광학 분광계

Optical spectrometer
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그레이팅 분광계 개략도
격자형 분광계의 내부 구조: 빛은 왼쪽에서 나와 위쪽 중앙 반사 격자에서 회절됩니다.그런 다음 오른쪽 상단 모서리에 있는 슬릿에 의해 빛의 파장이 선택됩니다.

광학 분광계(분광 광도계, 분광기 또는 분광기)는 전자기 스펙트럼의 특정 부분에 걸쳐 빛의 특성을 측정하는 데 사용되는 기구로,[1] 일반적으로 물질을 식별하기 위해 분광 분석에 사용됩니다.측정된 변수는 대부분의 경우 빛의 강도이지만, 예를 들어 편광 상태일 수도 있습니다.독립 변수는 일반적으로 빛의 파장 또는 파장과 상호 관계가 있는 상호 센티미터 또는 전자 전압과 같은 광자 에너지에 직접 비례하는 단위입니다.

분광계는 스펙트럼 라인을 생성하고 그 파장과 강도를 측정하기 위해 분광학에 사용된다.분광계는 감마선과 X선에서 원적외선까지 광범위한 비광학 파장에 걸쳐 작동할 수 있다.계측기가 상대적인 스펙트럼이 아닌 절대적인 스케일로 스펙트럼을 측정하도록 설계된 경우 일반적으로 분광 광도계라고 합니다.대부분의 분광 광도계는 가시 스펙트럼 근처의 스펙트럼 영역에서 사용된다.

일반적으로 스펙트럼의 다른 부분을 측정하는 데 사용되는 기법이 다르기 때문에 특정 계측기는 이 총 범위의 작은 부분에 걸쳐 작동한다.광주파수 이하(즉 마이크로파 및 무선주파수)에서는 스펙트럼 분석기는 밀접한 관련이 있는 전자기기입니다.

분광계는 많은 분야에서 사용된다.예를 들어, 그것들은 천문학에서 물체로부터의 방사선을 분석하고 그들의 화학적 구성을 추론하기 위해 사용된다.분광계는 프리즘이나 격자를 사용하여 빛을 스펙트럼으로 확산시킵니다.이것은 천문학자들이 그들의 특징적인 스펙트럼 선으로 많은 화학 원소들을 발견할 수 있게 해준다.이러한 선은 수소 알파, 베타 및 감마선과 같은 원인이 되는 원소의 이름을 따서 명명되었습니다.빛나는 물체는 밝은 스펙트럼 라인을 나타낼 것입니다.어두운 선은 흡수에 의해 만들어지며, 예를 들어 가스 구름을 통과하는 빛에 의해 만들어지며, 이러한 흡수선은 또한 화학 화합물을 식별할 수 있다.우주의 화학적 구성에 대한 우리의 지식은 대부분 스펙트럼에서 나온다.

분광기

분광기
Spektrometr.jpg
기타 이름스펙트로그래프
관련 항목질량 분석기
다른 회절기반의 분광계 비교 : 반사광학, 굴절광학, 광섬유/집적광학[citation needed]

분광기는 천문학과 화학의 일부 분야에서 종종 사용된다.초기 분광기는 단순히 빛의 파장을 표시하는 눈금이 있는 프리즘이었다.현대의 분광기는 일반적으로 회절 격자, 가동 슬릿, 그리고 일종의 광검출기를 사용하며, 모두 컴퓨터에 의해 자동화되고 제어된다.최근 발전으로 회절 격자 없이 소형화된 스펙트럼계에서 계산 알고리즘의 의존도가 높아지고 있습니다. 예를 들어, CCD 칩에[2] 양자 도트 기반 필터 어레이를 사용하거나 단일 나노 구조에서 [3]구현되는 일련의 광검출기를 사용하는 등입니다.

요제프 폰 프라운호퍼는 프리즘, 회절 슬릿, 망원경을 스펙트럼 분해능을 높이고 다른 실험실에서 재현할 수 있는 방식으로 결합해 최초의 현대 분광기를 개발했다.프라운호퍼는 또한 최초의 회절 분광기를 [4]발명했다.Gustav Robert Kirchhoff와 Robert Bunsen은 화학 분석에 분광기를 적용하는 것을 발견했고 이 접근법을 세슘과 루비듐을 [5][6]발견하기 위해 사용했다.키르히호프와 분센의 분석을 통해 프라운호퍼 [7]선을 포함한 항성 스펙트럼의 화학적 설명이 가능해졌다.

