मोनोक्रोमेटर: Difference between revisions
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[[Image:Light dispersion conceptual waves350px.gif|thumb|200px|यह प्रकाश के | [[Image:Light dispersion conceptual waves350px.gif|thumb|200px|यह प्रकाश के प्रकीर्णन या प्रकाश के टूटने का एक वैचारिक एनीमेशन है।]] | ||
[[File:APS - Kohzu monochromator.jpg|thumb|200px|[[उन्नत फोटॉन स्रोत]], [[Argonne राष्ट्रीय प्रयोगशाला]] में एक एक्स-रे [[ beamline ]] में मोनोक्रोमेटर।]] | [[File:APS - Kohzu monochromator.jpg|thumb|200px|[[उन्नत फोटॉन स्रोत]], [[Argonne राष्ट्रीय प्रयोगशाला]] में एक एक्स-रे [[ beamline |beamline]] में मोनोक्रोमेटर।]]'''एकवर्णक'''(मोनोक्रोमेटर) एक [[प्रकाशिकी]] उपकरण है जो इनपुट पर उपलब्ध [[तरंग दैर्ध्य]] की एक विस्तृत श्रृंखला से चुने गए प्रकाश या अन्य [[विकिरण]] के तरंग दैर्ध्य के यांत्रिक रूप से चयन योग्य संकीर्ण बैंड को प्रसारित करता है। यह नाम [[प्राचीन यूनान|प्राचीन यूनानी]] मूल ''मोनो-'', एकल और ''क्रोमा'', रंग और [[लैटिन]] प्रत्यय ''-एटोर'' से आया है, जो एक अभिकर्ता को दर्शाता है। | ||
== उपयोग == | == उपयोग == | ||
[[Image:NeutronMonochromatorBNL.jpg|thumb|right|200px|ECHIDNA के लिए न्यूट्रॉन एकवर्णक - ऑस्ट्रेलिया में [[ओपन-पूल ऑस्ट्रेलियाई लाइटवाटर रिएक्टर]] में उच्च | [[Image:NeutronMonochromatorBNL.jpg|thumb|right|200px|ECHIDNA के लिए न्यूट्रॉन एकवर्णक - ऑस्ट्रेलिया में [[ओपन-पूल ऑस्ट्रेलियाई लाइटवाटर रिएक्टर]] में उच्च विश्लेषण पाउडर डिफ्रेक्टोमीटर पाउडर डिफ्रेक्टोमीटर। यह [113] उन्मुख जर्मेनियम क्रिस्टल के स्लैब द्वारा बनाया गया है जो ब्रैग परावर्तित बीम पर ध्यान केंद्रित करने के लिए एक दूसरे की ओर झुके हुए हैं।]]एक उपकरण जो एकवर्णिता प्रकाश उत्पन्न कर सकता है, विज्ञान और प्रकाशिकी में इसके कई उपयोग हैं क्योंकि विषय सूची की कई प्रकाशीय विशेषताएं तरंग दैर्ध्य पर निर्भर हैं। यद्यपि तरंग दैर्ध्य के एक संकीर्ण बैंड का चयन करने के लिए कई उपयोगी तरीके हैं (जो दृश्यमान सीमा में, शुद्ध रंग के रूप में माना जाता है), एक विस्तृत श्रृंखला से किसी भी तरंग दैर्ध्य बैंड को आसानी से चुनने के कई अन्य तरीके नहीं हैं। एकवर्णिता के कुछ उपयोगों की चर्चा के लिए नीचे दिए गए अनुप्रयोग देखें। | ||
अत्याधिक [[एक्स-रे]] और [[न्यूट्रॉन विकिरण]] प्रकाशिकी में, [[क्रिस्टल मोनोक्रोमेटर|पारदर्शी]] एकवर्णिता का उपयोग उपकरणों पर तरंग स्थितियों को परिभाषित करने के लिए किया जाता है। | |||
== तकनीक == | == तकनीक == | ||
एक एकवर्णक या तो [[प्रिज्म (ऑप्टिक्स)|प्रिज्म( | एक एकवर्णक या तो [[प्रिज्म (ऑप्टिक्स)|प्रिज्म( प्रकाशविज्ञान)]] में [[ऑप्टिकल फैलाव|प्रकाशीय प्रकीर्णन]] की घटना का उपयोग कर सकता है, या [[विवर्तन]] जालक का उपयोग करके, प्रकाश के रंगों को स्थानिक रूप से अलग करने के लिए प्रयोग किया जाता है। इसमें सामान्यतः चयनित रंग को निकास स्लिट पर निर्देशित करने के लिए एक तंत्र होता है। सामान्यतः जालक या प्रिज्म का उपयोग परावर्तक मोड में किया जाता है। एक समबाहु त्रिभुज प्रिज्म (सामान्यतः, एक समबाहु प्रिज्म का आधा) बनाकर एक परावर्तक प्रिज्म बनाया जाता है, जिसमें एक तरफ दर्पण होता है। प्रकाश कर्ण के चेहरे के माध्यम से प्रवेश करता है और इसके माध्यम से वापस परावर्तित होता है, यह एक ही सतह पर दो बार अपवर्तित होता है। एक स्रोत, जैसे सूर्य, जो बहुत दूर है, समांतरित प्रकाश प्रदान करता है। कुल अपवर्तन, और कुल प्रकीर्णन, वही होता है जो ट्रांसमिशन मोड में एक समबाहु प्रिज्म का उपयोग करने पर होता है। | ||
=== समांतरण === | === समांतरण === | ||
प्रकीर्णन या विवर्तन को केवल तभी नियंत्रित किया जा सकता है जब प्रकाश को [[संपार्श्विक|समांतरित]] किया जाता है, अर्थात यदि प्रकाश की सभी किरणें समानांतर हों, या व्यावहारिक रूप से ऐसा ही हो। एक स्रोत, जैसे सूर्य, जो बहुत दूर है, समांतरित प्रकाश प्रदान करता है। [[आइजैक न्यूटन]] ने अपने आइजैक न्यूटन प्रकाश विज्ञान में सूर्य के प्रकाश का उपयोग किया। एक व्यावहारिक एकवर्णक में, हालांकि, प्रकाश स्रोत करीब है, और एकवर्णक में एक प्रकाशीय प्रणाली स्रोत के अपसारी प्रकाश को समांतरण प्रकाश में परिवर्तित करता है। हालांकि कुछ एकवर्णक डिजाइन ध्यान केंद्रित करने वाले जालक का उपयोग करते हैं, जिन्हें अलग-अलग समापकों की आवश्यकता नहीं होती है, वे अधिकांश समांतरित दर्पणों का उपयोग करते हैं। एक स्रोत, जैसे सूर्य, जो बहुत दूर है, समांतरित प्रकाश प्रदान करता है। इस प्रयोग में पूर्ण परावर्तक प्रकाशिकी को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि वे स्वयं के प्रकीर्णन प्रभाव का परिचय नहीं देते हैं। | |||
=== एक प्रिज्म या | === एक प्रिज्म या जालक एकवर्णक का ज्यामितीय डिजाइन === | ||
जालक/प्रिज्म विन्यास इस प्रकार का विश्लेषण हैं जो सरलता और वर्णक्रमीय यथार्थता के बीच विभिन्न दुविधा प्रदान करते हैं। | |||
* ज़ेर्नी-टर्नर (नीचे चर्चा की गई) | * ज़ेर्नी-टर्नर (नीचे चर्चा की गई) | ||
* | * पस्चेन-रुन्गे माउन्टिंग | ||
* ईगल [[पाउंड बढ़ते हुए]] | * ईगल [[पाउंड बढ़ते हुए|पाउंड अग्रसर]] | ||
* [[वड्सवर्थ निरंतर विचलन प्रणाली]] | * [[वड्सवर्थ निरंतर विचलन प्रणाली]] | ||
* [[एबर्ट-फास्टी माउंटिंग]] | * [[एबर्ट-फास्टी माउंटिंग]] | ||
* [[लिट्रो माउंटिंग]] | * [[लिट्रो माउंटिंग]] | ||
* पीएफ माउंटिंग | * पीएफ माउंटिंग | ||
[[Image:Czerny-Turner Monochromator.svg|thumb|200px|ज़ेर्नी-टर्नर एकवर्णक का आरेख]] | [[Image:Czerny-Turner Monochromator.svg|thumb|200px|ज़ेर्नी-टर्नर एकवर्णक का आरेख]] | ||
[[File:Parabolic Reflective Diffraction Grating.jpg|thumb|right|200px|एक संयुक्त परावर्तक-केंद्रित विवर्तन | [[File:Parabolic Reflective Diffraction Grating.jpg|thumb|right|200px|एक संयुक्त परावर्तक-केंद्रित विवर्तन जालक ]] | ||
