اسپکترومتر بلورآزما : ویژگی ها، اجزا و کاربردها

اسپکترومتر بلورآزما با نام تجاری BloorSpec دستگاهی ایرانی برای تفکیک و اندازه گیری طول موج تابش الکترومغناطیسی است. در این دستگاه، نور نشرشده یا عبوری از نمونه بر اساس طول موج تفکیک می شود و شدت هر طول موج در یک طیف ثبت می گردد. این دستگاه در طیف سنجی مولکولی و اتمی کاربرد دارد و محدوده وسیعی از فرابنفش تا فروسرخ را پوشش می دهد.

در این مقاله با اجزای اصلی، ویژگی های اپتیکی و الکترونیکی و کاربردهای این دستگاه آشنا می شوید. برای آشنایی با اصول کلی، مقاله اسپکترومتر چیست و برای راهنمای انتخاب دستگاه، مقاله راهنمای خرید اسپکترومتر را بخوانید.

اجزای کلیدی اسپکترومتر بلورآزما

قلب هر اسپکترومتر، قطعات اپتیکی آن است. اجزای اصلی BloorSpec عبارت اند از:

• شکاف ورودی: نور را وارد دستگاه می کند

• توری پراش: نور را به طول موج های تشکیل دهنده آن تفکیک می کند

• سیستم آشکارساز: شدت طول موج های تفکیک شده را ثبت می کند

• بخش الکترونیکی و پردازش داده: سیگنال را دیجیتال و به رایانه منتقل می کند

دستگاه شدت تابش هایی را که پس از برانگیختگی مولکول ها هنگام بازگشت به حالت پایه گسیل می شوند، اندازه گیری می کند. این تابش ها در ناحیه فرابنفش، مرئی و فروسرخ قرار دارند.

شکاف ورودی

شکاف ورودی میزان و زاویه نور ورودی به دستگاه را کنترل می کند و بر حساسیت و وضوح طیفی اثر دارد:

• عرض شکاف: شکاف باریک تر نور کمتری عبور می دهد اما وضوح بهتری دارد. در BloorSpec شکاف هایی با عرض ۲۵، ۵۰، ۱۰۰ و ۲۰۰ میکرومتر قابل جایگزینی و تنظیم هستند.

• ارتفاع: زاویه تابش نور به توری را تعیین می کند؛ ارتفاع بیشتر می تواند وضوح را بهبود دهد.

• شکل: شکاف مستطیلی رایج ترین نوع و با وضوح خوب است.

• جنس: معمولا فویل فلزی، اسلاید شیشه ای یا صفحه کوارتز.

توری پراش

در دستگاه های بلورآزما، برای انتخاب دقیق طول موج از توری پراش استفاده می شود، نه صرفا فیلتر نوری. اصل کار توری بر پایه تداخل سازنده و ویرانگر امواج است. برای جزئیات بیشتر، مقاله توری پراش چیست را ببینید.

در بسیاری از طراحی های مدرن، از آینه ها و عدسی ها نیز برای متمرکز کردن نور، کاهش اتلاف و افزایش شدت استفاده می شود.

آشکارساز CMOS

آشکارساز اسپکترومتر BloorSpec از نوع آرایه ای CMOS است؛ یعنی از یک آرایه دو بعدی از پیکسل ها تشکیل شده که هر پیکسل نور را دریافت و به بار الکتریکی متناسب با شدت آن تبدیل می کند. مزیت این آشکارساز، ثبت همزمان طیف و سرعت بالای اندازه گیری است. برای آشنایی بیشتر، مقاله سنسور CMOS و آشکارساز اسپکتروفتومتر را بخوانید.

بخش الکترونیکی و ارتباط با رایانه

الکترونیک اسپکترومتر شامل سیستم پردازش سیگنال، شاترهای الکترونیکی، موتورها و رابط های ارتباطی است. برای اتصال به رایانه یا سیستم های خارجی از رابط های USB 2 و USB 3 با سرعت تا ۴۸۰ مگابیت بر ثانیه استفاده می شود.

اگر اسپکترومتر بخشی از یک سیستم بزرگ تر مانند یک دستگاه اسپکتروفتومتر یا یک خط آنالیز صنعتی باشد، ممکن است نیاز به یکپارچه سازی الکترونیکی و نوشتن کد اضافی برای پروتکل های ارتباطی باشد.

ویژگی های اپتیکی

پیکربندی اپتیکی

پیکربندی اپتیکی BloorSpec از نوع چرنی ترنر است؛ دو آینه مقعر که یکی نور را از شکاف موازی می کند و دیگری نور پراشیده شده از توری را روی آشکارساز متمرکز می کند. این طرح ابیراهی را کاهش می دهد و از عناصر شکست نوری که جذب و پراکندگی دارند، پرهیز می کند.

محدوده طول موج

محدوده طول موج به توری پراش و آشکارساز بستگی دارد. با توری ها و آشکارسازهای مناسب، محدوده ۱۷۰ تا ۱۱۰۰ نانومتر اعلام شده است. این محدوده قابل تغییر بر اساس سفارش است.

