Ein Spektrometer ist ein gängiges Werkzeug, das von verschiedenen Wissenschaftlern verwendet wird, um Informationen über ein Objekt oder Substanzen durch die Analyse seiner Lichteigenschaften zu bestimmen. Unbekannte Zusammensetzungen, die in elementare Bestandteile zerlegt werden, oder Licht, das von weit entfernten Galaxien emittiert wird, können verwendet werden, um Informationen über Weltraumobjekte, einschließlich ihrer Größe und Geschwindigkeit, zu bestimmen.
Grundlegender Zweck
Spektrometer haben eine Vielzahl von Anwendungen in der wissenschaftlichen Industrie, insbesondere in der Astronomie und Chemie. Alle Spektrometer bestehen aus drei grundlegenden Teilen: Sie erzeugen ein Spektrum, streuen das Spektrum und messen die Intensitäten der aus dem Spektrum erzeugten Linien. Jede Substanz und jedes Element erzeugt unterschiedliche Lichtfrequenzen und Muster, die wie ihre eigenen Fingerabdrücke sind. Mit diesem Prinzip können Wissenschaftler unbekannte Stoffe und Materialien mit Spektrometern analysieren und die Ergebnisse mit bekannten Mustern vergleichen, um die Zusammensetzung des Probanden zu bestimmen.
Geschichte
Die Wurzeln der Spektrometer gehen auf das Jahr 300 v. Chr. zurück, als Euklid begann, mit sphärischen Spiegeln zu arbeiten. Im späten 17. Jahrhundert prägte Isaac Newton das Wort Spektrum, um die Farbpalette zu beschreiben, die durch Streuung von Licht durch ein Prisma entsteht. Die Analyse und das weitere Studium der Farbtheorie wurden nach und nach fortgesetzt und im frühen 19. Jahrhundert tauchten die ersten Spektrometer von verschiedenen Wissenschaftlern auf. Die frühesten Spektrometer verwendeten einen kleinen Schlitz und eine Linse, die Licht durch ein Prisma leitete, um das Licht in ein Spektrum zu brechen, das zur Analyse durch eine Röhre projiziert wurde. Der technologische Fortschritt hat dieses Werkzeug kontinuierlich verfeinert, wobei die neuesten Entwicklungen immer mehr computerbasiert sind.
Wie benutzt man
Spektrometer sind relativ einfach einzurichten und zu verwenden. Im Allgemeinen wird das Spektrometer eingeschaltet und vor der Verwendung vollständig aufgeheizt. Es wird mit einem bekannten Stoff beladen und auf eine Wellenlänge kalibriert, die der des bekannten Stoffes ähnlich ist. Sobald die Maschine kalibriert ist, wird die Testprobe in die Maschine geladen und ein Spektrum für die Probe bestimmt. Die Wellenlängen werden analysiert und mit verschiedenen bekannten Messwerten verglichen, um die Zusammensetzung der neuen Substanz zu bestimmen. Dieser Prozess kann auf ähnliche Weise durchgeführt werden, ohne dass eine tatsächliche Substanz in ein Spektrometer geladen wird, sondern nur Licht zum Ablesen durch das Gerät passieren lässt. Astronomen verwenden diese Methode oft mit Licht aus dem Weltraum.
Wie es funktioniert
Um ein Spektrum für Stoffe genau zu bestimmen, muss eine gasförmige Form des Stoffes mit Licht bestrahlt und ein Spektrum erstellt werden. Wenn also Proben in Spektrometer geladen werden, verdampft die hohe Temperatur der Maschine die winzige Probe und das Licht wird entsprechend der Zusammensetzung der zu testenden Substanz gebrochen. Bei der Verwendung von Spektrometern für astronomische Zwecke werden auf ähnliche Weise eingehende Wellenlängen und Frequenzen aus dem Weltraum analysiert, um die Zusammensetzung der Himmelsmaterie zu bestimmen.
Verwendung
Wissenschaftler können Spektrometer verwenden, um die Zusammensetzung ihrer neuen Entdeckungen zu bestimmen, sei es auf der Erde oder in weit entfernten Galaxien. Beispielsweise kann eine komplexe Substanz analysiert und die verschiedenen elementaren Komponenten bestimmt werden. Auch der Einsatz der Spektrometrie im medizinischen Bereich wird immer beliebter, da sie zur Identifizierung von Verunreinigungen oder Konzentrationen verschiedener Substanzen im Blutkreislauf, um mögliche oder unerwünschte Krankheiten zu erkennen Toxine.