Τι είναι το φασματόμετρο;

Ένα φασματόμετρο είναι ένα κοινό εργαλείο που χρησιμοποιείται από διάφορους επιστήμονες για τον προσδιορισμό πληροφοριών σχετικά με ένα αντικείμενο ή ουσίες μέσω της ανάλυσης των φωτεινών ιδιοτήτων του. Άγνωστες συνθέσεις χωρισμένες σε βασικά στοιχειακά στοιχεία ή φώτα που εκπέμπονται από μακρινούς γαλαξίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό πληροφοριών σχετικά με διαστημικά αντικείμενα, συμπεριλαμβανομένου του μεγέθους και της ταχύτητάς τους.

Τα φασματόμετρα έχουν ποικίλες χρήσεις στην επιστημονική βιομηχανία ιδιαίτερα στην αστρονομία και τη χημεία. Όλα τα φασματόμετρα έχουν τρία βασικά μέρη - παράγουν ένα φάσμα, διασκορπίζουν το φάσμα και μετρά τις εντάσεις των γραμμών που παράγονται από το φάσμα. Κάθε ουσία και στοιχείο παράγει διαφορετικές συχνότητες φωτός και μοτίβα που μοιάζουν με τα δικά τους δακτυλικά αποτυπώματα. Χρησιμοποιώντας αυτήν την αρχή, οι επιστήμονες μπορούν να αναλύσουν άγνωστες ουσίες και υλικά χρησιμοποιώντας φασματόμετρα και στη συνέχεια να συγκρίνουν τα αποτελέσματα με γνωστά μοτίβα για να προσδιορίσουν τη σύνθεση του εξεταζόμενου θέματος.

Η ρίζα των φασματομέτρων χρονολογείται από το 300 π.Χ. όταν ο Ευκλείδης άρχισε να λειτουργεί με σφαιρικούς καθρέφτες. Στα τέλη του 17ου αιώνα, ο Ισαάκ Νεύτωνας επινόησε το φάσμα λέξεων για να περιγράψει το εύρος των χρωμάτων που δημιουργούνται με τη διασπορά του φωτός μέσω ενός πρίσματος. Η ανάλυση και η περαιτέρω μελέτη της θεωρίας χρώματος συνεχίστηκαν προοδευτικά και στις αρχές του 19ου αιώνα, τα πρώτα φασματόμετρα άρχισαν να εμφανίζονται από διάφορους επιστήμονες. Τα πρώτα φασματόμετρα χρησιμοποίησαν μια μικρή σχισμή και φακό που πέρασαν το φως μέσω ενός πρίσματος για να διαθλάσουν το φως σε ένα φάσμα που προβάλλεται μέσω ενός σωλήνα για ανάλυση. Οι τεχνολογικές εξελίξεις βελτιώνουν συνεχώς αυτό το εργαλείο με τις πιο πρόσφατες εξελίξεις να βασίζονται σε υπολογιστές.

Τα φασματόμετρα είναι αρκετά εύκολο να εγκατασταθούν και να χρησιμοποιηθούν. Γενικά, το φασματόμετρο ενεργοποιείται και αφήνεται να θερμανθεί εντελώς πριν από τη χρήση. Φορτώνεται με μια γνωστή ουσία και βαθμονομείται σε μήκος κύματος παρόμοιο με αυτό της γνωστής ουσίας. Μόλις βαθμονομηθεί το μηχάνημα, το δοκιμαστικό δείγμα φορτώνεται στο μηχάνημα και προσδιορίζεται ένα φάσμα για το δείγμα. Τα μήκη κύματος αναλύονται και συγκρίνονται με διάφορες γνωστές μετρήσεις για τον προσδιορισμό της σύνθεσης της νέας ουσίας. Αυτή η διαδικασία μπορεί ομοίως να γίνει χωρίς φόρτωση μιας πραγματικής ουσίας σε ένα φασματόμετρο, αλλά μάλλον επιτρέποντας στο φως να περάσει μέσα από το μηχάνημα για αναγνώσεις. Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν συχνά αυτήν τη μέθοδο χρησιμοποιώντας φως από βαθύ διάστημα.

Για να προσδιοριστεί με ακρίβεια ένα φάσμα για ουσίες, μια αέρια μορφή της ουσίας πρέπει να υποβληθεί σε φως και να δημιουργηθεί ένα φάσμα. Έτσι, όταν τα δείγματα φορτώνονται σε φασματόμετρα, η υψηλή θερμοκρασία του μηχανήματος εξατμίζει το μικροσκοπικό δείγμα και το φως διαθλάται ανάλογα με τη σύνθεση της υπό δοκιμή ουσίας. Στην περίπτωση χρήσης φασματόμετρων για αστρονομικούς σκοπούς, τα εισερχόμενα μήκη κύματος και οι συχνότητες από το διάστημα αναλύονται με παρόμοιο τρόπο για να προσδιοριστεί η σύνθεση της ουράνιας ύλης.

Οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν φασματόμετρα για να προσδιορίσουν τη σύνθεση τυχόν νέων ανακαλύψεων που κάνουν είτε στη Γη είτε σε μακρινά γαλαξίες. Για παράδειγμα, μια σύνθετη ουσία μπορεί να αναλυθεί και να προσδιοριστούν τα διάφορα στοιχειακά συστατικά. Επίσης, η χρήση της φασματομετρίας στον ιατρικό τομέα αυξάνεται σε δημοτικότητα καθώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναγνώριση προσμείξεις ή επίπεδα διαφόρων ουσιών στην κυκλοφορία του αίματος για την ανίχνευση πιθανών ασθενειών ή ανεπιθύμητων τοξίνες.