[[Image:Monochromator.jpg|thumb|right|200px|एक फास्टी-एबर्ट मोनोक्रोमेटर। यह | [[Image:Monochromator.jpg|thumb|right|200px|एक फास्टी-एबर्ट मोनोक्रोमेटर। यह ज़ेर्नी-टर्नर के समान है लेकिन एक सामान्य संधानक/पुनः फोकसिंग दर्पण का उपयोग करता है।]]सामान्य मैरिएनस ज़ेर्नी-टर्नर डिज़ाइन में,<ref>{{cite journal|last=Czerny|first=M.|author2=Turner, A. F.|author-link1=Marianus Czerny|title=Über den astigmatismus bei spiegelspektrometern.|journal=Zeitschrift für Physik|year=1930|volume=61|issue=11–12|pages=792–797|doi=10.1007/BF01340206|bibcode = 1930ZPhy...61..792C |s2cid=126259668}}</ref> विस्तृत बैंड प्रदीपन स्रोत (A) एक प्रवेश स्लिट (B) के लिए लक्षित है। उपयोग के लिए उपलब्ध प्रकाश ऊर्जा की मात्रा स्लिट (चौड़ाई × ऊंचाई) द्वारा परिभाषित अंतरिक्ष में स्रोत की तीव्रता और प्रकाशीय प्रणाली के [[स्वीकरण कोण]] पर निर्भर करती है। स्लिट को एक घुमावदार दर्पण ([[संपार्श्विक प्रकाश|समांतरित प्रकाश]], C) के प्रभावी फोकस पर रखा गया है ताकि दर्पण से परावर्तित स्लिट से प्रकाश टकराया हो (अनंत पर केंद्रित)। संपार्श्विकित प्रकाश विवर्तन जालक (D) से विवर्तित है और फिर एक अन्य दर्पण (E) द्वारा एकत्र किया जाता है, जो प्रकाश को पुन: केंद्रित करता है, अब बाहर निकलने वाली स्लिट (F) पर फैल गया है। प्रिज्म एकवर्णक में, एक परावर्तक [[लिट्रो प्रिज्म]] विवर्तन जालक की जगह लेता है, जिस स्थिति में प्रकाश प्रिज्म द्वारा [[अपवर्तन]] होता है। | ||
बाहर निकलने पर, प्रकाश के रंग फैले हुए हैं (दृश्यमान में यह इंद्रधनुष के रंग दिखाता है)। क्योंकि प्रत्येक रंग एक्जिट-स्लिट प्लेन में एक अलग बिंदु पर आता है, इसलिए प्लेन पर केंद्रित | प्रकाश बाहर निकलने पर, प्रकाश के रंग फैले हुए हैं (दृश्यमान में यह इंद्रधनुष के रंग दिखाता है)। क्योंकि प्रत्येक रंग एक्जिट-स्लिट प्लेन में एक अलग बिंदु पर आता है, इसलिए प्लेन पर केंद्रित प्रवेश स्लिट की छवियों की एक श्रृंखला होती है। चूंकि प्रवेश स्लिट चौड़ाई में परिमित है, आस-पास की छवियों के हिस्से ढँक लेते होते हैं। एग्जिट स्लिट (F) से निकलने वाली प्रदीपन में चयनित रंग के प्रवेश स्लिट की पूरी छवि और पास के रंगों की प्रवेश स्लिट इमेज के हिस्से सम्मिलित हैं। परिक्षेपी तत्व के घूर्णन से रंगों के बैंड को निकास स्लिट के सापेक्ष स्थानांतरित करने का कारण बनता है, ताकि वांछित प्रवेश स्लिट छवि निकास स्लिट पर केंद्रित हो। एग्जिट स्लिट छोड़ने वाले रंगों की सीमा स्लिट्स की चौड़ाई का एक कार्य है। प्रवेश और निकास स्लिट चौड़ाई एक साथ समायोजित किये जा सकते हैं। | ||
===[[आवारा प्रकाश|अवांछित प्रकाश]]=== | ===[[आवारा प्रकाश|अवांछित प्रकाश]]=== | ||
ऐसे एकवर्णक का आदर्श स्थानांतरण कार्य त्रिकोणीय आकार है। त्रिकोण का शिखर चयनित नाममात्र तरंग दैर्ध्य पर है। पास के रंगों की तीव्रता इस शिखर के दोनों तरफ रैखिक रूप से घट जाती है जब तक कि कुछ कटऑफ मूल्य तक नहीं पहुंच जाता है, जहां तीव्रता कम हो जाती है। इसे अवांछित | ऐसे एकवर्णक का आदर्श स्थानांतरण कार्य त्रिकोणीय आकार है। त्रिकोण का शिखर चयनित नाममात्र तरंग दैर्ध्य पर है। पास के रंगों की तीव्रता इस शिखर के दोनों तरफ रैखिक रूप से घट जाती है जब तक कि कुछ कटऑफ मूल्य तक नहीं पहुंच जाता है, जहां तीव्रता कम हो जाती है। इसे अवांछित प्रकाश स्तर कहा जाता है। कटऑफ स्तर सामान्यतः शिखर मूल्य का लगभग एक हजारवां हिस्सा या 0.1% होता है। | ||
=== | === वर्णक्रमीय बैंड विस्तार === | ||
वर्णक्रमीय बैंड विस्तार को उन बिंदुओं पर त्रिभुज की चौड़ाई के रूप में परिभाषित किया जाता है जहां प्रकाश अधिकतम मूल्य के आधे तक पहुंच गया है (आधी अधिकतम पर पूर्ण चौड़ाई, एफडब्ल्यूएचएम के रूप में संक्षिप्त)। एक विशिष्ट वर्णक्रमीय बैंड विस्तार एक नैनोमीटर हो सकता है; हालाँकि, विश्लेषण की आवश्यकता को पूरा करने के लिए विभिन्न मूल्यों को चुना जा सकता है। एक संकरा बैंड विस्तार विश्लेषण में सुधार करता है, लेकिन यह सिग्नल रव अनुपात को भी कम करता है।<ref>Keppy, N. K. and Allen M., Thermo Fisher Scientific, Madison, WI, USA, 2008</ref> | |||
=== | === प्रकीर्णन === | ||
किसी एकवर्णक के प्रकीर्णन को स्लिट चौड़ाई की प्रति इकाई रंगों के बैंड की चौड़ाई, उदाहरण के लिए स्लिट चौड़ाई के प्रति मिमी वर्णक्रम के 1 एनएम के रूप में वर्णित किया जाता है। यह कारक जालक के लिए स्थिर है, लेकिन एक प्रिज्म के लिए तरंग दैर्ध्य के साथ बदलता रहता है। यदि एक निरंतर बैंड विस्तार मोड में एक स्कैनिंग प्रिज्म एकवर्णक का उपयोग किया जाता है, तो स्लिट की चौड़ाई को तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन के रूप में बदलना चाहिए। प्रकीर्णन फोकल लंबाई, जालक क्रम और जालक संकल्प शक्ति पर निर्भर करता है। | |||
=== तरंग दैर्ध्य | === तरंग दैर्ध्य परिसर === | ||
किसी एकवर्णक की समायोजन सीमा दृश्यमान वर्णक्रम और दोनों या पास के [[पराबैंगनी]] किरणें (यूवी) और [[ अवरक्त |अवरक्त]] किरणें (आईआर) स्पेक्ट्रा के कुछ हिस्से को कवर कर सकती है, हालांकि एकवर्णिता प्रकाशीय सीमा की एक बड़ी विविधता के लिए और कई डिज़ाइनों के लिए बनाए गए हैं। | |||
=== | === युग्म एकवर्णक === | ||
दो मोनोक्रोमेटरों का श्रृंखला में जुड़ा होना सामान्य बात है, उनकी यांत्रिक प्रणालियाँ अग्रानुक्रम में काम करती हैं ताकि वे दोनों एक ही रंग का चयन करें। इस व्यवस्था का उद्देश्य | दो मोनोक्रोमेटरों का श्रृंखला में जुड़ा होना सामान्य बात है, उनकी यांत्रिक प्रणालियाँ अग्रानुक्रम में काम करती हैं ताकि वे दोनों एक ही रंग का चयन करें। इस व्यवस्था का उद्देश्य वर्णक्रम की संकीर्णता में सुधार करना नहीं है, बल्कि कटऑफ स्तर को कम करना है। एक युग्म एकवर्णक में शिखर मूल्य का लगभग दस लाखवां हिस्सा हो सकता है, व्यक्तिगत वर्गों के दो कटऑफ का उत्पाद निकास बीम में अन्य रंगों के प्रकाश की तीव्रता को अवांछित प्रकाश स्तर के रूप में संदर्भित किया जाता है और यह कई उपयोगों के लिए किसी एकवर्णक का सबसे महत्वपूर्ण विनिर्देश है। कम अवांछित प्रकाश प्राप्त करना व्यावहारिक एकवर्णक बनाने की कला का एक बड़ा हिस्सा है। | ||
