સ્પેક્ટ્રોમીટર એ એક વૈજ્ઞાનિક સાધન છે, જેનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનના સ્પેક્ટ્રમનું વિશ્લેષણ કરવા માટે થાય છે, તે તરંગલંબાઇના સંદર્ભમાં પ્રકાશની તીવ્રતાના વિતરણને રજૂ કરતા સ્પેક્ટ્રોગ્રાફ તરીકે કિરણોત્સર્ગના સ્પેક્ટ્રમને પ્રદર્શિત કરી શકે છે (વાય-અક્ષ એ તીવ્રતા છે, x-અક્ષ એ તરંગલંબાઇ છે. /પ્રકાશની આવર્તન).બીમ સ્પ્લિટર્સ દ્વારા સ્પેક્ટ્રોમીટરની અંદર તેના ઘટકની તરંગલંબાઇમાં પ્રકાશ અલગ અલગ હોય છે, જે સામાન્ય રીતે રીફ્રેક્ટિવ પ્રિઝમ અથવા ડિફ્રેક્શન ગ્રેટિંગ્સ ફિગ. 1 હોય છે.
ફિગ. 1 લાઇટ બલ્બ અને સૂર્યપ્રકાશનું સ્પેક્ટ્રમ (ડાબે), જાળી અને પ્રિઝમના બીમ વિભાજન સિદ્ધાંત (જમણે)
સ્પેક્ટ્રોમીટર ઓપ્ટિકલ રેડિયેશનની વિશાળ શ્રેણીને માપવામાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે, પછી ભલે તે પ્રકાશ સ્ત્રોતના ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રમની સીધી તપાસ કરીને અથવા સામગ્રી સાથે તેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પછી પ્રકાશના પ્રતિબિંબ, શોષણ, ટ્રાન્સમિશન અથવા વિખેરવાનું વિશ્લેષણ કરીને.પ્રકાશ અને દ્રવ્યની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પછી, સ્પેક્ટ્રમ ચોક્કસ વર્ણપટ શ્રેણી અથવા ચોક્કસ તરંગલંબાઇમાં ફેરફાર અનુભવે છે અને સ્પેક્ટ્રમમાં થતા ફેરફાર અનુસાર પદાર્થના ગુણધર્મોનું ગુણાત્મક અથવા જથ્થાત્મક વિશ્લેષણ કરી શકાય છે, જેમ કે જૈવિક અને રાસાયણિક વિશ્લેષણ. રક્ત અને અજાણ્યા ઉકેલોની રચના અને સાંદ્રતા, અને પરમાણુનું વિશ્લેષણ, અણુ માળખું અને સામગ્રીની મૂળભૂત રચના ફિગ. 2.
ફિગ. 2 વિવિધ પ્રકારના તેલના ઇન્ફ્રારેડ શોષણ સ્પેક્ટ્રા
મૂળરૂપે ભૌતિકશાસ્ત્ર, ખગોળશાસ્ત્ર, રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસ માટે શોધાયેલ, સ્પેક્ટ્રોમીટર હવે રાસાયણિક ઇજનેરી, સામગ્રી વિશ્લેષણ, ખગોળશાસ્ત્રીય વિજ્ઞાન, તબીબી નિદાન અને બાયો-સેન્સિંગ જેવા ઘણા ક્ષેત્રોમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ સાધન છે.17મી સદીમાં, આઇઝેક ન્યૂટન સફેદ પ્રકાશના કિરણને પ્રિઝમમાંથી પસાર કરીને સતત રંગીન બેન્ડમાં પ્રકાશને વિભાજિત કરવામાં સક્ષમ હતા અને આ પરિણામોનું વર્ણન કરવા માટે પ્રથમ વખત "સ્પેક્ટ્રમ" શબ્દનો ઉપયોગ કર્યો હતો. આકૃતિ 3.
ફિગ. 3 આઇઝેક ન્યૂટન પ્રિઝમ સાથે સૂર્યપ્રકાશના સ્પેક્ટ્રમનો અભ્યાસ કરે છે.
