1. Spektrometr nədir?

Spektrometr fiziki xarakteristikanın spektral komponentlərini ayıran və ölçən aləti təsvir edən çətir terminidir. Onlar spektrin komponentlərinin orijinal qarışığından ayrıldığı davamlı dəyişəni ölçən cihazlardır.

Ətrafda spektrometrlərin bir neçə variantı var və ən çox yayılmış olanlardan bəziləri Nüvə Maqnit Rezonans (NMR) Spektrometri, Kütləvi Spektrometr və Optik Spektrometrdir.

1.1 NMR spektrometri

NMR Spektrometri nümunə güclü, sabit bir maqnit sahəsinə yerləşdirildikdə nüvələrin spinlərinin qarşılıqlı təsirini müşahidə edir və ölçür. NMR siqnalı nüvələrin maqnit sahəsi ilə nüvələrin tezliyi ilə rezonans doğuran tezlikdə qarşılıqlı əlaqədə olduqda yaranır.

Molekulda atomu əhatə edən molekuldaxili maqnit sahəsi rezonans tezliyi ilə dəyişir, buna görə də nümunənin molekulyar quruluşunu ortaya qoyur.

1.2 Kütlə Spektrometri

Kütləvi spektrometr ionların kütlə-yük nisbətini ölçür və nümunədə mövcud olan elementlərin tərkibini müəyyən edir. Bu, nümunəni ionlaşdıraraq işləyir, bu da bəzi molekulların yüklənməsinə və kütlə-yük nisbətinə görə ayrılmasına səbəb olur.

Bu ionlar daha sonra yüklü hissəcikləri aşkar edə bilən cihaz tərəfindən aşkar edilir.

1.3 Optik Spektrometr

Optik Spektrometr işığın xassələrini ölçür, adətən elektromaqnit spektrində optik bölgənin yaxınlığında, yəni ultrabənövşəyi, görünən və infraqırmızı işıq.

Dalğa uzunluğu ilə işığın udulması və emissiyasının dəyişməsi materialları müəyyən etməyə imkan verir.

Bu yazıda biz Optik Spektrometrə diqqət yetirəcəyik. 

2. Spektrometrin iş prinsipi

Spektrometr üç əsas komponentdən ibarətdir - giriş yarığı, barmaqlıq və detektor.

2.1 Giriş yarığı

Mənbədən gələn işıq giriş yarığına daxil olur və yarığın ölçüsü alətlə ölçülə bilən işığın miqdarını müəyyən edir. Yarıq ölçüsü spektrometrin optik ayırdetmə qabiliyyətinə də təsir edir, burada yarıq ölçüsü nə qədər kiçik olsa, ayırdetmə bir o qədər yaxşı olar.

Şüa yarıqdan keçdikdən sonra divergentləşir və divergent şüanı kollimasiya edən güzgüdə əks etdirərək, şüa kolimasiya olunur. Kolimasiya olunmuş şüalar daha sonra difraksiya ızgarasına yönəldilir. Barmaqlıq dispersiya elementi kimi çıxış edir və işığı onun tərkib dalğa uzunluqlarına bölür.

2.2 Izgara

Monoxromator işığın müəyyən dalğa uzunluğunu seçmək üçün prizmada optik dispersiya fenomenindən və ya difraksiya barmaqlıqlarından difraksiyadan istifadə edir. Ənənəvi spektrometrlərdə işığı dağıtmaq üçün prizmalardan istifadə edilirdi.

Bununla belə, difraksiya barmaqlığının ixtirası ilə prizmadan daha çox üstünlüklərə malik olduğundan müasir spektrometrlərdə ən çox istifadə edilən monoxromator oldu. 

Hər iki cihaz işığı bir neçə rəngə bölmək qabiliyyətinə malikdir, lakin rəngləri prizmadan daha böyük bucaq üzərində yaymaq üçün difraksiya ızgarası edilə bilər. Prizmalar yalnız UV bölgəsində daha yüksək dispersiyaya malikdir, difraksiya ızgaraları isə UV, VIS və IR spektrində yüksək və sabit dispersiyaya malikdir. 

