اصول نگهداری و کالیبراسیون اسپکترومتر

فروردین ۲۱, ۱۴۰۰
هاله کرد حقی-کارشناس ارشد فتونیک
بدون نظرات

آیا می‌دانستید که اگر از دستگاه‌های طیف سنجی مانند اسپکترومتر به خوبی مراقبت نکنید، عملکرد آن کاهش می‌یابد؟ در این مقاله تلاش کردیم تا همه نکات ضروری برای نگهداری از این وسیله را بیان کنیم. علاوه بر این به طور مختصر به عملکرد و نحوه کار با طیف سنج نوری اشاره کرده‌ایم. و مهم‌تر از همه تاثیر کالیبراسیون بر عملکرد اسپکترومتر را بررسی کرده‌ایم. بنابراین اگر می‌خواهید دانش خود را در این زمینه افزایش دهید با ما همراه شوید.

اسپکترومتری اندازه‌گیری برهمکنش نور و ماده، شدت و طول موج نور است. اسپکترومتر به دستگاهی گفته می‌شود که خصوصیات نوری را در ناحیه خاصی از طیف الکترومغناطیسی اندازه‌گیری می‌کند. این دستگاه به طور معمول برای تجزیه و تحلیل مواد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. نتایج به دست آمده از طیف سنج، شدت را به عنوان تابعی از طول موج در نمایش‌گر نشان می‌دهد.

اسپکترومتر از اجزای مختلفی تشکیل شده است. هر یک از این اجزا نقش بسیار مهمی در آنالیزهای طیفی دارند. در ادامه این المان‌ها را بررسی کرده‌ایم.

اجزای تشکیل دهنده طیف سنج

طیف سنج نوری از ۴ جز اصلی تشکیل شده است که در زیر به اختصار به توصیف هر یک از این اجزا می‌پردازیم. البته این بخش از مطالب را به طور مفصل در مطلب اساس کار اسپکترومتر شرح داده‌ایم. این المان‌ها عبارت‌اند از:

شکاف (slit) : عملکرد شکاف در اسپکترومتر بسیار مهم است. این المان میزان نور (شار فوتونی) را کنترل می‌کند. همچنین شکاف یکی از عوامل تاثیر گذار بر وضوح طیفی است. به همین دلیل اندازه شکاف باید بهینه باشد. معمولا اندازه شکاف در اسپکترومترها ۱۰، ۲۵، ۵۰، ۱۰۰ و ۲۰۰ میکرومتر است.
عنصر پاشنده: عنصر پاشنده در یک طیف سنج دامنه طول‌موج را تعیین کرده و نور را به طول‌موج‌های تشکیل دهنده‌اش تجزیه می‌کند. همچنین این المان همانند شکاف، وضوح طیفی را تعیین می‌کند. در گذشته از منشور در ساخت طیف سنج ‌ها استفاده می‌شد. زوایای پراکندگی در منشور به دما حساس هستند. با تغییر دما ضریب شکست نیز تغییر می‌کند. زوایای پراکندگی هم به ضریب شکست وابسته هستند. به این ترتیب زوایای پراکندگی نیز دچار تغییر می‌شوند. به همین دلیل امروزه توری‌‌های هولوگرافی به جای منشور به کار گرفته می‌شوند.
المان‌های اپتیکی: از المان‌های اپتکی مانند لنزها و آینه‌ها برای هدایت و متمرکز کردن نور در اسپکترومترها استفاده می‌شود.
آشکارساز: آشکارساز ابزاری است که انرژی نوری را جذب می‌کند و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. در اسپکترومترهای امروزی از آشکارسازهای CCD استفاده می‌شود. CCDها از سیلیکون ساخته می‌شوند. این ابزارها برای اندازه‌گیری نورهای کم شدت بسیار مناسب هستند.

تا این قسمت از مقاله با اجزای اصلی طیف سنج نوری آشنا شدید. در مرحله بعد به اساس کار اسپکترومتر اشاره می‌کنیم که توضیح آن به صورت مفصل داده شده است.

اساس کار اسپکترومتر

طیف سنج وسیله‌ای است که به کمک آن می‌توانیم برخی از مشخصات ماده را تعیین کنیم. به این صورت که نور با ماده برخورد می‌کند. پرتو نوری که حاصل از برهمکنش تابش نور با ماده است، از طریق شکاف وارد اسپکترومتر می‌شود. سپس این نور توسط آینه مقعر بر روی توری متمرکز می‌شود. توری هولوگرافی پرتو نوری را به طول‌موج‌های مختلف تجزیه می‌کند. در مرحله بعد نور پراکنده شده به وسیله آینه مقعر دوم به سمت آشکارساز هدایت می‌شود. آشکارساز طی فرایندی، این نور را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند. در نهایت اطلاعات به دست آمده به شکل نمودار طیفی بر روی صفحه نمایشگر نشان داده می‌شوند. به وسیله طیف سنج می‌توان طیف جذبی، عبوری، بازتابی و فلورسانس را به دست آورد. علاوه بر این منابع نور متعددی را نیز می‌توان به وسیله این دستگاه تجزیه و تحلیل کرد. درواقع یکی از کاربردهای اصلی اسپکترومتر به دست آوردن طیف نشری منابع نوری است. به وسیله این دستگاه طول‌موج‌های این منابع مانند لیزرها را تعیین می‌کنند.