19મી સદીની શરૂઆતમાં, જર્મન વૈજ્ઞાનિક જોસેફ વોન ફ્રેનહોફર (ફ્રેન્ચોફર), પ્રિઝમ્સ, ડિફ્રેક્શન સ્લિટ્સ અને ટેલિસ્કોપ્સ સાથે મળીને, ઉચ્ચ ચોકસાઇ અને ચોકસાઈ સાથે સ્પેક્ટ્રોમીટર બનાવ્યું, જેનો ઉપયોગ સૌર ઉત્સર્જનના સ્પેક્ટ્રમનું વિશ્લેષણ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો ફિગ 4. સૌપ્રથમ વખત અવલોકન કર્યું કે સૂર્યના સાત-રંગનો સ્પેક્ટ્રમ સતત નથી, પરંતુ તેના પર સંખ્યાબંધ કાળી રેખાઓ (600 થી વધુ અલગ રેખાઓ) છે, જેને પ્રખ્યાત "ફ્રેન્કનહોફર લાઇન" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.તેમણે આ રેખાઓમાંથી સૌથી અલગ A, B, C...H ને નામ આપ્યું અને તેમણે B અને H વચ્ચે કેટલીક 574 રેખાઓ ગણી જે સૌર સ્પેક્ટ્રમ પર વિવિધ તત્વોના શોષણને અનુરૂપ છે. આકૃતિ 5. તે જ સમયે, ફ્રેનહોફર પણ હતા. રેખા સ્પેક્ટ્રા મેળવવા માટે અને વર્ણપટ રેખાઓની તરંગલંબાઇની ગણતરી કરવા માટે પ્રથમ વિવર્તન જાળીનો ઉપયોગ કરો.
ફિગ. 4. પ્રારંભિક સ્પેક્ટ્રોમીટર, માનવ સાથે જોવામાં આવે છે
ફિગ. 5 ફ્રેન વ્હાફ લાઇન (રિબનમાં શ્યામ રેખા)
ફિગ. 6 સૌર સ્પેક્ટ્રમ, ફ્રાઉન વોલ્ફેલ રેખાને અનુરૂપ અંતર્મુખ ભાગ સાથે
19મી સદીના મધ્યમાં, જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ કિર્ચહોફ અને બનસેન, યુનિવર્સિટી ઓફ હેડલબર્ગમાં સાથે મળીને કામ કર્યું હતું અને બન્સેનના નવા ડિઝાઇન કરેલા ફ્લેમ ટૂલ (બુન્સેન બર્નર) સાથે અને વિવિધ રસાયણોની ચોક્કસ વર્ણપટ રેખાઓ નોંધીને પ્રથમ સ્પેક્ટ્રલ વિશ્લેષણ કર્યું હતું. (ક્ષાર) બન્સેન બર્નર ફ્લેમ ફિગમાં છાંટવામાં આવે છે.7. તેઓએ સ્પેક્ટ્રાનું અવલોકન કરીને તત્વોની ગુણાત્મક તપાસની અનુભૂતિ કરી, અને 1860 માં આઠ તત્વોના સ્પેક્ટ્રાની શોધ પ્રકાશિત કરી, અને કેટલાક કુદરતી સંયોજનોમાં આ તત્વોનું અસ્તિત્વ નક્કી કર્યું.તેમના તારણો સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી વિશ્લેષણાત્મક રસાયણશાસ્ત્રની એક મહત્વપૂર્ણ શાખાની રચના તરફ દોરી ગયા: સ્પેક્ટ્રોસ્કોપિક વિશ્લેષણ
Fig.7 જ્યોત પ્રતિક્રિયા
20મી સદીના 20 ના દાયકામાં, ભારતીય ભૌતિકશાસ્ત્રી સી.વી. રામને કાર્બનિક દ્રાવણમાં પ્રકાશ અને પરમાણુઓની અસ્થિર સ્કેટરિંગ અસર શોધવા માટે સ્પેક્ટ્રોમીટરનો ઉપયોગ કર્યો હતો.તેમણે અવલોકન કર્યું કે પ્રકાશ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કર્યા પછી ઘટના પ્રકાશ ઉચ્ચ અને નીચી ઉર્જા સાથે વિખેરાઈ જાય છે, જેને પાછળથી રામન સ્કેટરિંગ ફિગ 8 કહેવામાં આવે છે. પ્રકાશ ઊર્જામાં ફેરફાર અણુઓના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરને લાક્ષણિકતા આપે છે, તેથી રામન સ્કેટરિંગ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ સામગ્રી, દવા, રસાયણમાં થાય છે. અને અન્ય ઉદ્યોગો પદાર્થોના પરમાણુ પ્રકાર અને બંધારણને ઓળખવા અને તેનું વિશ્લેષણ કરવા.