İşıq difraksiya ızgarasına dəydikdən sonra hər dalğa uzunluğu fərqli bucaq altında əks olunur. Müxtəlif dalğa uzunluğu diapazonlarını təyin etmək üçün müxtəlif ölçülü difraksiya barmaqlığı da istifadə olunur.

Şüa barmaqlıqdan əks olunduqdan sonra yenidən divergentləşir, beləliklə, o, ikinci güzgüyə toxunaraq, onu detektora yönəldir.

2.3 Detektor

Detektor işıq spektrlərini tutur və dalğa uzunluğundan asılı olaraq işığın intensivliyini ölçür. Bu məlumatlar daha sonra rəqəmsallaşdırılır və qrafik şəklində proqram təminatına yerləşdirilir.

3. Spektrometrin hissələri

Yuxarıdakı bölmə spektrometrin necə işlədiyindən bəhs edirdi. Bu bölmədə spektrometrin komponentləri və hər bir komponent üçün müxtəliflik əhatə olunacaq.

3.1 İşıq mənbələri

Bir spektrometrdə tez-tez tapılan işıq mənbələri volfram halogen, deyterium, ksenon qövslər, LED, civə arqon, sink və ya lazerlərdən hazırlanır.  

3.2 Giriş yarığı

Yarıqlar müxtəlif ölçülərdə olur, 5μm-dən 800μm-ə qədər, hündürlüyü 1mm-dən 2mm-ə qədərdir. Yarığın ölçüsü tətbiqdən asılıdır və ən çox istifadə edilən yarıqlar 10, 25, 50, 100 və 200μm genişliklərdədir.

3.3 Güzgülər

Ətrafdakı güzgülərin ən çox yayılmış növləri adətən müstəvi və sferik güzgülərdir. Sferik güzgülər iki növə bölünə bilər - konkav və qabarıq sferik güzgülər. Lakin spektrometrdə adətən konkav sferik güzgülərdən istifadə olunur.

3.4 Difraksiya ızgaraları

Bazarda iki növ difraksiya ızgaraları mövcuddur - Qaydalı Izgara və Holografik Barmaqlıq.

İdarə olunan barmaqlıq idarəedici maşında almaz formalı alətdən istifadə edərək əks etdirici səthə yivləri fiziki olaraq aşındırmaqla, holoqrafik barmaqlıq isə iki UV şüasından istifadə edərək müdaxilə nümunəsi yaradan müdaxilə litoqrafiyası kimi tanınan bir proseslə istehsal olunur. 

İdarə olunan barmaqlıqlar xüsusi dalğa uzunluqları üçün yandırıla bilər və adətən holoqrafik barmaqlıqlardan daha yüksək effektivliyə malikdir.

Holoqrafik barmaqlıqlar daha vahid yiv formasına və məsafəyə malik olur və optik olaraq istehsal olunduqları üçün daha az işıq saçır.

3.5 Sahiblər

Nümunələr adətən maye olur, lakin qazlar və bərk cisimlər də sınaqdan keçirilə bilər. Nümunələr adətən kyuvet adlanan şəffaf hüceyrənin içərisinə yerləşdirilir. Bəzi avadanlıqlarda küvetlərin yerinə sınaq boruları da istifadə edilə bilər. 

Küvetin istehsalı üçün istifadə olunan material spektrometrin əhatə etdiyi spektral diapazondan asılıdır. Erimiş silisium və ya kvars şüşəsi ümumiyyətlə ultrabənövşəyi şüalardan IR bölgələrinə şəffaf olduğundan istifadə olunur.

3.6 Detektorlar

Fərqli spektrometrlərdə istifadə olunan çoxlu sayda detektorlar var və bəzi ümumi istifadə olunan detektorlar fotoçoxaltma borusu (PMT), fotodiod, fotodiod massivi, yüklə əlaqəli cihaz (CCD), bolometr və çox kanallı analizatordur (MCA).

3.7 İnterfeys

Əksər spektrometr sistemləri USB, RS-232 və ya Ethernet vasitəsilə kompüterlə əlaqə qurur. Texnologiyanın inkişafı ilə daha yeni sistemlər Wi-Fi və Bluetooth-dan istifadə edərək məlumatları simsiz ötürə bilir.