اساس کار طیف سنج — **شکل ۱: طرز کار اسپکترومتر**

تا این قسمت از مطلب با کلیات اسپکترومتر آشنا شدید. حالا می‌خوایم به نحوه کار، نگهداری و کالیبراسیون این دستگاه بپردازیم.

مطالعه مقاله طیف سنج چیست؟

نحوه کار با اسپکترومتر

انواع اسپکترومتر با توجه به کاربرد آن‌ها متفاوت است. این مدل‌ها عبارت‌اند از: اسپکترومتر برای کاربردهای عمومی، خنک‌سازی شده (کولد)، تریگ دار و قدرت تفکیک بالا. که هر کدام دارای ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فردی هستند. شرکت تکسان نیز با به کارگیری تجربه و دانش افراد اسپکترومتر را در ۱۶ مدل مختلف و متناسب با نیاز شما تولید می‌‌کند. این اسپکترومترها را می‌توانید مشاهده کنید.

شکل طیف سنج — **شکل ۲: اسپکترومتر تیدا**

ذکر این نکته بسیار مهم است که کار کردن با این دستگاه‌ها بسیار ساده است.

برای کار با اسپکترومترهای تیدا کافی است مراحل زیر را اجرا کنید:

قبل از هر کاری ابتدا نوع آزمایش (بازتابی، عبوری، جذبی و نشری) خود را تعیین کنید. هدف ما در این بخش این است که شما را با نحوه کار اسپکترومتر آشنا کنیم. به همین دلیل در ادامه، چگونگی کار با این دستگاه را با شرح آزمایش جذبی بیان می‌کنیم. پس چیدمان شکل ۳ را در نظر داشته باشید. البته چیدمان طیف سنجی عبوری، بازتابی، فلورسانس و نشری را در مقاله اسپکترومتری به طور کامل توضیح داده‌ایم.

ستاپ طیف سنجی جذبی — **شکل ۳: چیدمان طیف سنجی جذبی با استفاده از اسپکترومتر تیدا (شرکت تکسان)**

در مرحله دوم اسپکترومتر را از طریق کابل USB به کامپیوتر متصل کنید. اسپکترومترهای تیدا نیازی به کابل برق ندارند. زیرا برق مورد نیاز خود را از کامپیوتر تامین می‌کنند.
سپس منبع نوری را روشن کرده و نرم‌افزار را اجرا کنید.
تنظیمات طیف‌گیری را اعمال کنید.
با کلیک بر روی گزینه طیف‌گیری، طیف جذبی نمونه مورد نظر به دست می‌آید.

بعد از اتمام کار به نحوه نگهداری از این دستگاه دقت کنید. در ادامه به نکاتی خواهیم پرداخت که به شما در نگهداری صحیح از طیف سنج کمک می‌کند.

شرایط نگهداری

اسپکترومتردارای قطعات حساس اپتیکی و الکترونیکی است. بنابراین از وارد کردن فشارغیرمتعارف به بدنه دستگاه و کانکتور فیبر جداً خودداری فرمایید.
از وارد کردن شوک‌های مکانیکی و الکتریکی به آن خودداری گردد.
به هیچ عنوان اسپکترومتر را باز نکنید. زیرا ممکن است حین باز کردن، قطعات اپتیکی جابه‌جا شوند. حتی ممکن است گرد و غبار روی این قطعات بنشیند. در این صورت دیگر اسپکترومتر به درستی کار نخواهد کرد و نتایج به دست آمده دقیق نخواهد بود. علاوه بر این دستگاه از گارانتی و خدمات پس از فروش خارج می‌شود (در این صورت شرکت تکسان هیچ‌گونه مسئولیتی در قبال مشکلات و آسیب‌های بعدی نخواهد داشت).
اسپکترومتر را فقط از وجه مشخص شده روی یک سطح صاف قرار دهید. از قرار دادن اسپکترومتر به صورت پشت و رو یا از وجه‌های دیگر به شدت خودداری کنید. زیرا ممکن است در این صورت کالیبراسیون دستگاه دچار مشکل شود.

کالیبراسیون دستگاه باعث می‌شود تا نتایجی که به دست می‌آیند، صحیح باشد. به همین دلیل بخش بعدی را به این موضوع اختصاص داده‌ایم.

