ספקטרומטר אופטי
ספקטרומטר אופטי הוא מכשיר מדידה אופטי לצפיה בספקטרום קרינה של גופים. ספקטרוסקופיה אופטית משמשת לזיהוי של יסודות ומולקולות, הן בתרכובות כימיות במעבדה והן בחלל החיצון. בין ההישגים הבולטים של הספקטרוסקופיה נמנים מדידת ספקטרום אטום המימן שהביאה לפריצות דרך משמעותיות בתורת הקוונטים (כגון בניית מודל האטום של בוהר) וגילוי יסודות חדשים, ביניהם ההליום.
תחומים שונים בספקטרום משמשים בכיווני מחקר שונים: הספקטרום הנראה משמש בעיקר לחקר מעברי אלקטרונים ברמה האטומית, ספקטרוסקופיה בתת-אדום משמשת למדידת רוטציות וויברציות מולקולריות. נוסף על ספקטרומטר אופטי קיימים גם סוגים שונים של ספקטרומטרי מסות.
דרך פעולת הספקטרומטר
ישנם ספקטרומטרים בתצורות שונות רבות, המשותף לכולם הוא שבירת האור לרכיביו, כלומר הפיכת אור לקשת צבעים. מרבית הספקטרומטרים מבוססים על שימוש במנסרה, סריג או סיב אופטי. בספקטרומטר מבוסס מנסרה מקדם השבירה של אור הנכנס לזכוכית תלוי באורך הגל, קרני אור הנכנסות למנסרה נשברות לצבעים המרכיבים אותן בכיוונים שונים. התופעה זהה לקשת בענן, הנוצרת ממעבר האור בטיפות מים באוויר. בספקטרומטר מבוסס סריג אור המוחזר על ידי סריג יוצר תבנית התאבכות על המסך, ומיקומן של נקודות האור תלוי באורך הגל. צידו האחורי של תקליטור מהווה סריג מבחינה זו.
שתי השיטות הבסיסיות לשימוש בספקטרוסקופ הן למדידת ספקטרום הפליטה או הבליעה של חומרים שונים.
- ספקטרום פליטה - גז המחומם לטמפרטורה גבוהה פולט אור. ספקטרום האור הנפלט מורכב מסדרה של קוים בדידים המייצגים את קווי הפליטה של החומר המאיר.
- ספקטרום בליעה - בשיטה זאת אור לבן המכיל רצף של תדרים עובר דרך חומר. הספקטרום שנוצר מכיל קווים שחורים המייצגים את התדרים שבהם החומר מסוגל לבלוע אור.
היסטוריה
בתקופתו של ניוטון היה נהוג להניח שספקטרום השמש הוא ספקטרום רציף כלומר, האור שפולטת השמש מכיל בתוכו את כל צבעי האור. ב-1814 גילה המדען הגרמני יוזף פראונהופר את הימצאותם של "פסים שחורים" בספקטרום הפליטה של השמש. את התופעה הסביר המדען הגרמני גוסטב קירכהוף. תגליתו הייתה כי כל יסוד במצב צבירה גזי בולע גלי אור באורך גל זהה לאלה שהוא פולט.
ב-1800 ויליאם הרשל הציג בפני החברה המלכותית בלונדון ניסוי בו שם מדחום מעבר לצבע האדום שנוצר על ידי מנסרה, טמפרטורת המדחום עלתה וכך נתגלתה הקרינה התת-אדומה.
תגליות חשובות בספקטרוסקופיה
- צפיה בקווי הפליטה של מימן והתאמתם לתאוריה לפי מכניקת הקוונטים.
- גילוי היסוד הליום בספקטרום הבליעה של השמש.
- גילויו של חוק האבל וגילוי כוכבי לכת חוץ-שמשיים על ידי שימוש באפקט דופלר.
- גילוי הקרינה התת-אדומה על ידי שימוש במנסרה.
