اسپکترومتر، دستگاهی است که برای اندازه‌گیری طول موج‌های نور، در طیف وسیعی از امواج الکترومغناطیسی به کار می‌رود. همچنین به طور گسترده‌ای برای تجزیه و تحلیل طیفی مواد و منابع نوری استفاده می‌شود. اسپکترومتر اغلب با اسپکتروفتومتر اشتباه گرفته می‌شود. به همین دلیل در زیر تفاوت‌های این دو دستگاه را بررسی می‌کنیم.
تفاوت اسپکتروفتومتر و اسپکترومتر
برای بیان دقیق تفاوت طیف‌سنج و اسپکتروفتومتر دو شکل ۱ و ۲ را در نظر بگیرید. شکل ۱ یک اسپکترومتر را نشان می‌دهد. اسپکترومتر صرفا نوری را که از شکاف وارد دستگاه می‌شود، تجزیه و تحلیل می‌کند. البته ذکر این نکته حائز اهمیت است که با استفاده از طیف‌سنج می‌توان میزان نور جذبی، عبوری، بازتابی و فلورسانس را به دست آورد. برای این کار، باید چیدمان اپتیکی آزمایش مورد نظر روی میز آماده گردد (البته تجهیزاتی مانند منبع نور، فیبر و … مورد نیاز است). اسپکترومتر برای تجزیه و تحلیل منابع نوری نیز به کار می‌رود. این دستگاه دارای کاربردهای بسیار وسیعی است که در ادامه به بررسی بیشتر آن‌ها می‌پردازیم.
شکل ۲ چیدمان داخلی اسپکتروفتومتر را نشان می‌دهد. با توجه به این شکل می‌توان نتیجه گرفت که اسپکترومتر جزئی از دستگاه اسپکتروفتومتر است. اسپکتروفوتومتر، میزان نور جذبی (عبوری) را بدون نیاز به چیدمان جداگانه تجزیه و تحلیل می‌کند. منبع نوری و چیدمان اپتیکی داخل خود دستگاه قرار دارند.
اکنون که با تفاوت‌های این دو دستگاه آشنا شدید به سراغ انواع اسپکترومترها رفته و هر کدام را به طور جداگانه بررسی می‌کنیم. اسپکترومتر دارای ابعاد کوچکی است. بنابراین به راحتی می‌توان دستگاه را حمل کرد.
متخصصان حوزه طیف سنجی که در شرکت تکسان مشغول به کار هستند، با تکیه بر دانش و تجربه‌ای که در این زمینه دارند؛ اسپکترومترهای متنوعی تولید کرده اند که به راحتی نیاز هر مخاطبی را پاسخ می دهد. بسیاری از ویژگی‌های دستگاه مانند بازه طول موج، تریگ دستگاه، میزان نویز و … قابل شخصی سازی است. برای مشاهده تنوع مدل‌های اسپکترومتر کلیک کنید.
حالا که با تفاوت میان اسپکترومتر و اسپکتروفتومتر آشنا شدیم، زمان آن رسیده که به وعده خود عمل کنیم. همان طور که در ابتدا گفته بودیم، در ادامه به بررسی انواع مدل‌های اسپکترومتر، ویژگی و کاربردهای آن‌ها می‌پردازیم.
اسپکترومتر برای کاربردهای عمومی
این اسپکترومترها شامل بازه وسیع طول‌موجی هستند. در محدوده UV تا NIR کار می‌کنند و همان طور که گفته شد، محدوده طول موجی با توجه به نیاز کاربر قابل تغییر است. معمولا این اسپکترومترها برای کاربردهای عمومی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به برخی از کاربردهای این دستگاه در زیر اشاره شده است.
- کنترل پردازش نیمه هادی‌ها
- مشخصه یابی منابع نور مانند LEDها
- سنجش رنگ نور منابع نوری
- اندازه گیری نور نمایشگرها
- اندازه گیری ضخامت فیلم‌های نازک
- اندازه گیری‌های اپتیکی
- کنترل کیفیت مواد غذایی و آشامیدنی
- کنترل کیفیت محصولات کشاورزی
- مشخصه یابی خون انسان و حیوانات
- کنترل کیفیت آب آشامیدنی
- کنترل فرایند تولید مواد شیمیایی
اسپکترومتر خنک سازی شده (کولد یا cooled)
اسپکترومترهای نویز پایین یا کولد، دارای یک سیستم خنک کننده هستند که دمای حسگر را کاهش می‌دهد. کاهش دما موجب کاهش نویزهای ناشی از گرم شدن آشکارساز می‌شود. این اسپکترومترها با توجه به محدوده طول موج وسیع، گزینه‌ای ایده‌آل برای بسیاری از کاربردهای طیفسنجی در زمینه‌های شیمی، فیزیک، بیوشیمی، مهندسی مواد، مهندسی شیمی و … است.