3.8 Proqram təminatı

Məlumatların toplanması üçün spektrometrlərlə istifadə üçün bir çox proqram təmin edilə bilər. Aləti istehsal edən şirkətlərin əksəriyyəti istehsal etdikləri spektrometrə uyğun proqram təminatı da təqdim edəcəklər. Misal üçün, StellarNet-in spektrometrləri SpectraWiz kimi tanınan proqram təminatı ilə gəlir.

Bu cür hazır proqram təminatının üzərinə öz proqramınızı kodlaşdırmağa və yaratmağa, onu ehtiyaclarınıza uyğun tənzimləməyə imkan verən başqa proqramlar da var, yəni MS Excel və MATLAB üçün LabVIEW, Visual C, C#, VB, VBA.

4. Spektrometrdən istifadə

Bir spektrometrdən bir neçə istifadə var.

Məsələn, 200-400nm spektral diapazondan istifadə edən, eni 200μm olan giriş yarığı, 2400q/mm yiv ölçüsü olan holoqrafik barmaqlıq və 2000 piksel CCD detektoru ilə quraşdırılmış UV spektrometri çirkləri aşkar edə bilər. üzvi molekullarda – məsələn benzol, sikloheksanda rast gəlinən ümumi bir çirkdir və onun mövcudluğu spektrdə 255nm pik ilə udulması ilə asanlıqla aşkar edilə bilər.

5. Optik spektrometrlərin növləri

Optik spektrometrləri iki şəkildə təsnif etmək olar. Birinci yol onların dalğa uzunluğuna görə, ikinci yol isə işığın qarşılıqlı təsir xüsusiyyətlərinə görədir. 

5.1 Dalğa uzunluğu

  • Ultraviolet (UV)

UV spektroskopiyası nümunənin nə qədər işığı udduğunu və ya əks etdirdiyini ölçmək və nümunədəki elementlərin konsentrasiyasını təyin etmək üçün 200 - 400 nm arasında dalğa uzunluğunun UV diapazonunda işıqdan istifadə edir. 

Nümunədəki elektronlar əsas vəziyyətdən daha yüksək enerji vəziyyətinə həyəcanlanır, çünki molekullar UV işığının verdiyi enerjini udurlar. Elektronların sahib olduğu enerji miqdarı onun qəbul edə biləcəyi dalğa uzunluğunun uzunluğuna mütənasibdir.

Nümunənin identifikasiyası nümunə UV işığını udduğu zaman yaranan spektri məlum birləşmələrin spektrləri ilə müqayisə etməklə həyata keçirilir.

UV spektrometri adətən deyterium qövsü, ksenon qövsü və ya volfram halogen lampalarından istifadə edir. İstifadə olunan ızgaranın növü adətən holoqrafik barmaqlıqdır və istifadə olunan detektor adətən PMT, fotodiod, fotodiod massivi və ya CCDdir. Detektorlar adətən 14μm x 200μm piksel ölçüsü ilə gəlir.

UV spektrometri material elmləri, keyfiyyətə nəzarət, neft kimyası, qida və kənd təsərrüfatı, həyat elmi, optik komponentlər və s. kimi sahələrdə geniş istifadə olunur.

Həm də adətən çirklərin aşkarlanması və birləşmədə hər hansı funksional qrupun olması və ya olmaması, birləşmələrin müəyyən edilməsi, üzvi birləşmələrin strukturunun aydınlaşdırılması və s. kimi tətbiqlərdə istifadə olunur.

  • Görünən (VIS)

VIS spektrometri UV spektrometri ilə eyni şəkildə işləyir, istisna olmaqla, bu, ultrabənövşəyi şüa ilə qarşılıqlı təsir göstərməyən birləşmələri müəyyən etmək üçün elektromaqnit spektrinin görünən bölgəsindəki işıqdan, yəni 400nm-dən 700nm-ə qədər dalğa uzunluğundan istifadə edir.

Bu alət həmçinin nümunədəki maddələrin konsentrasiyasını onun keçiriciliyini və ya absorbsiya intensivliyini ölçməklə müəyyən edə bilər.