=== विवर्तन | === विवर्तन जालक और प्रज्वलित जालक === | ||
जालक एकवर्णिता सामान्यतः प्रतिकृति जालक का उपयोग करते हुए पराबैंगनी, दृश्य और अवरक्त विकिरण को फैलाते हैं, जो एक मुख्य विशेष जालक से निर्मित होते हैं। मुख्य विशेष जालक में एक कठोर, वैकल्पिक रूप से सपाट, सतह होती है जिसमें बड़ी संख्या में समानांतर और निकटवर्ती खांचे होते हैं। एक मुख्य विशेष जालक का निर्माण एक लंबी, महंगी प्रक्रिया है क्योंकि खांचे समान आकार के होने चाहिए, बिल्कुल समानांतर, और समान रूप से जालक की लंबाई (3–10 cm) से अधिक दूरी पर होने चाहिए। परिपत्र द्वैतवाद वर्णक्रममापी में एकवर्णक होता है। पराबैंगनी और दृश्य क्षेत्र के लिए एक जालक में सामान्यतः 300-2000 खांचे/मिमी होते हैं, हालांकि 1200-1400 खांचे/मिमी सबसे सामान्य हैं। अवरक्त क्षेत्र के लिए, जालक में सामान्यतः 10-200 खांचे / मिमी होते हैं।<ref>{{cite book|last=Skoog|first=Douglas|title=वाद्य विश्लेषण के सिद्धांत|url=https://archive.org/details/principlesinstru00dasc|url-access=limited|year=2007|publisher=Brooks/Cole|location=Belmont, CA|isbn=978-0-495-01201-6|pages=[https://archive.org/details/principlesinstru00dasc/page/n195 182]–183}}</ref> जब एक विवर्तन जालक का उपयोग किया जाता है, तो ब्रॉडबैंड एकवर्णिता के डिजाइन में सावधानी बरतनी चाहिए क्योंकि विवर्तन पैटर्न में अतिव्यापी आदेश होते हैं। कभी-कभी विवर्तन आदेशों की चौड़ाई को सीमित करने के लिए प्रकाशीय पथ में ब्रॉडबैंड प्रीसेलेक्टर फिल्टर डाले जाते हैं। कभी-कभी यह दोहरी एकवर्णक डिजाइन के एकवर्णिता में से एक के रूप में एक प्रिज्म का उपयोग करके किया जाता है। | |||
मूल उच्च- | मूल उच्च-विश्लेषण विवर्तन जालक पर रेखांकित किया गया था। उच्च-गुणवत्ता वाले [[विभाजित करने वाला इंजन|विभाजित करने वाले इंजन]] का निर्माण एक बड़ा उपक्रम था (साथ ही पिछले दशकों में अत्यधिक कठिन), और अच्छी जालक बहुत महंगी थी। रेखांकित जालक में त्रिकोणीय खांचे का ढलान सामान्यतः एक विशेष विवर्तन क्रम की चमक को बढ़ाने के लिए समायोजित किया जाता है। इसे प्रज्वलन जालक कहा जाता है। रेखांकित जालक में खामियां हैं जो अभूतपूर्व विवर्तन आदेश उत्पन्न करती हैं जो एकवर्णक के अवांछित प्रकाश स्तर को बढ़ा सकती हैं। एक बाद की फोटोलिथोग्राफिक तकनीक एक होलोग्राफिक हस्तक्षेप पैटर्न से जालक बनाने की अनुमति देती है। [[होलोग्राफिक झंझरी|होलोग्राफिक]] जालक में साइनसोइडल खांचे होते हैं और इसलिए उतने चमकीले नहीं होते हैं, लेकिन धधकते हुए जालक की तुलना में कम बिखरे हुए प्रकाश स्तर होते हैं। एकवर्णिता में वास्तव में उपयोग किए जाने वाले लगभग सभी जालक सावधानीपूर्वक बनाए जाते हैं विवर्तन जालक रेखांकित या होलोग्राफिक मुख्य विशेष जालक की प्रतिकृतियां बनाई जाती हैं। | ||
=== प्रिज्म === | === प्रिज्म === | ||
[[File:Prism monochromator,with light path illustrated,from the laboratory of AHNU,Mar 2017.jpg|thumb|right|200px|एकल प्रिज्म का उपयोग करते हुए एक परावर्तक एकवर्णक की आंतरिक संरचना। पीली रेखा प्रकाश के पथ को इंगित करती है।]][[यूवी]] क्षेत्र में प्रिज्म का | [[File:Prism monochromator,with light path illustrated,from the laboratory of AHNU,Mar 2017.jpg|thumb|right|200px|एकल प्रिज्म का उपयोग करते हुए एक परावर्तक एकवर्णक की आंतरिक संरचना। पीली रेखा प्रकाश के पथ को इंगित करती है।]][[यूवी]] क्षेत्र में प्रिज्म का प्रकीर्णन अधिक होता है। प्रिज्म एकवर्णिता को कुछ उपकरणों में पसंद किया जाता है जो मुख्य रूप से सुदूर यूवी क्षेत्र में काम करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। हालाँकि, अधिकांश एकवर्णिता जालक का उपयोग करते हैं। कुछ एकवर्णिता में कई जालक होती हैं जिन्हें विभिन्न वर्णक्रमीय क्षेत्रों में उपयोग के लिए चुना जा सकता है। एक प्रिज्म और एक जालक एकवर्णक को श्रृंखला में रखकर बनाए गए एक युग्म एकवर्णक को सामान्यतः एकल जालक क्रम को अलग करने के लिए अतिरिक्त बैंडपास फिल्टर की आवश्यकता नहीं होती है। | ||
=== फोकल लंबाई === | === फोकल लंबाई === | ||
रंगों के बैंड की संकीर्णता जो एक एकवर्णक उत्पन्न कर सकता है, एकवर्णक कोलिमेटर की फोकल लम्बाई से संबंधित है। लंबी फोकल लंबाई वाली प्रकाशीय | रंगों के बैंड की संकीर्णता जो एक एकवर्णक उत्पन्न कर सकता है, एकवर्णक कोलिमेटर की फोकल लम्बाई से संबंधित है। लंबी फोकल लंबाई वाली प्रकाशीय प्रणाली का उपयोग करने से भी दुर्भाग्य से प्रकाश की मात्रा कम हो जाती है जिसे स्रोत से स्वीकार किया जा सकता है। बहुत उच्च विश्लेषण वाले एकवर्णिता की फोकल लंबाई 2 मीटर हो सकती है। ऐसे एकवर्णिता के निर्माण के लिए यांत्रिक और तापीय स्थिरता पर असाधारण ध्यान देने की आवश्यकता होती है। कई अनुप्रयोगों के लिए लगभग 0.4 मीटर फोकल लम्बाई के एकवर्णक को उत्कृष्ट संकल्प माना जाता है। कई एकवर्णिता की फोकल लंबाई 0.1 मीटर से कम होती है। | ||
=== | === स्लिट ऊंचाई === | ||
सबसे सामान्य प्रकाशीय | सबसे सामान्य प्रकाशीय प्रणाली गोलाकार कोलिमेटर का उपयोग करता है और इस प्रकार प्रकाशीय विपथन होता है जो उस क्षेत्र को वक्र करता है जहां स्लिट इमेज फोकस करने के लिए आती हैं, ताकि छवि के वक्रता का अनुमान लगाने के लिए स्लिट कभी-कभी सीधे सीधे होने के बजाय घुमावदार हो जाएं। परिपत्र द्वैतवाद वर्णक्रममापी में एक एकवर्णक होता है। यह लम्बे स्लिट्स का उपयोग करने की अनुमति देता है, अधिक प्रकाश इकट्ठा करता है, जबकि यह अभी भी उच्च वर्णक्रमीय विश्लेषण प्राप्त करता है। कुछ डिज़ाइन एक और दृष्टिकोण लेते हैं और इसके बजाय वक्रता को सही करने के लिए टोरॉयडल कोलीमेटिंग मिरर का उपयोग करते हैं, जिससे विश्लेषण का त्याग किए बिना उच्च सीधे स्लिट की अनुमति मिलती है। | ||
=== तरंग दैर्ध्य बनाम ऊर्जा === | === तरंग दैर्ध्य बनाम ऊर्जा === | ||