물질이 노후화될 때까지 가열되면 물질의 원자 구성에 특징적인 빛을 방출합니다.특정 광 주파수는 지문으로 간주될 수 있는 스케일에서 선명하게 정의된 대역을 발생시킵니다.예를 들어 나트륨 소자는 588.9950 및 589.5924나노미터의 Sodium D-line으로 알려진 매우 특징적인 이중 노란색 띠를 가지고 있으며, 이 띠의 색은 저압 나트륨 증기 램프를 본 사람이라면 누구나 친숙할 것입니다.

19세기 초 최초의 분광기 설계에서는 빛이 슬릿에 들어가 콜리메이션 렌즈가 빛을 얇은 평행선 빔으로 변환했다.그 후 빛은 프리즘(핸드헬드 분광기에서는 보통 아미시 프리즘)을 통과하여 빔을 스펙트럼으로 굴절시켰는데, 이는 다른 파장이 분산으로 인해 다른 양을 굴절시키기 때문이다.그런 다음 이 이미지는 스펙트럼 이미지에 전치된 눈금으로 튜브를 통해 직접 측정이 가능해졌다.

사진 필름의 발달로 더 정확한 분광기가 만들어졌다.그것은 분광기와 같은 원리에 근거하고 있었지만, 관측관 대신에 카메라가 달려 있었다.최근에는 광전자 증배관 주위에 구축된 전자 회로가 카메라를 대체하여 훨씬 더 정확한 실시간 분광 분석을 가능하게 했다.분광형 시스템에서는 필름 대신 광센서 어레이가 사용됩니다.그러한 스펙트럼 분석, 즉 분광학은 알려지지 않은 물질의 구성을 분석하고 천문 현상을 연구하고 천문학 이론을 테스트하는 데 중요한 과학적 도구가 되었다.

UV, 가시광선 및 근적외선 스펙트럼 범위에서 스펙트럼은 일반적으로 단위 파장(nm 또는 μm), 파장(μm−1, cm−1), 주파수(THz) 또는 에너지(eV)의 형태로 제공되며, 단위는 Abscissa로 표시된다.중간에서 원거리 IR에서 스펙트럼은 일반적으로 단위 파장당 와트(μm) 또는 파수(cm−1) 단위로 표현된다.대부분의 경우 스펙트럼은 암시된 단위로 표시된다(스펙트럼 채널당 "디지털 카운트" 등).

가시 분광계에 일반적으로 사용되는 네 가지 가로 세로 타입의 비교.
적외선 분광기에 일반적으로 사용되는 네 가지 가로 세로 타입의 비교.

보석학에서

보석학자들은 원석의 흡수 스펙트럼을 결정하기 위해 분광기를 자주 사용하므로 [8]어떤 종류의 보석을 조사하는지 추론할 수 있다.보석학자는 관찰한 누락 스펙트럼을 다양한 보석에 대한 스펙트럼 카탈로그와 비교하여 보석의 정확한 식별성을 좁힐 수 있다.

스펙트로그래프

프리즘에 기초한 매우 단순한 분광기
KMOS 분광기.[9]
체코 온데제호프 체코 천문연구소 수평 태양 분광기

분광기는 빛을 파장으로 구분해 기록하는 [10]기구다.분광기는 일반적으로 [10][11]빛의 스펙트럼을 감지하고 기록하는 다중 채널 검출기 시스템 또는 카메라를 가지고 있습니다.

이 용어는 1876년 Dr.에 의해 처음 사용되었다. 헨리 드레이퍼는 이 장치를 발명했을 때 베가의 스펙트럼 사진을 여러 장 찍곤 했습니다.이 초기 버전의 분광기는 사용하기가 번거롭고 [12]관리하기 어려웠다.

