स्पेक्ट्रोमीटर एक वैज्ञानिक उपकरण है, जिसका उपयोग विद्युत चुम्बकीय विकिरणों के स्पेक्ट्रम का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है, यह विकिरणों के एक स्पेक्ट्रम को स्पेक्ट्रोग्राफ के रूप में प्रदर्शित कर सकता है जो तरंग दैर्ध्य के संबंध में प्रकाश की तीव्रता के वितरण का प्रतिनिधित्व करता है (y-अक्ष तीव्रता है, x-अक्ष तरंग दैर्ध्य है) /प्रकाश की आवृत्ति)।प्रकाश को बीम स्प्लिटर्स द्वारा स्पेक्ट्रोमीटर के अंदर अपने घटक की तरंग दैर्ध्य में अलग किया जाता है, जो आमतौर पर अपवर्तक प्रिज्म या विवर्तन झंझरी होते हैं चित्र 1।
चित्र 1 प्रकाश बल्ब और सूर्य के प्रकाश का स्पेक्ट्रम (बाएं), झंझरी और प्रिज्म का किरण विभाजन सिद्धांत (दाएं)
स्पेक्ट्रोमीटर ऑप्टिकल विकिरण की एक विस्तृत श्रृंखला को मापने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, चाहे प्रकाश स्रोत के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम की सीधे जांच करके या किसी सामग्री के साथ बातचीत के बाद प्रकाश के प्रतिबिंब, अवशोषण, संचरण या बिखरने का विश्लेषण करके।प्रकाश और पदार्थ की परस्पर क्रिया के बाद, स्पेक्ट्रम एक निश्चित वर्णक्रमीय सीमा या एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन का अनुभव करता है, और स्पेक्ट्रम में परिवर्तन के अनुसार पदार्थ के गुणों का गुणात्मक या मात्रात्मक विश्लेषण किया जा सकता है, जैसे कि जैविक और रासायनिक विश्लेषण रक्त और अज्ञात समाधानों की संरचना और एकाग्रता, और अणुओं का विश्लेषण, परमाणु संरचना और सामग्री की मौलिक संरचना चित्र 2।
चित्र: 2 विभिन्न प्रकार के तेलों का इन्फ्रारेड अवशोषण स्पेक्ट्रा
मूल रूप से भौतिकी, खगोल विज्ञान, रसायन विज्ञान के अध्ययन के लिए आविष्कार किया गया स्पेक्ट्रोमीटर अब रासायनिक इंजीनियरिंग, सामग्री विश्लेषण, खगोलीय विज्ञान, चिकित्सा निदान और जैव-संवेदन जैसे कई क्षेत्रों में सबसे महत्वपूर्ण उपकरणों में से एक है।17वीं शताब्दी में, आइजैक न्यूटन एक प्रिज्म के माध्यम से सफेद प्रकाश की किरण को पारित करके प्रकाश को निरंतर रंगीन बैंड में विभाजित करने में सक्षम थे और इस परिणाम का वर्णन करने के लिए पहली बार "स्पेक्ट्रम" शब्द का इस्तेमाल किया। चित्र 3।
चित्र 3: आइजैक न्यूटन एक प्रिज्म से सूर्य के प्रकाश के स्पेक्ट्रम का अध्ययन करता है।
19वीं सदी की शुरुआत में जर्मन वैज्ञानिक जोसेफ वॉन फ्राउनहोफर (फ्रैंचोफर) ने प्रिज्म, विवर्तन स्लिट और दूरबीनों के साथ मिलकर उच्च परिशुद्धता और सटीकता वाला एक स्पेक्ट्रोमीटर बनाया, जिसका उपयोग सौर उत्सर्जन के स्पेक्ट्रम का विश्लेषण करने के लिए किया गया था चित्र 4. उन्होंने पहली बार देखा गया कि सूर्य के सात रंगों का स्पेक्ट्रम निरंतर नहीं है, बल्कि उस पर कई गहरी रेखाएं (600 से अधिक असतत रेखाएं) हैं, जिन्हें प्रसिद्ध "फ्रैंकनहोफर लाइन" के रूप में जाना जाता है।उन्होंने इनमें से सबसे विशिष्ट रेखाओं को A, B, C...H नाम दिया और उन्होंने B और H के बीच लगभग 574 रेखाओं की गिनती की, जो सौर स्पेक्ट्रम पर विभिन्न तत्वों के अवशोषण से मेल खाती है। चित्र 5. उसी समय, फ्राउनहोफर भी थे लाइन स्पेक्ट्रा प्राप्त करने और वर्णक्रमीय रेखाओं की तरंग दैर्ध्य की गणना करने के लिए सबसे पहले विवर्तन झंझरी का उपयोग करना।