एकवर्णिता | एकवर्णिता को प्रायः तरंग दैर्ध्य की इकाइयों में कैलिब्रेट किया जाता है। जालक का एक समान घुमाव तरंगदैर्घ्य में साइनसोइडल परिवर्तन उत्पन्न करता है, जो छोटे जालक कोणों के लिए लगभग रैखिक होता है, इसलिए ऐसा उपकरण बनाना आसान होता है। अध्ययन की जा रही कई अंतर्निहित भौतिक घटनाएं हालांकि ऊर्जा में रैखिक हैं, और चूंकि तरंग दैर्ध्य और ऊर्जा का पारस्परिक संबंध है, वर्णक्रमीय पैटर्न जो ऊर्जा के कार्य के रूप में प्लॉट किए जाने पर सरल और अनुमानित होते हैं, वे तरंग दैर्ध्य के कार्य के रूप में प्लॉट किए जाने पर विकृत हो जाते हैं। कुछ एकवर्णिता तरंग संख्या या कुछ अन्य ऊर्जा इकाइयों की इकाइयों में कैलिब्रेट किए जाते हैं, लेकिन पैमाना रैखिक नहीं हो सकता है। | ||
=== डायनेमिक | === डायनेमिक परिसर === | ||
एक उच्च गुणवत्ता वाले | एक उच्च गुणवत्ता वाले युग्म एकवर्णक के साथ निर्मित एक [[स्पेक्ट्रोफोटोमीटर|वर्णक्रम प्रकाशमापी]] पर्याप्त शुद्धता और तीव्रता का प्रकाश उत्पन्न कर सकता है जो उपकरण लगभग दस लाख गुना (6 एयू, अवशोषण इकाइयों) के प्रकाशीय क्षीणन के एक संकीर्ण बैंड को माप सकता है। | ||
== अनुप्रयोग == | == अनुप्रयोग == | ||
एकवर्णिता | एकवर्णिता का उपयोग कई प्रकाशीय मापने वाले उपकरणों और अन्य अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां ट्यून करने योग्य एकवर्णिता प्रकाश की आवश्यकता होती है। परिपत्र द्वैतवाद वर्णक्रममापी में एक एकवर्णक होता है। कभी-कभी एकवर्णिता प्रकाश को एक नमूने पर निर्देशित किया जाता है और परावर्तित या संचरित प्रकाश को मापा जाता है। कभी-कभी सफेद प्रकाश एक नमूने पर निर्देशित होता है और एकवर्णक का उपयोग परावर्तित या संचरित प्रकाश का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है। कई [[फ्लोरोमीटर|प्रतिदीप्तिमापी]] में दो एकवर्णिता का उपयोग किया जाता है; उत्तेजना तरंग दैर्ध्य का चयन करने के लिए एकवर्णक का उपयोग किया जाता है और उत्सर्जित प्रकाश का विश्लेषण करने के लिए दूसरे एकवर्णक का उपयोग किया जाता है। | ||
एक स्वचालित स्कैनिंग | एक स्वचालित स्कैनिंग वर्णक्रममापी में एकवर्णक द्वारा चयनित तरंग दैर्ध्य को बदलने और तरंग दैर्ध्य के एक समारोह के रूप में मापा मात्रा में परिणामी परिवर्तनों को रिकॉर्ड करने के लिए एक तंत्र सम्मिलित होता है। | ||
यदि एक इमेजिंग डिवाइस निकास | यदि एक इमेजिंग डिवाइस निकास स्लिट को बदल देता है, तो परिणाम एक [[स्पेक्ट्रोग्राफ|वर्ण क्रमलेख]] का मूल विन्यास होता है। यह विन्यास विश्लेषण रंगों के विस्तृत बैंड की तीव्रता के एक साथ विश्लेषण की अनुमति देता है। फोटोग्राफिक फिल्म या फोटोडेटेक्टर की एक सरणी का उपयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए प्रकाश एकत्र करने के लिए। इस तरह का एक उपकरण यांत्रिक स्कैनिंग के बिना वर्णक्रमीय कार्य को रिकॉर्ड कर सकता है, हालांकि उदाहरण के लिए संकल्प या संवेदनशीलता के मामले में समझौता हो सकता है। | ||
एक अवशोषण | एक अवशोषण वर्णक्रम प्रकाशमापी तरंग दैर्ध्य के एक समारोह के रूप में नमूने द्वारा प्रकाश के अवशोषण को मापता है। कभी-कभी परिणाम को प्रतिशत संचरण के रूप में व्यक्त किया जाता है और कभी-कभी इसे संचरण के व्युत्क्रम लघुगणक के रूप में व्यक्त किया जाता है। बीयर-लैंबर्ट कानून प्रकाश के अवशोषण को प्रकाश-अवशोषित सामग्री की एकाग्रता, प्रकाशीय पथ की लंबाई और मोलर अवशोषकता नामक सामग्री की आंतरिक संपत्ति से संबंधित करता है। इस संबंध के अनुसार तीव्रता में कमी एकाग्रता और पथ की लंबाई में चरघातांकी होती है। कमी इन मात्राओं में रैखिक है जब संचरण के व्युत्क्रम लघुगणक का उपयोग किया जाता है। परिपत्र द्वैतवाद वर्णक्रममापी में एक एकवर्णक होता है। इस मूल्य के लिए पुराना नामकरण प्रकाशीय घनत्व (ओडी) था, वर्तमान नामकरण अवशोषक इकाइयां (एयू) है। एक एयू प्रकाश की तीव्रता में दस गुना कमी है। छह एयू एक लाख गुना कमी है। | ||
अवशोषण | अवशोषण वर्णक्रम प्रकाशमापी में प्रायः नमूने को प्रकाश की आपूर्ति करने के लिए एक एकवर्णक होता है। कुछ अवशोषण वर्णक्रम प्रकाशमापी में स्वचालित वर्णक्रमीय विश्लेषण क्षमताएं होती हैं। | ||
अवशोषण | अवशोषण वर्णक्रम प्रकाशमापी का रसायन विज्ञान, जैव रसायन और जीव विज्ञान में कई दैनिक उपयोग हैं। उदाहरण के लिए, उनका उपयोग प्रकाश को अवशोषित करने वाले कई पदार्थों की एकाग्रता या एकाग्रता में परिवर्तन को मापने के लिए किया जाता है। कई जैविक सामग्रियों की महत्वपूर्ण विशेषताएं, उदाहरण के लिए कई एंजाइम, एक रासायनिक प्रतिक्रिया शुरू करके मापा जाता है जो एक रंग परिवर्तन उत्पन्न करता है जो अध्ययन की जा रही सामग्री की उपस्थिति या गतिविधि पर निर्भर करता है।<ref>Lodish H, Berk A, Zipursky SL, et al. Molecular Cell Biology. 4th edition. New York: W. H. Freeman; 2000. Section 3.5, Purifying, Detecting, and Characterizing Proteins. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21589/</ref> तापमान के खिलाफ सामग्री के अवशोषण में परिवर्तन को कैलिब्रेट करके प्रकाशीय थर्मामीटर बनाए गए हैं। वहां कई अन्य उदाहरण हैं। | ||
वर्णक्रम प्रकाशमापी का उपयोग दर्पणों के स्पेक्युलर प्रतिबिंब और रंगीन वस्तुओं के विसरित प्रतिबिंब को मापने के लिए किया जाता है। उनका उपयोग धूप के चश्मे, लेजर सुरक्षात्मक चश्मे और अन्य फ़िल्टर ( प्रकाशविज्ञान ) के प्रदर्शन को चिह्नित करने के लिए किया जाता है। वहां कई अन्य उदाहरण हैं। | |||
यूवी में, दृश्यमान और आईआर के पास, अवशोषक और प्रतिबिंब | यूवी में, दृश्यमान और आईआर के पास, अवशोषक और प्रतिबिंब वर्णक्रम प्रकाशमापी सामान्यतः एकवर्णिता प्रकाश के साथ नमूना को रोशन करते हैं। परिपत्र द्वैतवाद वर्णक्रममापी में एक एकवर्णक होता है। संबंधित IR उपकरणों में, एकवर्णक का उपयोग सामान्यतः नमूने से आने वाले प्रकाश का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है। | ||