ફિગ. 8 પ્રકાશ પરમાણુઓ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે પછી ઊર્જા બદલાય છે
20મી સદીના 30 ના દાયકામાં, અમેરિકન વૈજ્ઞાનિક ડૉ. બેકમેને સૌપ્રથમ દરેક તરંગલંબાઇ પર અલ્ટ્રાવાયોલેટ સ્પેક્ટ્રાના શોષણને અલગથી માપવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો, જેથી સંપૂર્ણ શોષણ સ્પેક્ટ્રમનો નકશો બનાવવામાં આવે, જેનાથી ઉકેલમાં રસાયણોનો પ્રકાર અને સાંદ્રતા જાણવા મળે.આ ટ્રાન્સમિશન શોષણ પ્રકાશ માર્ગમાં પ્રકાશ સ્ત્રોત, સ્પેક્ટ્રોમીટર અને નમૂનાનો સમાવેશ થાય છે.વર્તમાન સોલ્યુશન કમ્પોઝિશન અને એકાગ્રતાની મોટાભાગની તપાસ આ ટ્રાન્સમિશન શોષણ સ્પેક્ટ્રમ પર આધારિત છે.અહીં, પ્રકાશ સ્ત્રોતને નમૂના પર વિભાજિત કરવામાં આવે છે અને વિવિધ તરંગલંબાઇ મેળવવા માટે પ્રિઝમ અથવા ગ્રેટિંગને સ્કેન કરવામાં આવે છે. ફિગ. 9.
ફિગ.9 શોષકતા શોધ સિદ્ધાંત –
20મી સદીના 40 ના દાયકામાં, પ્રથમ ડાયરેક્ટ ડિટેક્શન સ્પેક્ટ્રોમીટરની શોધ કરવામાં આવી હતી, અને પ્રથમ વખત, ફોટોમલ્ટિપ્લાયર ટ્યુબ પીએમટી અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોએ પરંપરાગત માનવ આંખના અવલોકન અથવા ફોટોગ્રાફિક ફિલ્મનું સ્થાન લીધું હતું, જે તરંગલંબાઇ ફિગ સામે સ્પેક્ટ્રલની તીવ્રતા સીધી રીતે વાંચી શકે છે. 10. આમ, એક વૈજ્ઞાનિક સાધન તરીકે સ્પેક્ટ્રોમીટરમાં સમયાંતરે ઉપયોગની સરળતા, જથ્થાત્મક માપન અને સંવેદનશીલતાના સંદર્ભમાં નોંધપાત્ર રીતે સુધારો કરવામાં આવ્યો છે.