دلیل اصلی خنک کردن آشکارساز در یک اسپکترومتر کم کردن جریان تاریک (Dark Current) است. این به نوبه خود منجر به کاهش نویز تاریک (Dark Noise) آشکارساز و افزایش گستره دینامیکی تشخیص(Dynamic Range) خواهد شد. مشکل از آن جایی شروع می‌شود که ممکن است در یک آزمایش سیگنال مورد نظر ما ضعیف باشد. یک را ه حل سریع و مطمئن افزایش زمان طیف‌گیری است. در این روش در بازه‌های زمانی مشخص، سیگنال‌های متوالی از نمونه دریافت شده و با هم جمع می‌شوند تا یک سیگنال با شدت مناسب را به دست دهند؛ اما با افزایش زمان طیف‌گیری، نویزها نیز با هم جمع شده و سیگنال را تحت تأثیر قرار می‌دهند. کاهش دما برای کم کردن نویز یک مزیت است که در این نوع از آزمایش‌ها نمود پیدا می‌کند. به عنوان مثال اگر محیط آزمایش در دمای اتاق باشد و زمان اندازه‌گیری حدود ۱۰۰ میلی ثانیه باشد، استفاده از آشکارسازهای خنکسازی شده، نتایج را به صورت قابل توجهی بهبود خواهد داد. چنانچه زمان اندازه‌گیری در آزمایش طیفسنجی به یک ثانیه برسد خنکسازی تا دمای صفر درجه سانتیگراد، جهت کنترل نویزهای تاریک یک نیاز مبرم است. خنکسازی تا دمای صفر درجه سانتیگراد کاهش چشمگیری در نویزهای تاریک را در پی دارد. در این حالت می‌توان زمان اندازه‌گیری آزمایش را تا چندین ثانیه نیز افزایش داد. در نسخه‌های تجاری جهت انجام تست‌های دقیق دما تا ۱۰ – درجه نیز پایین آورده می‌شود. اما هزینه ادوات مرتبط نیز افزایش قابل توجهی خواهد داشت.
اسپکترومتر تریگ دار
این نوع اسپکترومترها دارای سرعت طیف‌گیری بالایی است که برای اندازه‌گیری وقایع سریع، نظارت بر واکنش‌های سریع، منابع نوری چشمک زن و ثبت چرخه نور در LEDها به کار می‌روند.
در اسپکترومتر با کاربردهای عمومی، زمانی که دستگاه به صورت پیش فرض در حال طیف‌گیری است، اطلاعات به طور پیوسته اسکن می‌شوند. سپس داده‌ها، با توجه به پارامترهایی که کاربر از طریق نرم‌افزار تنظیم کرده، در صفحه کامپیوتر نشان داده می‌شوند. با استفاده از این نوع اسپکترومترها رویدادهای خارجی، مانند فعال کردن لیزرهای پالسی را نمی‌توان کنترل کرد. به همین دلیل برای همگام سازی اسپکترومتر با یک رویداد خارجی، از تریگ استفاده می‌شود.
تریگ کردن به وسیله اسپکترومتر دو حالت دارد:
- اسپکترومتر به یک سیستم خارجی دستور می‌دهد (مثلا یک منبع نور و …) که بلافاصله قبل از جذب طیفی روشن شود.
- سیستم خارجی به اسپکترومتر دستور می‌دهد. در این صورت دستگاه به محض دریافت تریگ، روشن یا خاموش می‌شود.
اسپکترومتر با قدرت تفکیک بالا
منظور از قدرت تفکیک این است که یک دستگاه تا چه میزان توانایی تفکیک طول‌موج‌ها را دارد. طیف سنج‌های مدل قدرت تفکیک بالا، برای کاربردهایی مانند مشخصه طول موج لیزر و LED ها، نظارت بر گازها، منابع نوری تک رنگ و تعیین خطوط انتشار اتمی (عنصری)، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این اسپکترومترها نسبت به مدل‌های معمولی رزولوشن بیشتری دارند.
جمع‌بندی
اسپکترومتر و اسپکتروفتومتر دو دستگاهی هستند که معمولا با هم اشتباه گرفته می‌شوند. اسپکترومتر، نور ورودی به دستگاه را مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهد. برای کار با این دستگاه و انجام آزمایش‌ها به منبع نوری و برخی از ادوات اپتیکی نیاز است. اما اسپکتروفتومتر، منبع نوری دارد و برای انجام آزمایش‌های جذبی (عبوری) نیازی به چیدمان خارجی ندارد. اسپکترومتر به طور عمده در چهار مدل تولید می‌شود. این مدل‌ها عبارتند از: اسپکترومتر برای کاربرد عمومی، خنکسازی شده (کولد)، تریگ دار و قدرت تفکیک بالا. اسپکترومترها معمولا ابعاد کوچکی دارند و قابل حمل هستند.
در مطالب بعدی در قالب یک ویدئو به معرفی اسپکترومتر پرداخته‌ایم. با دنبال کردن صفحه آپارات ما می‌توانید از ویدئوهای آموزشی ما نیز بهره‌مند شوید.