एकवर्णिता | एकवर्णिता का उपयोग प्रकाशीय उपकरणों में भी किया जाता है जो सरल अवशोषण या प्रतिबिंब के अलावा अन्य घटनाओं को मापते हैं, जहां भी प्रकाश का रंग एक महत्वपूर्ण चर होता है। उदाहरण के लिए, परिपत्र द्वैतवाद वर्णक्रममापी में एक एकवर्णक होता है। | ||
लेजर प्रकाश उत्पन्न करते हैं जो यहां चर्चा किए गए प्रकाशीय | लेजर प्रकाश उत्पन्न करते हैं जो यहां चर्चा किए गए प्रकाशीय एकवर्णिता की तुलना में बहुत अधिक एकवर्णिता है, लेकिन केवल कुछ लेजर आसानी से ट्यून करने योग्य होते हैं, और ये लेजर उपयोग करने में आसान नहीं होते हैं। | ||
एकवर्णिता | एकवर्णिता प्रकाश एक इमेजिंग डिवाइस (जैसे सीसीडी या सीएमओएस इमेजर) की क्वांटम दक्षता (क्यूई) की माप के लिए अनुमति देता है। एग्जिट स्लिट से प्रकाश या तो विसारक के माध्यम से या इमेजिंग डिवाइस पर एक एकीकृत क्षेत्र के माध्यम से पारित किया जाता है जबकि एक कैलिब्रेटेड डिटेक्टर एक साथ प्रकाश को मापता है। इमेजर, कैलिब्रेटेड डिटेक्टर, और एकवर्णक का समन्वय किसी को दिए गए तरंग दैर्ध्य, क्यूई के फोटॉन के लिए उत्पन्न वाहक (इलेक्ट्रॉन या छेद) की गणना करने की अनुमति देता है। | ||
== यह भी देखें == | == यह भी देखें == | ||
* [[परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी]] | * [[परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी]] वर्णक्रममापी [[खोखले कैथोड लैंप]] से प्रकाश का उपयोग करते हैं जो एक विशिष्ट तत्व के परमाणुओं द्वारा उत्पन्न प्रकाश का उत्सर्जन करते हैं, उदाहरण के लिए लोहा या सीसा या कैल्शियम। उपलब्ध रंग निश्चित हैं, लेकिन बहुत एकवर्णिता हैं और नमूने में विशिष्ट तत्वों की एकाग्रता को मापने के लिए उत्कृष्ट हैं। ये उपकरण ऐसा व्यवहार करते हैं जैसे उनमें बहुत उच्च गुणवत्ता वाला एकवर्णक हो, लेकिन उनका उपयोग उन तत्वों के विश्लेषण तक सीमित है जिनके लिए वे सुसज्जित हैं। | ||
* एक प्रमुख आईआर माप तकनीक, [[फूरियर रूपांतरण स्पेक्ट्रोस्कोपी]] आईआर, या एफटीआईआर, एक एकवर्णक का उपयोग नहीं करता है। इसके बजाय, [[ऑप्टिकल ऑटोकॉर्पोरेशन|प्रकाशीय | * एक प्रमुख आईआर माप तकनीक, [[फूरियर रूपांतरण स्पेक्ट्रोस्कोपी]] आईआर, या एफटीआईआर, एक एकवर्णक का उपयोग नहीं करता है। इसके बजाय, [[ऑप्टिकल ऑटोकॉर्पोरेशन|प्रकाशीय ऑटोकॉर्पोरेशन]] तकनीक का उपयोग करते हुए, समय डोमेन में माप किया जाता है। | ||
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* [[वियना फ़िल्टर]] - एकवर्णिता | * [[वियना फ़िल्टर]] - एकवर्णिता इलेक्ट्रॉन बीम बनाने की एक तकनीक, जहां सभी इलेक्ट्रॉनों में लगभग समान ऊर्जा होती है | ||
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* Double folded-z-configuration monochromator. {{US Patent|RE26053E}} - contains an extended discussion of the design rationale of this UV-VIS-NIR monochromator | * Double folded-z-configuration monochromator. {{US Patent|RE26053E}} - contains an extended discussion of the design rationale of this UV-VIS-NIR monochromator | ||
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Latest revision as of 17:29, 17 April 2023
एकवर्णक(मोनोक्रोमेटर) एक प्रकाशिकी उपकरण है जो इनपुट पर उपलब्ध तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला से चुने गए प्रकाश या अन्य विकिरण के तरंग दैर्ध्य के यांत्रिक रूप से चयन योग्य संकीर्ण बैंड को प्रसारित करता है। यह नाम प्राचीन यूनानी मूल मोनो-, एकल और क्रोमा, रंग और लैटिन प्रत्यय -एटोर से आया है, जो एक अभिकर्ता को दर्शाता है।
उपयोग
एक उपकरण जो एकवर्णिता प्रकाश उत्पन्न कर सकता है, विज्ञान और प्रकाशिकी में इसके कई उपयोग हैं क्योंकि विषय सूची की कई प्रकाशीय विशेषताएं तरंग दैर्ध्य पर निर्भर हैं। यद्यपि तरंग दैर्ध्य के एक संकीर्ण बैंड का चयन करने के लिए कई उपयोगी तरीके हैं (जो दृश्यमान सीमा में, शुद्ध रंग के रूप में माना जाता है), एक विस्तृत श्रृंखला से किसी भी तरंग दैर्ध्य बैंड को आसानी से चुनने के कई अन्य तरीके नहीं हैं। एकवर्णिता के कुछ उपयोगों की चर्चा के लिए नीचे दिए गए अनुप्रयोग देखें।
अत्याधिक एक्स-रे और न्यूट्रॉन विकिरण प्रकाशिकी में, पारदर्शी एकवर्णिता का उपयोग उपकरणों पर तरंग स्थितियों को परिभाषित करने के लिए किया जाता है।
तकनीक
एक एकवर्णक या तो प्रिज्म( प्रकाशविज्ञान) में प्रकाशीय प्रकीर्णन की घटना का उपयोग कर सकता है, या विवर्तन जालक का उपयोग करके, प्रकाश के रंगों को स्थानिक रूप से अलग करने के लिए प्रयोग किया जाता है। इसमें सामान्यतः चयनित रंग को निकास स्लिट पर निर्देशित करने के लिए एक तंत्र होता है। सामान्यतः जालक या प्रिज्म का उपयोग परावर्तक मोड में किया जाता है। एक समबाहु त्रिभुज प्रिज्म (सामान्यतः, एक समबाहु प्रिज्म का आधा) बनाकर एक परावर्तक प्रिज्म बनाया जाता है, जिसमें एक तरफ दर्पण होता है। प्रकाश कर्ण के चेहरे के माध्यम से प्रवेश करता है और इसके माध्यम से वापस परावर्तित होता है, यह एक ही सतह पर दो बार अपवर्तित होता है। एक स्रोत, जैसे सूर्य, जो बहुत दूर है, समांतरित प्रकाश प्रदान करता है। कुल अपवर्तन, और कुल प्रकीर्णन, वही होता है जो ट्रांसमिशन मोड में एक समबाहु प्रिज्म का उपयोग करने पर होता है।
समांतरण
प्रकीर्णन या विवर्तन को केवल तभी नियंत्रित किया जा सकता है जब प्रकाश को समांतरित किया जाता है, अर्थात यदि प्रकाश की सभी किरणें समानांतर हों, या व्यावहारिक रूप से ऐसा ही हो। एक स्रोत, जैसे सूर्य, जो बहुत दूर है, समांतरित प्रकाश प्रदान करता है। आइजैक न्यूटन ने अपने आइजैक न्यूटन प्रकाश विज्ञान में सूर्य के प्रकाश का उपयोग किया। एक व्यावहारिक एकवर्णक में, हालांकि, प्रकाश स्रोत करीब है, और एकवर्णक में एक प्रकाशीय प्रणाली स्रोत के अपसारी प्रकाश को समांतरण प्रकाश में परिवर्तित करता है। हालांकि कुछ एकवर्णक डिजाइन ध्यान केंद्रित करने वाले जालक का उपयोग करते हैं, जिन्हें अलग-अलग समापकों की आवश्यकता नहीं होती है, वे अधिकांश समांतरित दर्पणों का उपयोग करते हैं। एक स्रोत, जैसे सूर्य, जो बहुत दूर है, समांतरित प्रकाश प्रदान करता है। इस प्रयोग में पूर्ण परावर्तक प्रकाशिकी को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि वे स्वयं के प्रकीर्णन प्रभाव का परिचय नहीं देते हैं।