ફિગ. 10 ફોટોમલ્ટિપ્લાયર ટ્યુબ
20મી સદીના મધ્યથી અંતમાં, સ્પેક્ટ્રોમીટર ટેક્નોલોજીનો વિકાસ ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી અને ઉપકરણોના વિકાસથી અવિભાજ્ય હતો.1969માં, બેલ લેબ્સના વિલાર્ડ બોયલ અને જ્યોર્જ સ્મિથે CCD (ચાર્જ-કપ્લ્ડ ડિવાઇસ)ની શોધ કરી, જે પછી 1970ના દાયકામાં માઈકલ એફ. ટોમ્પસેટ દ્વારા ઇમેજિંગ એપ્લીકેશનમાં સુધારી અને વિકસાવવામાં આવી.વિલાર્ડ બોયલ (ડાબે), જ્યોર્જ સ્મિથ જીત્યા જેમણે તેમની CCD (2009) ની શોધ માટે નોબેલ પુરસ્કાર જીત્યો, આકૃતિ 11 માં બતાવેલ છે. 1980 માં, જાપાનમાં NEC ના નોબુકાઝુ ટેરાનિશીએ એક નિશ્ચિત ફોટોોડિયોડની શોધ કરી, જેણે ઇમેજ અવાજના ગુણોત્તરમાં ઘણો સુધારો કર્યો અને ઠરાવપાછળથી, 1995 માં, નાસાના એરિક ફોસમે CMOS (પૂરક મેટલ-ઓક્સાઇડ સેમિકન્ડક્ટર) ઇમેજ સેન્સરની શોધ કરી, જે સમાન CCD ઇમેજ સેન્સર્સ કરતાં 100 ગણી ઓછી શક્તિ વાપરે છે અને તેની ઉત્પાદન કિંમત ઘણી ઓછી છે.
ફિગ. 11 વિલાર્ડ બોયલ (ડાબે), જ્યોર્જ સ્મિથ અને તેમની સીસીડી (1974)
20મી સદીના અંતમાં, સેમિકન્ડક્ટર ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ચિપ પ્રોસેસિંગ અને મેન્યુફેક્ચરિંગ ટેક્નોલોજીના ચાલુ સુધારા, ખાસ કરીને સ્પેક્ટ્રોમીટર ફિગ. 12માં એરે CCD અને CMOSના ઉપયોગ સાથે, એક જ એક્સપોઝર હેઠળ સ્પેક્ટ્રાની સંપૂર્ણ શ્રેણી મેળવવાનું શક્ય બને છે.સમય જતાં, સ્પેક્ટ્રોમીટરનો વિશાળ શ્રેણીના કાર્યક્રમોમાં વ્યાપક ઉપયોગ જોવા મળ્યો છે, જેમાં રંગ શોધ/માપ, લેસર તરંગલંબાઇ વિશ્લેષણ, અને ફ્લોરોસેન્સ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી, LED સોર્ટિંગ, ઇમેજિંગ અને લાઇટિંગ સેન્સિંગ સાધનો, ફ્લોરોસેન્સ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી, રમન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી અને વધુનો સમાવેશ થાય છે. .
ફિગ. 12 વિવિધ CCD ચિપ્સ
21મી સદીમાં, વિવિધ પ્રકારના સ્પેક્ટ્રોમીટરની ડિઝાઇન અને ઉત્પાદન તકનીક ધીમે ધીમે પરિપક્વ અને સ્થિર થઈ છે.જીવનના તમામ ક્ષેત્રોમાં સ્પેક્ટ્રોમીટરની વધતી માંગ સાથે, સ્પેક્ટ્રોમીટરનો વિકાસ વધુ ઝડપી અને ઉદ્યોગ-વિશિષ્ટ બન્યો છે.પરંપરાગત ઓપ્ટિકલ પરિમાણ સૂચકાંકો ઉપરાંત, વિવિધ ઉદ્યોગોએ વોલ્યુમ કદ, સોફ્ટવેર કાર્યો, સંદેશાવ્યવહાર ઈન્ટરફેસ, પ્રતિભાવ ગતિ, સ્થિરતા અને સ્પેક્ટ્રોમીટરના ખર્ચની પણ કસ્ટમાઈઝ્ડ જરૂરિયાતો ધરાવે છે, જેનાથી સ્પેક્ટ્રોમીટરનો વિકાસ વધુ વૈવિધ્યસભર બને છે.
પોસ્ટ સમય: નવેમ્બર-28-2023