चित्र 4. एक प्रारंभिक स्पेक्ट्रोमीटर, जिसे मानव के साथ देखा गया
चित्र 5 फ्रौन व्हाफ़े रेखा (रिबन में गहरी रेखा)
चित्र 6 सौर स्पेक्ट्रम, फ्रौन वोल्फेल रेखा के अनुरूप अवतल भाग के साथ
19वीं शताब्दी के मध्य में, जर्मन भौतिक विज्ञानी किरचॉफ और बन्सन ने हीडलबर्ग विश्वविद्यालय में और बन्सन के नए डिज़ाइन किए गए फ्लेम टूल (बुन्सन बर्नर) के साथ मिलकर काम किया और विभिन्न रसायनों की विशिष्ट वर्णक्रमीय रेखाओं को नोट करके पहला वर्णक्रमीय विश्लेषण किया। (नमक) बन्सेन बर्नर लौ में छिड़का हुआ अंजीर।7. उन्होंने स्पेक्ट्रा का अवलोकन करके तत्वों की गुणात्मक जांच का एहसास किया और 1860 में आठ तत्वों के स्पेक्ट्रा की खोज प्रकाशित की, और कई प्राकृतिक यौगिकों में इन तत्वों के अस्तित्व को निर्धारित किया।उनके निष्कर्षों से स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान की एक महत्वपूर्ण शाखा का निर्माण हुआ: स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण
चित्र 7 ज्वाला प्रतिक्रिया
20वीं सदी के 20 के दशक में, भारतीय भौतिक विज्ञानी सीवी रमन ने कार्बनिक समाधानों में प्रकाश और अणुओं के अकुशल प्रकीर्णन प्रभाव की खोज के लिए एक स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग किया।उन्होंने देखा कि प्रकाश के साथ संपर्क करने के बाद आपतित प्रकाश उच्च और निम्न ऊर्जा के साथ बिखर जाता है, जिसे बाद में रमन स्कैटरिंग चित्र 8 कहा जाता है। प्रकाश ऊर्जा का परिवर्तन अणुओं की सूक्ष्म संरचना की विशेषता है, इसलिए रमन स्कैटरिंग स्पेक्ट्रोस्कोपी का व्यापक रूप से सामग्री, चिकित्सा, रसायन में उपयोग किया जाता है। और अन्य उद्योग पदार्थों के आणविक प्रकार और संरचना की पहचान और विश्लेषण करते हैं।
चित्र 8 प्रकाश के अणुओं के साथ संपर्क के बाद ऊर्जा में बदलाव होता है
20वीं सदी के 30 के दशक में, अमेरिकी वैज्ञानिक डॉ. बेकमैन ने पहली बार पूर्ण अवशोषण स्पेक्ट्रम को मैप करने के लिए प्रत्येक तरंग दैर्ध्य पर पराबैंगनी स्पेक्ट्रा के अवशोषण को अलग से मापने का प्रस्ताव रखा, जिससे समाधान में रसायनों के प्रकार और एकाग्रता का पता चल सके।इस संचरण अवशोषण प्रकाश मार्ग में प्रकाश स्रोत, स्पेक्ट्रोमीटर और नमूना शामिल हैं।वर्तमान समाधान संरचना और एकाग्रता का अधिकांश पता इस ट्रांसमिशन अवशोषण स्पेक्ट्रम पर आधारित है।यहां, प्रकाश स्रोत को नमूने पर विभाजित किया गया है और विभिन्न तरंग दैर्ध्य प्राप्त करने के लिए प्रिज्म या झंझरी को स्कैन किया गया है। चित्र 9।
चित्र.9 अवशोषण जांच सिद्धांत -