एक प्रिज्म या जालक एकवर्णक का ज्यामितीय डिजाइन
जालक/प्रिज्म विन्यास इस प्रकार का विश्लेषण हैं जो सरलता और वर्णक्रमीय यथार्थता के बीच विभिन्न दुविधा प्रदान करते हैं।
- ज़ेर्नी-टर्नर (नीचे चर्चा की गई)
- पस्चेन-रुन्गे माउन्टिंग
- ईगल पाउंड अग्रसर
- वड्सवर्थ निरंतर विचलन प्रणाली
- एबर्ट-फास्टी माउंटिंग
- लिट्रो माउंटिंग
- पीएफ माउंटिंग
सामान्य मैरिएनस ज़ेर्नी-टर्नर डिज़ाइन में,[1] विस्तृत बैंड प्रदीपन स्रोत (A) एक प्रवेश स्लिट (B) के लिए लक्षित है। उपयोग के लिए उपलब्ध प्रकाश ऊर्जा की मात्रा स्लिट (चौड़ाई × ऊंचाई) द्वारा परिभाषित अंतरिक्ष में स्रोत की तीव्रता और प्रकाशीय प्रणाली के स्वीकरण कोण पर निर्भर करती है। स्लिट को एक घुमावदार दर्पण (समांतरित प्रकाश, C) के प्रभावी फोकस पर रखा गया है ताकि दर्पण से परावर्तित स्लिट से प्रकाश टकराया हो (अनंत पर केंद्रित)। संपार्श्विकित प्रकाश विवर्तन जालक (D) से विवर्तित है और फिर एक अन्य दर्पण (E) द्वारा एकत्र किया जाता है, जो प्रकाश को पुन: केंद्रित करता है, अब बाहर निकलने वाली स्लिट (F) पर फैल गया है। प्रिज्म एकवर्णक में, एक परावर्तक लिट्रो प्रिज्म विवर्तन जालक की जगह लेता है, जिस स्थिति में प्रकाश प्रिज्म द्वारा अपवर्तन होता है।
प्रकाश बाहर निकलने पर, प्रकाश के रंग फैले हुए हैं (दृश्यमान में यह इंद्रधनुष के रंग दिखाता है)। क्योंकि प्रत्येक रंग एक्जिट-स्लिट प्लेन में एक अलग बिंदु पर आता है, इसलिए प्लेन पर केंद्रित प्रवेश स्लिट की छवियों की एक श्रृंखला होती है। चूंकि प्रवेश स्लिट चौड़ाई में परिमित है, आस-पास की छवियों के हिस्से ढँक लेते होते हैं। एग्जिट स्लिट (F) से निकलने वाली प्रदीपन में चयनित रंग के प्रवेश स्लिट की पूरी छवि और पास के रंगों की प्रवेश स्लिट इमेज के हिस्से सम्मिलित हैं। परिक्षेपी तत्व के घूर्णन से रंगों के बैंड को निकास स्लिट के सापेक्ष स्थानांतरित करने का कारण बनता है, ताकि वांछित प्रवेश स्लिट छवि निकास स्लिट पर केंद्रित हो। एग्जिट स्लिट छोड़ने वाले रंगों की सीमा स्लिट्स की चौड़ाई का एक कार्य है। प्रवेश और निकास स्लिट चौड़ाई एक साथ समायोजित किये जा सकते हैं।
अवांछित प्रकाश
ऐसे एकवर्णक का आदर्श स्थानांतरण कार्य त्रिकोणीय आकार है। त्रिकोण का शिखर चयनित नाममात्र तरंग दैर्ध्य पर है। पास के रंगों की तीव्रता इस शिखर के दोनों तरफ रैखिक रूप से घट जाती है जब तक कि कुछ कटऑफ मूल्य तक नहीं पहुंच जाता है, जहां तीव्रता कम हो जाती है। इसे अवांछित प्रकाश स्तर कहा जाता है। कटऑफ स्तर सामान्यतः शिखर मूल्य का लगभग एक हजारवां हिस्सा या 0.1% होता है।
वर्णक्रमीय बैंड विस्तार
वर्णक्रमीय बैंड विस्तार को उन बिंदुओं पर त्रिभुज की चौड़ाई के रूप में परिभाषित किया जाता है जहां प्रकाश अधिकतम मूल्य के आधे तक पहुंच गया है (आधी अधिकतम पर पूर्ण चौड़ाई, एफडब्ल्यूएचएम के रूप में संक्षिप्त)। एक विशिष्ट वर्णक्रमीय बैंड विस्तार एक नैनोमीटर हो सकता है; हालाँकि, विश्लेषण की आवश्यकता को पूरा करने के लिए विभिन्न मूल्यों को चुना जा सकता है। एक संकरा बैंड विस्तार विश्लेषण में सुधार करता है, लेकिन यह सिग्नल रव अनुपात को भी कम करता है।[2]
प्रकीर्णन
किसी एकवर्णक के प्रकीर्णन को स्लिट चौड़ाई की प्रति इकाई रंगों के बैंड की चौड़ाई, उदाहरण के लिए स्लिट चौड़ाई के प्रति मिमी वर्णक्रम के 1 एनएम के रूप में वर्णित किया जाता है। यह कारक जालक के लिए स्थिर है, लेकिन एक प्रिज्म के लिए तरंग दैर्ध्य के साथ बदलता रहता है। यदि एक निरंतर बैंड विस्तार मोड में एक स्कैनिंग प्रिज्म एकवर्णक का उपयोग किया जाता है, तो स्लिट की चौड़ाई को तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन के रूप में बदलना चाहिए। प्रकीर्णन फोकल लंबाई, जालक क्रम और जालक संकल्प शक्ति पर निर्भर करता है।
तरंग दैर्ध्य परिसर
किसी एकवर्णक की समायोजन सीमा दृश्यमान वर्णक्रम और दोनों या पास के पराबैंगनी किरणें (यूवी) और अवरक्त किरणें (आईआर) स्पेक्ट्रा के कुछ हिस्से को कवर कर सकती है, हालांकि एकवर्णिता प्रकाशीय सीमा की एक बड़ी विविधता के लिए और कई डिज़ाइनों के लिए बनाए गए हैं।
युग्म एकवर्णक
दो मोनोक्रोमेटरों का श्रृंखला में जुड़ा होना सामान्य बात है, उनकी यांत्रिक प्रणालियाँ अग्रानुक्रम में काम करती हैं ताकि वे दोनों एक ही रंग का चयन करें। इस व्यवस्था का उद्देश्य वर्णक्रम की संकीर्णता में सुधार करना नहीं है, बल्कि कटऑफ स्तर को कम करना है। एक युग्म एकवर्णक में शिखर मूल्य का लगभग दस लाखवां हिस्सा हो सकता है, व्यक्तिगत वर्गों के दो कटऑफ का उत्पाद निकास बीम में अन्य रंगों के प्रकाश की तीव्रता को अवांछित प्रकाश स्तर के रूप में संदर्भित किया जाता है और यह कई उपयोगों के लिए किसी एकवर्णक का सबसे महत्वपूर्ण विनिर्देश है। कम अवांछित प्रकाश प्राप्त करना व्यावहारिक एकवर्णक बनाने की कला का एक बड़ा हिस्सा है।
विवर्तन जालक और प्रज्वलित जालक
जालक एकवर्णिता सामान्यतः प्रतिकृति जालक का उपयोग करते हुए पराबैंगनी, दृश्य और अवरक्त विकिरण को फैलाते हैं, जो एक मुख्य विशेष जालक से निर्मित होते हैं। मुख्य विशेष जालक में एक कठोर, वैकल्पिक रूप से सपाट, सतह होती है जिसमें बड़ी संख्या में समानांतर और निकटवर्ती खांचे होते हैं। एक मुख्य विशेष जालक का निर्माण एक लंबी, महंगी प्रक्रिया है क्योंकि खांचे समान आकार के होने चाहिए, बिल्कुल समानांतर, और समान रूप से जालक की लंबाई (3–10 cm) से अधिक दूरी पर होने चाहिए। परिपत्र द्वैतवाद वर्णक्रममापी में एकवर्णक होता है। पराबैंगनी और दृश्य क्षेत्र के लिए एक जालक में सामान्यतः 300-2000 खांचे/मिमी होते हैं, हालांकि 1200-1400 खांचे/मिमी सबसे सामान्य हैं। अवरक्त क्षेत्र के लिए, जालक में सामान्यतः 10-200 खांचे / मिमी होते हैं।[3] जब एक विवर्तन जालक का उपयोग किया जाता है, तो ब्रॉडबैंड एकवर्णिता के डिजाइन में सावधानी बरतनी चाहिए क्योंकि विवर्तन पैटर्न में अतिव्यापी आदेश होते हैं। कभी-कभी विवर्तन आदेशों की चौड़ाई को सीमित करने के लिए प्रकाशीय पथ में ब्रॉडबैंड प्रीसेलेक्टर फिल्टर डाले जाते हैं। कभी-कभी यह दोहरी एकवर्णक डिजाइन के एकवर्णिता में से एक के रूप में एक प्रिज्म का उपयोग करके किया जाता है।