파도의 정확한 성질에 따라 분광기라고 불리는 몇 가지 종류의 기계가 있다.첫 번째 분광기는 검출기로 사진 용지를 사용했다.식물 색소 피토크롬은 살아있는 식물을 검출기로 사용한 분광기를 사용하여 발견되었다.보다 최근의 분광기는 가시광선과 자외선 모두에 사용할 수 있는 CCD와 같은 전자 검출기를 사용한다.검출기의 정확한 선택은 기록할 빛의 파장에 따라 달라집니다.

분광기는 단색기에 비유하여 폴리크로메이터라고 불리기도 한다.

항성 및 태양 분광기

별의 스펙트럼 분류와 주계열 발견, 허블의 법칙, 허블 수열은 모두 사진용지를 사용한 분광기로 만들어졌다.곧 출시될 제임스 웹 우주 망원경에는 근적외선 분광기(NIRSpec)와 중적외선 분광기(MIRI)가 모두 탑재될 예정이다.

에셸 분광기

에셸 분광기는 두 개의 회절 격자를 사용하여 서로 90도 회전하고 서로 가까이 배치됩니다.따라서 슬릿이 아닌 입사점을 사용하여 2d CCD칩으로 스펙트럼을 기록한다.보통 대각선상의 스펙트럼을 취득하는 것을 상정하고 있습니다만, 양쪽 격자의 간격이 넓고 한쪽 격자가 첫 번째 차수만 표시되도록 점멸되어 있고 다른 한쪽 격자가 다수의 고차수가 표시되도록 점멸되어 있는 경우, 작은 공통의 CCD칩에 매우 미세한 스펙트럼을 적절히 접을 수 있습니다.또한 작은 칩은 콜리메이션 광학이 혼수나 난시용으로 최적화될 필요는 없지만 구면 수차를 0으로 설정할 수 있음을 의미합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Butler, L. R. P.; Laqua, K. (1995). "Nomenclature, symbols, units and their usage in spectrochemical analysis-IX. Instrumentation for the spectral dispersion and isolation of optical radiation (IUPAC Recommendations 1995)". Pure Appl. Chem. 67 (10): 1725–1744. doi:10.1351/pac199567101725. S2CID 94991425. A spectrometer is the general term for describing a combination of spectral apparatus with one or more detectors to measure the intensity of one or more spectral bands.
  2. ^ Bao, Jie; Bawendi, Moungi G. (2015-07-01). "A colloidal quantum dot spectrometer". Nature. 523 (7558): 67–70. Bibcode:2015Natur.523...67B. doi:10.1038/nature14576. ISSN 1476-4687. PMID 26135449. S2CID 4457991.
  3. ^ Yang, Zongyin; Albrow-Owen, Tom; Cui, Hanxiao; Alexander-Webber, Jack; Gu, Fuxing; Wang, Xiaomu; Wu, Tien-Chun; Zhuge, Minghua; Williams, Calum; Wang, Pan; Zayats, Anatoly V. (2019-09-06). "Single-nanowire spectrometers". Science. 365 (6457): 1017–1020. Bibcode:2019Sci...365.1017Y. doi:10.1126/science.aax8814. PMID 31488686. S2CID 201845940.
  4. ^ Brand, John C. D. (1995). Lines of Light: The Sources of Dispersive Spectroscopy, 1800–1930. Gordon and Breach Publishers. pp. 37–42. ISBN 978-2884491624.
  5. ^ Weeks, Mary Elvira (1932). "The discovery of the elements. XIII. Some spectroscopic discoveries". Journal of Chemical Education. 9 (8): 1413–1434. Bibcode:1932JChEd...9.1413W. doi:10.1021/ed009p1413.
  6. ^ "Robert Bunsen". infoplease. Pearson Education. 2007. Retrieved 2011-11-21.
  7. ^ 브랜드 1995, 페이지 63
  8. ^ "Spectroscope - The Gemology Project". gemologyproject.com. Retrieved 2022-01-04.
  9. ^ "Powerful New VLT Instrument Arrives in Chile". ESO Announcement. Retrieved 11 October 2012.
  10. ^ a b "Spectrometer, Spectroscope, and SpectrographExcerpt from Field Guide to Spectroscopy".
  11. ^ IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "스펙트로그래프".doi:10.1351/goldbook.S05836
  12. ^ George Barker, Memoir of Henry Draper, 1837-1882 (PDF), p. 103

참고 문헌

외부 링크

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