کالیبراسیون طیف سنج

دقت کالیبراسیون برای به دست آوردن نتایج دقیق و صحیح بسیار ضروری است. علاوه بر این پیش‌تر گفتیم که از اسپکترومتر برای تعیین طول‌موج‌ منابع نوری استفاده می‌شود. به همین دلیل کالیبره بودن دستگاه بسیار مهم است. به طور معمول برای کالیبره کردن اسپکترومتر از لامپ‌های کالیبراسیون استفاده می‌شود. این لامپ‌ها در طول‌موج‌های مشخص دارای طیف نشری بسیاری خوبی هستند. همین امر سبب می‌شود تا کارشناسان با این استفاده از این طول‌موج‌ها سیستم خود را کالیبره و تنظیم کنند. در این روش طیف نشری منابع نوری به وسیله اسپکترومتر به دست می‌آید. موقعیت طول‌موج‌های لامپ‌ها در طیف نشری ثابت است. کالیبراسیون به این معنی است که هر کدام از پیکسل‌های آشکارساز متعلق به چه طول‌موجی است. به همین منظور برای هر پیکسلی، طول‌موج مشخصی اختصاص داده می‌شود. برای این کار معمولا از لامپ‌‌های جیوه-آرگون (Hg-Ar) استفاده می‌کنند. شکل ۴ طیف نشری لامپ Hg-Ar را نشان می‌دهد. این طیف توسط اسپکترومتر تیدا شرکت تکسان به دست آمده است. البته ذکر این نکته بسیار مهم است که طیف به دست آمده کاملا مطابق با طیف استاندارد لامپ جیوه-آرگون است.

همان طور که از شکل ۴ پیداست، در بازه‌ای از طول‌موج‌ها خطوط انتشار مشاهده نمی‌شود. برای کالیبره کردن این دسته از طول‌موج‌ها از روش درون یابی استفاده می‌کنند.

مطالعه مقاله نقش اسپکترومتر در آنالیز پلاسما

کالیبراسیون اسپکترومتر تا زمانی که به طور صحیح از آن استفاده شود، دچار مشکل نمی‌شود. پس به یاد داشته باشید که حتما برای استفاده از این دستگاه اصول نگهداری را رعایت کنید تا به مشکل برنخورید. اسپکترومترهای شرکت تکسان در هر بار استفاده نیاز به کالیبراسیون ندارند. این دستگاه‌ها قبل از اینکه در اختیار شما قرار بگیرند توسط کارشناسان مجرب کالیبره و تنظیم می‌شوند. در صورتی که احساس کردید تنظیمات دستگاه به هم ریخته است،‌ لطفا با ما تماس حاصل فرمایید. ما در اسرع وقت مشکلات شما را حل خواهیم کرد.

جمع‌بندی

از طیف سنج نوری به طور معمول برای اندازه‌گیری طول‌موج‌های تابش الکترومغناطیسی (نور) استفاده می‌شود. به کمک این دستگاه می‌توان طیف‌ نشری، جذبی، عبوری، بازتاب و فلورسانس را به دست آورد. اسپکترومتر از ۴ جز اصلی تشکیل شده است که عملکرد هر کدام از این اجزا بسیار مهم است.

همان طور که گفته شد طیف سنج برای تجزیه و تحلیل نور به کار می‌رود. طرز کار این وسیله به این صورت است که ابتدا نور از طریق شکاف وارد اسپکترومتر می‌شود. سپس به وسیله آینه مقعر به سمت توری هدایت می‌شود. توری نور را به طول‌موج‌های مختلف تجزیه می‌کند. نور پراکنده شده در نهایت به وسیله لنز و آینه بر روی آشکارساز متمرکز می‌شود. به این صورت طیف مورد نظر به دست می‌آید.

اسپکترومتر دارای قطعات اپتیکی حساسی است. بنابراین در نگهداری آن باید دقت شود. برای این منظور در این مقاله نکاتی را ذکر کردیم. توجه به اصول نگهداری باعث می‌شود که طول عمر دستگاه افزایش یابد و کالیبراسیون آن به هم نخورد. کالیبره بودن طیف سنج یکی از پارامترهای بسیار مهم است. زیرا اگر تنظیمات دستگاه صحیح نباشد،‌ اطلاعات به دست آمده هم صحیح نخواهد بود. برای همین اسپکترومتر به وسیله لامپ‌های کالیبراسیون تنظیم می‌شود و در اختیار شما قرار می‌گیرد.

تا اینجا به صورت کلی اسپکترومتر را بررسی کردیم. برای آشنایی بیشتر با این دستگاه ویدیویی را آماده کرده‌ایم می‌توانید با تماشای آن اطلاعات خود را درباره طیف سنج نوری تکمیل‌تر کنید.