मूल उच्च-विश्लेषण विवर्तन जालक पर रेखांकित किया गया था। उच्च-गुणवत्ता वाले विभाजित करने वाले इंजन का निर्माण एक बड़ा उपक्रम था (साथ ही पिछले दशकों में अत्यधिक कठिन), और अच्छी जालक बहुत महंगी थी। रेखांकित जालक में त्रिकोणीय खांचे का ढलान सामान्यतः एक विशेष विवर्तन क्रम की चमक को बढ़ाने के लिए समायोजित किया जाता है। इसे प्रज्वलन जालक कहा जाता है। रेखांकित जालक में खामियां हैं जो अभूतपूर्व विवर्तन आदेश उत्पन्न करती हैं जो एकवर्णक के अवांछित प्रकाश स्तर को बढ़ा सकती हैं। एक बाद की फोटोलिथोग्राफिक तकनीक एक होलोग्राफिक हस्तक्षेप पैटर्न से जालक बनाने की अनुमति देती है। होलोग्राफिक जालक में साइनसोइडल खांचे होते हैं और इसलिए उतने चमकीले नहीं होते हैं, लेकिन धधकते हुए जालक की तुलना में कम बिखरे हुए प्रकाश स्तर होते हैं। एकवर्णिता में वास्तव में उपयोग किए जाने वाले लगभग सभी जालक सावधानीपूर्वक बनाए जाते हैं विवर्तन जालक रेखांकित या होलोग्राफिक मुख्य विशेष जालक की प्रतिकृतियां बनाई जाती हैं।
प्रिज्म
यूवी क्षेत्र में प्रिज्म का प्रकीर्णन अधिक होता है। प्रिज्म एकवर्णिता को कुछ उपकरणों में पसंद किया जाता है जो मुख्य रूप से सुदूर यूवी क्षेत्र में काम करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। हालाँकि, अधिकांश एकवर्णिता जालक का उपयोग करते हैं। कुछ एकवर्णिता में कई जालक होती हैं जिन्हें विभिन्न वर्णक्रमीय क्षेत्रों में उपयोग के लिए चुना जा सकता है। एक प्रिज्म और एक जालक एकवर्णक को श्रृंखला में रखकर बनाए गए एक युग्म एकवर्णक को सामान्यतः एकल जालक क्रम को अलग करने के लिए अतिरिक्त बैंडपास फिल्टर की आवश्यकता नहीं होती है।
फोकल लंबाई
रंगों के बैंड की संकीर्णता जो एक एकवर्णक उत्पन्न कर सकता है, एकवर्णक कोलिमेटर की फोकल लम्बाई से संबंधित है। लंबी फोकल लंबाई वाली प्रकाशीय प्रणाली का उपयोग करने से भी दुर्भाग्य से प्रकाश की मात्रा कम हो जाती है जिसे स्रोत से स्वीकार किया जा सकता है। बहुत उच्च विश्लेषण वाले एकवर्णिता की फोकल लंबाई 2 मीटर हो सकती है। ऐसे एकवर्णिता के निर्माण के लिए यांत्रिक और तापीय स्थिरता पर असाधारण ध्यान देने की आवश्यकता होती है। कई अनुप्रयोगों के लिए लगभग 0.4 मीटर फोकल लम्बाई के एकवर्णक को उत्कृष्ट संकल्प माना जाता है। कई एकवर्णिता की फोकल लंबाई 0.1 मीटर से कम होती है।
स्लिट ऊंचाई
सबसे सामान्य प्रकाशीय प्रणाली गोलाकार कोलिमेटर का उपयोग करता है और इस प्रकार प्रकाशीय विपथन होता है जो उस क्षेत्र को वक्र करता है जहां स्लिट इमेज फोकस करने के लिए आती हैं, ताकि छवि के वक्रता का अनुमान लगाने के लिए स्लिट कभी-कभी सीधे सीधे होने के बजाय घुमावदार हो जाएं। परिपत्र द्वैतवाद वर्णक्रममापी में एक एकवर्णक होता है। यह लम्बे स्लिट्स का उपयोग करने की अनुमति देता है, अधिक प्रकाश इकट्ठा करता है, जबकि यह अभी भी उच्च वर्णक्रमीय विश्लेषण प्राप्त करता है। कुछ डिज़ाइन एक और दृष्टिकोण लेते हैं और इसके बजाय वक्रता को सही करने के लिए टोरॉयडल कोलीमेटिंग मिरर का उपयोग करते हैं, जिससे विश्लेषण का त्याग किए बिना उच्च सीधे स्लिट की अनुमति मिलती है।
तरंग दैर्ध्य बनाम ऊर्जा
एकवर्णिता को प्रायः तरंग दैर्ध्य की इकाइयों में कैलिब्रेट किया जाता है। जालक का एक समान घुमाव तरंगदैर्घ्य में साइनसोइडल परिवर्तन उत्पन्न करता है, जो छोटे जालक कोणों के लिए लगभग रैखिक होता है, इसलिए ऐसा उपकरण बनाना आसान होता है। अध्ययन की जा रही कई अंतर्निहित भौतिक घटनाएं हालांकि ऊर्जा में रैखिक हैं, और चूंकि तरंग दैर्ध्य और ऊर्जा का पारस्परिक संबंध है, वर्णक्रमीय पैटर्न जो ऊर्जा के कार्य के रूप में प्लॉट किए जाने पर सरल और अनुमानित होते हैं, वे तरंग दैर्ध्य के कार्य के रूप में प्लॉट किए जाने पर विकृत हो जाते हैं। कुछ एकवर्णिता तरंग संख्या या कुछ अन्य ऊर्जा इकाइयों की इकाइयों में कैलिब्रेट किए जाते हैं, लेकिन पैमाना रैखिक नहीं हो सकता है।
डायनेमिक परिसर
एक उच्च गुणवत्ता वाले युग्म एकवर्णक के साथ निर्मित एक वर्णक्रम प्रकाशमापी पर्याप्त शुद्धता और तीव्रता का प्रकाश उत्पन्न कर सकता है जो उपकरण लगभग दस लाख गुना (6 एयू, अवशोषण इकाइयों) के प्रकाशीय क्षीणन के एक संकीर्ण बैंड को माप सकता है।
अनुप्रयोग
एकवर्णिता का उपयोग कई प्रकाशीय मापने वाले उपकरणों और अन्य अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां ट्यून करने योग्य एकवर्णिता प्रकाश की आवश्यकता होती है। परिपत्र द्वैतवाद वर्णक्रममापी में एक एकवर्णक होता है। कभी-कभी एकवर्णिता प्रकाश को एक नमूने पर निर्देशित किया जाता है और परावर्तित या संचरित प्रकाश को मापा जाता है। कभी-कभी सफेद प्रकाश एक नमूने पर निर्देशित होता है और एकवर्णक का उपयोग परावर्तित या संचरित प्रकाश का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है। कई प्रतिदीप्तिमापी में दो एकवर्णिता का उपयोग किया जाता है; उत्तेजना तरंग दैर्ध्य का चयन करने के लिए एकवर्णक का उपयोग किया जाता है और उत्सर्जित प्रकाश का विश्लेषण करने के लिए दूसरे एकवर्णक का उपयोग किया जाता है।
एक स्वचालित स्कैनिंग वर्णक्रममापी में एकवर्णक द्वारा चयनित तरंग दैर्ध्य को बदलने और तरंग दैर्ध्य के एक समारोह के रूप में मापा मात्रा में परिणामी परिवर्तनों को रिकॉर्ड करने के लिए एक तंत्र सम्मिलित होता है।
यदि एक इमेजिंग डिवाइस निकास स्लिट को बदल देता है, तो परिणाम एक वर्ण क्रमलेख का मूल विन्यास होता है। यह विन्यास विश्लेषण रंगों के विस्तृत बैंड की तीव्रता के एक साथ विश्लेषण की अनुमति देता है। फोटोग्राफिक फिल्म या फोटोडेटेक्टर की एक सरणी का उपयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए प्रकाश एकत्र करने के लिए। इस तरह का एक उपकरण यांत्रिक स्कैनिंग के बिना वर्णक्रमीय कार्य को रिकॉर्ड कर सकता है, हालांकि उदाहरण के लिए संकल्प या संवेदनशीलता के मामले में समझौता हो सकता है।