20वीं सदी के 40 के दशक में, पहले प्रत्यक्ष पहचान स्पेक्ट्रोमीटर का आविष्कार किया गया था, और पहली बार, फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब पीएमटी और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों ने पारंपरिक मानव नेत्र अवलोकन या फोटोग्राफिक फिल्म की जगह ले ली, जो सीधे तरंग दैर्ध्य छवि के खिलाफ वर्णक्रमीय तीव्रता को पढ़ सकते थे। 10. इस प्रकार, एक वैज्ञानिक उपकरण के रूप में स्पेक्ट्रोमीटर में समय के साथ उपयोग में आसानी, मात्रात्मक माप और संवेदनशीलता के मामले में काफी सुधार हुआ है।
चित्र 10 फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब
20वीं सदी के मध्य से अंत तक, स्पेक्ट्रोमीटर प्रौद्योगिकी का विकास ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक अर्धचालक सामग्रियों और उपकरणों के विकास से अविभाज्य था।1969 में, बेल लैब्स के विलार्ड बॉयल और जॉर्ज स्मिथ ने सीसीडी (चार्ज-कपल्ड डिवाइस) का आविष्कार किया, जिसे बाद में 1970 के दशक में माइकल एफ. टॉम्पसेट द्वारा इमेजिंग अनुप्रयोगों में सुधार और विकसित किया गया।विलार्ड बॉयल (बाएं), जॉर्ज स्मिथ जीते जिन्होंने सीसीडी (2009) के आविष्कार के लिए नोबेल पुरस्कार जीता, चित्र 11 में दिखाया गया है। 1980 में, जापान में एनईसी के नोबुकाज़ु टेरानिशी ने एक निश्चित फोटोडायोड का आविष्कार किया, जिसने छवि शोर अनुपात में काफी सुधार किया और संकल्प।बाद में, 1995 में, नासा के एरिक फॉसम ने CMOS (पूरक धातु-ऑक्साइड सेमीकंडक्टर) छवि सेंसर का आविष्कार किया, जो समान सीसीडी छवि सेंसर की तुलना में 100 गुना कम बिजली की खपत करता है और इसकी उत्पादन लागत बहुत कम है।
चित्र 11 विलार्ड बॉयल (बाएं), जॉर्ज स्मिथ और उनका सीसीडी (1974)
20वीं सदी के अंत में, सेमीकंडक्टर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक चिप प्रसंस्करण और विनिर्माण प्रौद्योगिकी में निरंतर सुधार, विशेष रूप से स्पेक्ट्रोमीटर चित्र 12 में सरणी सीसीडी और सीएमओएस के अनुप्रयोग के साथ, एक ही एक्सपोज़र के तहत स्पेक्ट्रा की पूरी श्रृंखला प्राप्त करना संभव हो गया है।समय के साथ, स्पेक्ट्रोमीटर ने अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में व्यापक उपयोग पाया है, जिसमें रंग पहचान/माप, लेजर तरंग दैर्ध्य विश्लेषण, और प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी, एलईडी सॉर्टिंग, इमेजिंग और प्रकाश संवेदन उपकरण, प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी, और बहुत कुछ शामिल है, लेकिन यह इन्हीं तक सीमित नहीं है। .
चित्र: 12 विभिन्न सीसीडी चिप्स
21वीं सदी में, विभिन्न प्रकार के स्पेक्ट्रोमीटरों की डिजाइन और निर्माण तकनीक धीरे-धीरे परिपक्व और स्थिर हो गई है।जीवन के सभी क्षेत्रों में स्पेक्ट्रोमीटर की बढ़ती मांग के साथ, स्पेक्ट्रोमीटर का विकास अधिक तेजी से और उद्योग-विशिष्ट हो गया है।पारंपरिक ऑप्टिकल पैरामीटर संकेतकों के अलावा, विभिन्न उद्योगों ने वॉल्यूम आकार, सॉफ़्टवेयर फ़ंक्शंस, संचार इंटरफ़ेस, प्रतिक्रिया गति, स्थिरता और यहां तक कि स्पेक्ट्रोमीटर की लागत की आवश्यकता को अनुकूलित किया है, जिससे स्पेक्ट्रोमीटर विकास अधिक विविध हो गया है।
पोस्ट करने का समय: नवंबर-28-2023