وضوح طیفی

وضوح طیفی توانایی جدا کردن دو طول موج نزدیک به هم است و به نوع توری، فاصله کانونی، اندازه شکاف و آشکارساز بستگی دارد. وضوح بالاتر معمولا به قیمت کاهش شدت نور و افزایش هزینه تمام می شود. بر اساس مشخصات BloorSpec، دقت پایه ۵ نانومتر اعلام شده و بر اساس سفارش، ارتقا تا ۰.۰۱ نانومتر ممکن است. (مقادیر کمتر از ۰.۱ نانومتر را باید با گواهی کالیبراسیون رسمی تایید کرد؛ گام نمایش نرم افزار با تفکیک اپتیکی یکی نیست.)

نور سرگردان

نور سرگردان نوری است که از مسیر اصلی خارج شده و به آشکارساز می رسد و سیگنال کاذب ایجاد می کند. برای کاهش آن در BloorSpec از پوشش های سیاه آندایز و مواد جاذب داخل بدنه استفاده شده است. روش اندازه گیری آن با فیلتر چگالی خنثی انجام می شود: یک بار با فیلتر و یک بار بدون آن اندازه گیری می شود و نسبت دو اندازه گیری، درصد نور سرگردان را نشان می دهد. برای جزئیات، مقاله فیلتر فرکانس و فیلتر نوری را ببینید.

نسبت سیگنال به نویز

نسبت سیگنال به نویز (SNR) نسبت دامنه سیگنال به انحراف معیار نویز است. مقدار بالاتر یعنی داده دقیق تر. بر اساس مشخصات اعلام شده، نسبت ۵۰۰ به ۱ است. این عدد برای شرایط اندازه گیری مشخص است و در طول موج های بلندتر یا نورهای ضعیف کاهش می یابد.

کاربردهای اسپکترومتر بلورآزما

• آنالیز شیمیایی: شناسایی و تعیین کمیت ترکیبات در آزمایشگاه های شیمی و تجزیه

• نجوم و آموزش: بررسی طیف نور ستارگان و اجرام آسمانی و استفاده در آموزش فیزیک

• پایش محیطی: شناسایی آلاینده های هوا، آب و خاک از روی طیف جذب یا نشر

• تشخیص پزشکی: تجزیه ترکیب نمونه های خون یا ادرار به صورت پژوهشی و در کنار روش های تشخیصی دیگر

• علم مواد: تعیین ترکیب، ساختار و ویژگی های نوری مواد مانند ضریب شکست

• بررسی منابع نور: اندازه گیری طیف لامپ ها، LEDها و لیزرها، از UV-A تا فروسرخ نزدیک

• فتوولتائیک: اندازه گیری طیف واقعی تابش خورشید در محل و طیف جذب مواد سلول خورشیدی

• پوشش های اپتیکی: اندازه گیری بازده بازتاب و اثربخشی پوشش های ضدانعکاس

• فلورسانس: اندازه گیری طیف فلورسانس مولکول های نشاندار در مطالعات زیستی

سوالات متداول

اسپکترومتر بلورآزما چیست؟

دستگاه طیف سنجی ایرانی با نام تجاری BloorSpec که طول موج تابش ها را تفکیک و شدت آنها را اندازه گیری می کند.

محدوده طول موجی آن چقدر است؟

بر اساس مشخصات اعلام شده، از حدود ۱۷۰ تا ۱۱۰۰ نانومتر، با امکان تغییر بر اساس سفارش.

آیا می توان دستگاه را سفارشی کرد؟

بله، محدوده طول موج، وضوح و برخی ویژگی های سخت افزاری و نرم افزاری بر اساس نیاز قابل تنظیم است.

دستگاه با رایانه چگونه ارتباط دارد؟

از طریق رابط USB 2 یا USB 3 و نرم افزار اختصاصی.

تفاوت اسپکترومتر با اسپکتروفتومتر چیست؟

اسپکترومتر تنها طیف نور ورودی را تفکیک و ثبت می کند؛ اسپکتروفتومتر علاوه بر آن منبع نور و محل نمونه دارد و جذب یا عبور را محاسبه می کند. برای جزئیات، تفاوت اسپکترومتر و اسپکتروفتومتر را ببینید.

جمع بندی

اسپکترومتر بلورآزما (BloorSpec) دستگاهی ایرانی برای تفکیک و اندازه گیری طیف تابش الکترومغناطیسی است. اجزای اصلی آن شامل شکاف ورودی قابل تنظیم، توری پراش، آشکارساز آرایه ای CMOS و بخش الکترونیکی با رابط USB است. پیکربندی چرنی ترنر، کاهش نور سرگردان و نسبت سیگنال به نویز مناسب از ویژگی های اپتیکی آن است. این دستگاه در شیمی، نجوم، پایش محیطی، علم مواد، فتوولتائیک و مطالعات فلورسانس کاربرد دارد و قابلیت سفارشی سازی برای نیاز هر کاربر را دارد.

برای مشاهده مشخصات فنی کامل و دانلود کاتالوگ، به بخش محصولات مراجعه کنید.