Volfram halogen, ksenon lampalar və LED-lər adətən VIS spektrometrində işıq mənbələri kimi istifadə olunur.

UV spektrometri ilə eyni tipli difraksiya barmaqlığı və detektorundan istifadə edir. VIS spektrometri əsasən UV spektrometri ilə eyni sənaye və tətbiqlərdə istifadə olunur.

  • İnfraqırmızı (IR)

IR spektrometri IR spektrlərindəki materialları müəyyən etmək üçün IR işığı ilə üzvi molekulun vibrasiya keçidlərindən istifadə edir. 

IR işığı 700nm ilə 1 mm arasında üç hissəyə bölünə bilər - görünən spektrə görə yaxın, orta və uzaq infraqırmızı.

İQ-nin ortasından başlayaraq fotonlar yalnız kovalent bağlı atomlarda vibrasiya həyəcanlarına səbəb ola bilir və enerjilər kifayət qədər böyük olmadığı üçün elektronları həyəcanlandıra bilmirlər.

Nümunə IR radiasiyasını udur və enerji baxımından bu titrəmələrə uyğun gəlir. Bu, birləşmələrin udulma spektrlərini qeyd etməyə imkan verir və spektrlər hər bir birləşmə üçün unikaldır.

Geniş diapazonda məlumat toplayan Fourier-transform IR (FTIR) Spektrometr, xam məlumatları spektrə çevirmək üçün Furye transformasiyasından istifadə edir. 

Yaxın, orta və uzaq IR müvafiq olaraq volfram-halogen lampa, qlobar və civə lampasından istifadə edir. Quraşdırılmış ızgaranın növü adətən idarə olunan barmaqlıqdır. NIR spektrometrləri adətən piksel ölçüsü 25μm x 500μm olan InGaAs fotodiodlarından istifadə edir, MIR spektrometrləri isə 48.5μm x 48.5μm piksel ölçüsünə malik piroelektrik detektorlardan istifadə edir və FIR spektrometrləri a-Si və ya VOx 75μm ölçülü bolometrlərdən istifadə edir.

Bu adətən Əczaçılıq, Ekoloji Təhlükəsizlik, Qida və Materiallar kimi sənayelərdə tapıla bilər. IR spektrometrindən istifadə edən tətbiqlərə zülalların xarakteristikası, kosmik tədqiqatlar, birləşmələrin identifikasiyası, nanoölçülü yarımkeçiricilərin təhlili və s. daxildir.

5.2 Qarşılıqlı əlaqələr

  • Udma

Adından da göründüyü kimi, udma spektroskopiyası radiasiyanın dalğa uzunluğu və ya tezlik funksiyası kimi mənbə ilə nümunənin udulmasını ölçür.

Nümunə mənbədən enerji udur və udulmanın intensivliyi tezliyə görə dəyişir, bu dəyişiklik sonra udma spektrini yaradır. Bu spektroskopiya üsulu elektromaqnit spektri boyunca aparılır.

Absorbsiya spektroskopiyası nümunədə mövcud olan birləşmələri təyin etmək və onun konsentrasiyasını ölçmək üçün istifadə olunur. Yuxarıda qeyd olunan UV, VIS və IR spektroskopiyası udma spektroskopiyasına misaldır.

Absorbsiya spektrometriyasında istifadə edilən ən çox yayılmış işıq mənbəyi içi boş katod lampadır və detektor kimi PMT istifadə olunur. Bu tez-tez uzaqdan zondlama, astronomiya və atom və molekulyar fizikada istifadə olunur.

  • Referans

Yansıtma spektroskopiyası nümunədən əks olunan və ya səpələnmiş işığın miqdarını ölçür.

Nümunədən əks olunan və ya nümunə vasitəsilə qırılan mənbədən gələn fotonlara səpələnmiş deyilir.

Bu səpələnmiş fotonlar daha sonra aşkar edilir və qeydə alınır. Bu, dalğa uzunluğuna qarşı əks etdirmə ilə nəticələnir.

Yansıtma spektroskopiyası sistemləri adətən işıq mənbəyi kimi lazerlərdən, superlüminessent diodlardan, LED-lərdən və ya halogen lampalardan və detektoru kimi CCD-lərdən, fotodiodlardan və ya MCA-dan istifadə edirlər. 

