk lína í borði)
Mynd 6 Sólróf, með íhvolfa hlutann sem samsvarar Fraun Wolfel línunni
Um miðja 19. öld unnu þýsku eðlisfræðingarnir Kirchhoff og Bunsen saman við háskólann í Heidelberg og með nýhönnuðu logaverkfæri Bunsen (Bunsenbrennarinn) og framkvæmdu fyrstu litrófsgreininguna með því að taka eftir sérstökum litrófslínum mismunandi efna. (sölt) stráð í Bunsen brennara loga fig.7. Þeir gerðu sér grein fyrir eigindlegri athugun frumefna með því að athuga litrófið og birtu árið 1860 uppgötvunina á litróf átta frumefna og ákváðu tilvist þessara frumefna í nokkrum náttúrulegum efnasamböndum.Niðurstöður þeirra leiddu til stofnunar mikilvægrar greinar greiningarefnafræði litrófsgreiningar: litrófsgreiningu
Mynd.7 Logaviðbrögð
Á 20. aldar 20. aldar notaði indverski eðlisfræðingurinn CV Raman litrófsmæli til að uppgötva óteygjanleg dreifingaráhrif ljóss og sameinda í lífrænum lausnum.Hann tók eftir því að innfallsljósið dreifðist með hærri og minni orku eftir samskipti við ljós, sem síðar er kölluð Raman-dreifing mynd 8. Breyting ljósorku einkennir örbyggingu sameinda, þannig að Raman-dreifingarrófsgreining er mikið notuð í efni, læknisfræði, efnafræði og aðrar atvinnugreinar til að bera kennsl á og greina sameindagerð og uppbyggingu efna.
Mynd 8 Orkan breytist eftir að ljós hefur samskipti við sameindirnar
Á þriðja áratug 20. aldar lagði bandaríski vísindamaðurinn Dr. Beckman fyrst til að mæla frásog útfjólubláa litrófsins á hverri bylgjulengd fyrir sig til að kortleggja allt frásogsrófið og sýna þannig gerð og styrk efna í lausn.Þessi flutningsgleypni ljósleið samanstendur af ljósgjafanum, litrófsmælinum og sýninu.Mest af núverandi lausnarsamsetningu og styrkgreiningu er byggt á þessu frásogsrófi flutnings.Hér er ljósgjafanum skipt á sýnishornið og prisman eða ristið skannað til að fá mismunandi bylgjulengdir. Mynd 9.
Mynd 9 Regla um gleypnigreiningu –
Á fjórða áratug 20. aldar var fyrsti beingreiningarrófsmælirinn fundinn upp og í fyrsta skipti komu ljósmargfaldarrör PMT og rafeindatæki í stað hefðbundinnar augnskoðunar eða ljósmyndafilmu, sem gat beint lesið út litrófsstyrkinn á móti bylgjulengdinni. 10. Þannig hefur litrófsmælirinn sem vísindatæki verið bættur verulega hvað varðar auðveldi í notkun, magnmælingar og næmi á tímabilinu.
Mynd 10 Ljósmargfaldarrör
Um miðja til seint á 20. öld var þróun litrófsmælatækni óaðskiljanleg frá þróun ljósrafrænna hálfleiðaraefna og tækja.Árið 1969 fundu Willard Boyle og George Smith frá Bell Labs upp CCD (Charge-Coupled Device), sem síðan var endurbætt og þróað í myndatökuforrit af Michael F. Tompsett á áttunda áratugnum.Willard Boyle (t.v.), George Smith vann, sem hlaut Nóbelsverðlaunin fyrir uppfinningu sína á CCD (2009) sem sýnd er á mynd 11. Árið 1980 fann Nobukazu Teranishi frá NEC í Japan upp fasta ljósdíóðu, sem bætti myndsuðhlutfallið til muna og upplausn.Seinna, árið 1995, fann Eric Fossum hjá NASA upp CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) myndflöguna, sem eyðir 100 sinnum minna afli en svipaðar CCD myndflögur og hefur mun lægri framleiðslukostnað.
Mynd 11 Willard Boyle (til vinstri), George Smith og CCD þeirra (1974)
Í lok 20. aldar, áframhaldandi umbætur á hálfleiðurum ljósrófsflísavinnslu og framleiðslutækni, sérstaklega með beitingu fylkis CCD og CMOS í litrófsmælum á mynd 12, verður mögulegt að fá alhliða litróf með einni lýsingu.Í tímans rás hafa litrófsmælar verið notaðir í mikilli notkun, þar á meðal en ekki takmarkað við litagreiningu/mælingu, leysibylgjulengdargreiningu og flúrljómun litrófsgreiningar, LED flokkun, mynd- og ljósskynjunarbúnað, flúrljómun litrófsgreiningu, Raman litrófsgreiningu og fleira. .
Mynd 12 Ýmsir CCD flísar
Á 21. öldinni hefur hönnun og framleiðslutækni ýmissa tegunda litrófsmæla smám saman þroskast og náð stöðugleika.Með vaxandi eftirspurn eftir litrófsmælum í öllum stéttum þjóðfélagsins hefur þróun litrófsmæla orðið hraðari og sértækari fyrir iðnaðinn.Til viðbótar við hefðbundna sjónræna færibreytuvísana hafa mismunandi atvinnugreinar sérsniðnar kröfur um rúmmálsstærð, hugbúnaðaraðgerðir, samskiptaviðmót, viðbragðshraða, stöðugleika og jafnvel kostnað við litrófsmæla, sem gerir litrófsmælaþróunina fjölbreyttari.
Pósttími: 28. nóvember 2023