एक अवशोषण वर्णक्रम प्रकाशमापी तरंग दैर्ध्य के एक समारोह के रूप में नमूने द्वारा प्रकाश के अवशोषण को मापता है। कभी-कभी परिणाम को प्रतिशत संचरण के रूप में व्यक्त किया जाता है और कभी-कभी इसे संचरण के व्युत्क्रम लघुगणक के रूप में व्यक्त किया जाता है। बीयर-लैंबर्ट कानून प्रकाश के अवशोषण को प्रकाश-अवशोषित सामग्री की एकाग्रता, प्रकाशीय पथ की लंबाई और मोलर अवशोषकता नामक सामग्री की आंतरिक संपत्ति से संबंधित करता है। इस संबंध के अनुसार तीव्रता में कमी एकाग्रता और पथ की लंबाई में चरघातांकी होती है। कमी इन मात्राओं में रैखिक है जब संचरण के व्युत्क्रम लघुगणक का उपयोग किया जाता है। परिपत्र द्वैतवाद वर्णक्रममापी में एक एकवर्णक होता है। इस मूल्य के लिए पुराना नामकरण प्रकाशीय घनत्व (ओडी) था, वर्तमान नामकरण अवशोषक इकाइयां (एयू) है। एक एयू प्रकाश की तीव्रता में दस गुना कमी है। छह एयू एक लाख गुना कमी है।
अवशोषण वर्णक्रम प्रकाशमापी में प्रायः नमूने को प्रकाश की आपूर्ति करने के लिए एक एकवर्णक होता है। कुछ अवशोषण वर्णक्रम प्रकाशमापी में स्वचालित वर्णक्रमीय विश्लेषण क्षमताएं होती हैं।
अवशोषण वर्णक्रम प्रकाशमापी का रसायन विज्ञान, जैव रसायन और जीव विज्ञान में कई दैनिक उपयोग हैं। उदाहरण के लिए, उनका उपयोग प्रकाश को अवशोषित करने वाले कई पदार्थों की एकाग्रता या एकाग्रता में परिवर्तन को मापने के लिए किया जाता है। कई जैविक सामग्रियों की महत्वपूर्ण विशेषताएं, उदाहरण के लिए कई एंजाइम, एक रासायनिक प्रतिक्रिया शुरू करके मापा जाता है जो एक रंग परिवर्तन उत्पन्न करता है जो अध्ययन की जा रही सामग्री की उपस्थिति या गतिविधि पर निर्भर करता है।[4] तापमान के खिलाफ सामग्री के अवशोषण में परिवर्तन को कैलिब्रेट करके प्रकाशीय थर्मामीटर बनाए गए हैं। वहां कई अन्य उदाहरण हैं।
वर्णक्रम प्रकाशमापी का उपयोग दर्पणों के स्पेक्युलर प्रतिबिंब और रंगीन वस्तुओं के विसरित प्रतिबिंब को मापने के लिए किया जाता है। उनका उपयोग धूप के चश्मे, लेजर सुरक्षात्मक चश्मे और अन्य फ़िल्टर ( प्रकाशविज्ञान ) के प्रदर्शन को चिह्नित करने के लिए किया जाता है। वहां कई अन्य उदाहरण हैं।
यूवी में, दृश्यमान और आईआर के पास, अवशोषक और प्रतिबिंब वर्णक्रम प्रकाशमापी सामान्यतः एकवर्णिता प्रकाश के साथ नमूना को रोशन करते हैं। परिपत्र द्वैतवाद वर्णक्रममापी में एक एकवर्णक होता है। संबंधित IR उपकरणों में, एकवर्णक का उपयोग सामान्यतः नमूने से आने वाले प्रकाश का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है।
एकवर्णिता का उपयोग प्रकाशीय उपकरणों में भी किया जाता है जो सरल अवशोषण या प्रतिबिंब के अलावा अन्य घटनाओं को मापते हैं, जहां भी प्रकाश का रंग एक महत्वपूर्ण चर होता है। उदाहरण के लिए, परिपत्र द्वैतवाद वर्णक्रममापी में एक एकवर्णक होता है।
लेजर प्रकाश उत्पन्न करते हैं जो यहां चर्चा किए गए प्रकाशीय एकवर्णिता की तुलना में बहुत अधिक एकवर्णिता है, लेकिन केवल कुछ लेजर आसानी से ट्यून करने योग्य होते हैं, और ये लेजर उपयोग करने में आसान नहीं होते हैं।
एकवर्णिता प्रकाश एक इमेजिंग डिवाइस (जैसे सीसीडी या सीएमओएस इमेजर) की क्वांटम दक्षता (क्यूई) की माप के लिए अनुमति देता है। एग्जिट स्लिट से प्रकाश या तो विसारक के माध्यम से या इमेजिंग डिवाइस पर एक एकीकृत क्षेत्र के माध्यम से पारित किया जाता है जबकि एक कैलिब्रेटेड डिटेक्टर एक साथ प्रकाश को मापता है। इमेजर, कैलिब्रेटेड डिटेक्टर, और एकवर्णक का समन्वय किसी को दिए गए तरंग दैर्ध्य, क्यूई के फोटॉन के लिए उत्पन्न वाहक (इलेक्ट्रॉन या छेद) की गणना करने की अनुमति देता है।
यह भी देखें
- परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी वर्णक्रममापी खोखले कैथोड लैंप से प्रकाश का उपयोग करते हैं जो एक विशिष्ट तत्व के परमाणुओं द्वारा उत्पन्न प्रकाश का उत्सर्जन करते हैं, उदाहरण के लिए लोहा या सीसा या कैल्शियम। उपलब्ध रंग निश्चित हैं, लेकिन बहुत एकवर्णिता हैं और नमूने में विशिष्ट तत्वों की एकाग्रता को मापने के लिए उत्कृष्ट हैं। ये उपकरण ऐसा व्यवहार करते हैं जैसे उनमें बहुत उच्च गुणवत्ता वाला एकवर्णक हो, लेकिन उनका उपयोग उन तत्वों के विश्लेषण तक सीमित है जिनके लिए वे सुसज्जित हैं।
- एक प्रमुख आईआर माप तकनीक, फूरियर रूपांतरण स्पेक्ट्रोस्कोपी आईआर, या एफटीआईआर, एक एकवर्णक का उपयोग नहीं करता है। इसके बजाय, प्रकाशीय ऑटोकॉर्पोरेशन तकनीक का उपयोग करते हुए, समय डोमेन में माप किया जाता है।
- पॉलीक्रोमेटर
- अल्ट्राफास्ट एकवर्णक - एक एकवर्णक जो पथ लंबाई देरी के लिए क्षतिपूर्ति करता है जो अल्ट्राशॉर्ट पल्स को फैलाएगा
- वियना फ़िल्टर - एकवर्णिता इलेक्ट्रॉन बीम बनाने की एक तकनीक, जहां सभी इलेक्ट्रॉनों में लगभग समान ऊर्जा होती है
संदर्भ
- ↑ Czerny, M.; Turner, A. F. (1930). "Über den astigmatismus bei spiegelspektrometern". Zeitschrift für Physik. 61 (11–12): 792–797. Bibcode:1930ZPhy...61..792C. doi:10.1007/BF01340206. S2CID 126259668.
- ↑ Keppy, N. K. and Allen M., Thermo Fisher Scientific, Madison, WI, USA, 2008
- ↑ Skoog, Douglas (2007). वाद्य विश्लेषण के सिद्धांत. Belmont, CA: Brooks/Cole. pp. 182–183. ISBN 978-0-495-01201-6.
- ↑ Lodish H, Berk A, Zipursky SL, et al. Molecular Cell Biology. 4th edition. New York: W. H. Freeman; 2000. Section 3.5, Purifying, Detecting, and Characterizing Proteins. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21589/
बाहरी संबंध
Media related to मोनोक्रोमेटर at Wikimedia Commons- Discusses monochromator design in great detail
- Palmer, Christopher (2020). Diffraction Grating Handbook (8th ed.). MKS Newport.
- Double folded-z-configuration monochromator. U.S. Patent RE26053E - contains an extended discussion of the design rationale of this UV-VIS-NIR monochromator