Yansıtma spektrometri tibb sənayesində toxumaların konsentrasiyası haqqında məlumat vermək üçün istifadə olunur və ətraf mühit elmi və geologiya kimi sənayelərdə də istifadə edilə bilər.

  • transmittance

Transmissiya spektroskopiyası nümunədən dəyişmədən keçən işığın miqdarının ölçülməsinə aiddir.

Absorbsiya spektroskopiyası ilə çox əlaqəlidir, buna görə də oxşar quruluşu paylaşırlar.

Ötürmə spektri nümunədən daha çox işıq keçdikcə udulmanın ən zəif olduğu dalğa uzunluqlarında ən yüksək zirvələrə sahib olacaqdır.

Spektral diapazondan asılı olaraq müxtəlif işıq mənbələri istifadə olunur. LEDlər, volfram halogenləri və ya deyterium lampaları tez-tez istifadə olunur. Seçilmiş tipik detektorlar fotodiodlar və CCD-lərdir. Bu, tez-tez əczaçılıq analizində istifadə olunur.

  • Floresan

Spektrofluorometr

UV spektroskopiyasında qeyd edildiyi kimi, nümunədəki elektronlar işığı udduqda və əsas vəziyyətdən müxtəlif vibrasiya vəziyyətlərindən ibarət daha yüksək elektron vəziyyətə keçdikdə həyəcanlanır.

Həyəcanlanan elektronlar bir foton yayaraq əsas vəziyyətinə keçə bilər və bu proses flüoresans kimi tanınır.

Elektronlar zəmin vəziyyətində müxtəlif vibrasiya səviyyələrindən hər hansı birinə düşə bildiyinə görə, yayılan fotonlar müxtəlif miqdarda enerji və beləliklə də müxtəlif intensivlik və dalğa uzunluqlarını ehtiva edəcəkdir.

Floresensiya spektroskopiyası buna görə də nümunədən alınan flüoresans miqdarının ölçülməsi kimi müəyyən edilir. Elektronları həyəcanlandırmaq üçün adətən UV və ya VIS diapazonunda işıqdan istifadə edir.

Floresensiya flüoresan spektrometrləri ilə ölçülür və emissiyanın intensivliyi və dalğa uzunluğu paylanması kimi flüoresansın müxtəlif xüsusiyyətlərini ölçür. Emissiya spektri daha sonra nümunələrin hansı dalğa uzunluqlarını yaydığını ortaya qoyur.

Floresensiyanı ölçən cihazlara flüorometrlər deyilir. Flüorometrlər adətən işıq mənbəyi kimi lazerlər, LED, ksenon qövs və ya civə buxar lampalarından istifadə edirlər. Fotodiodlar və ya PMTlər adətən flüoresan spektroskopiyada detektorlar kimi seçilir.

Bu spektroskopiya metodu ümumiyyətlə tibb, biokimyəvi və ətraf mühitin monitorinqi sənayesində tapıla bilər. Tətbiqlərə insan toxumalarında xərçəng diaqnozu, çirkləri aşkar etmək və ya maddələrin konsentrasiyalarını müəyyən etmək və ölçmək, infeksiyalara səbəb olan müxtəlif bakteriya, virus və parazitləri aşkar etmək daxildir.

  • Səpələnmək

İşıq maddənin içindən keçdikdə onun böyük hissəsi öz orijinal istiqamətində davam edir, lakin kiçik bir hissəsi başqa istiqamətlərə səpələnir.

Bu texnika Raman səpilmə nəzəriyyəsinə əsaslanır. Səpilmə effekti fotonların maddə tərəfindən qeyri-elastik səpilməsidir, yəni işığın istiqamətində dəyişiklik olur və nümunə ilə qarşılıqlı təsirdən sonra fotonlar enerji itirir.

Adətən, molekullar hadisə fotonlarından vibrasiya enerjisi qazanacaqlar.

Səpələnən işığın çoxu enerjisi dəyişməzdir və bu Rayleigh səpilməsidir. Raman səpilməsi səpələnmiş fotonların son dərəcə kiçik bir hissəsindən (təxminən 1 milyonda 10) ibarətdir.

Nümunədəki vibrasiya dəyişikliyini təhlil edərək kimyəvi tərkib, kristallik, molekulyar qarşılıqlı təsirlər kimi xüsusiyyətləri müəyyən etmək olar. Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, Raman səpilməsi çox zəifdir, ona görə də işığı yoxlamaq üçün yüksək həssas spektrometr lazımdır.

Bu alət adətən kimya, fizika, əczaçılıq, incəsənət və tibb kimi sənayelərdə istifadə olunur. O, molekulları müəyyən etməyə və kimyəvi birləşmələri araşdırmağa, materialların strukturlarını xarakterizə etməyə və öyrənməyə, paketlərdə saxta dərmanları aşkar etməyə, biomineralları öyrənməyə və s.

6. Raman spektrometri

Raman spektroskopiyası işığın (adətən lazer) materialın kimyəvi bağları ilə qarşılıqlı təsirinə əsaslanır.

İşıq birbaşa nümunədən səpilir və hissəcikləri Rayleigh səpilməsindən çıxarmaq üçün filtrdən keçir.

Raman səpilməsindən qalan işıq daha sonra detektora doğru getməzdən əvvəl difraksiya ızgarasına yönəldilir.

Nəhayət, hər bir zirvə və intensivliyin nümunə haqqında bəzi məlumat verə biləcəyi bir Raman spektri istehsal edir.

Raman spektrometri işıq mənbəyi kimi yalnız davamlı dalğalı lazerdən istifadə edir.

Qırmızıdan NIR-ə qədər spektral diapazonda olan lazerlər adətən istifadə olunur, lakin mavi və yaşıl rəngdə görünən lazerlərin istifadəsi son illərdə artır.

O, həmçinin monoxromator kimi holoqrafik barmaqlıqlardan və detektoru kimi CCD-lərdən istifadə edir.

7. Spektrometr Vs. Spektrofotometr

İnsanlar tez-tez Spektrometri Spektrofotometrlə səhv salırlar. A spektrofotometr materialın dalğa uzunluğundan asılı olaraq işığın ötürmə və udma xassələrini ölçən alətdir.

O, adətən yaxın ultrabənövşəyidən görünən işığa, yaxın infraqırmızıya qədər diapazonda işıqla məşğul olur. Spektrofotometrin özündə nümunəni daha yaxşı işıqlandırmaq üçün spektrometr, eləcə də işıq mənbəyi var. 

İş prinsipi spektrometrə bənzəyir, burada monoxromator nümunəyə çatmaq üçün işığın dalğa uzunluğunu seçmək üçün istifadə olunur. Nümunənin qeyri-şəffaflığından asılı olaraq, işıq ya əks olunur, ya da ötürülür. Daha sonra detektor əks olunan və ya ötürülən işığın intensivliyini qeyd edir.

Bu, detektorun işığın intensivliyindəki dəyişikliyi ölçməsi üçün müxtəlif dalğa uzunluqlarında monoxromatorla təkrarlanır. Son çıxış dalğa uzunluğunun bir funksiyası olaraq udma spektri olacaqdır.

8. Etibarlı Spektrometri Hardan Almaq olar?

İndi bir spektrometrin nə olduğunu və onun tətbiqlərini bildiyiniz üçün etibarlı olanı haradan alacağınızı bilməlisiniz. Etibarlı spektrometrləri buradan ala bilərsiniz Wavelength Opto-Electronic.

Biz 190 – 2300nm dalğa uzunluqlarından UV, VIS və NIR-də ölçmələr üçün optik spektrometrlər təklif edən StellarNet spektrometrlərinin distribyutoruyuq. StellarNet spektrometrləri daşına bilən, hərəkət edən hissələri olmayan yığcam olmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur.

2023-cü il üçün vebsayt dizaynımızı yeniləyirik!
Məzmun göstərilmirsə, keşi təmizləmək üçün Shift + Refresh (F5) düymələrini basıb saxlayın
Bu vebsayt ən yaxşı Chrome/Firefox/Safari ilə baxılır.