Obor spektroskopie, založený na
rozkladu světla, tak jak ho původně
objevili Jan Marcus Marci
z Lanškrouna roku 1648 a Isaac
Newton roku 1672, se stal v průběhu
19. století po objevech Fraunhofera,
Kirchhoffa a Bunsena jednou
ze základních analytických
metod. V průběhu 2. poloviny 19.
století a v prvé polovině 20. století
byla natolik propracována, že se
stala nepostradatelnou v chemické
a fyzikální laboratoři a v řadě
oborů technologických, především
v metalurgii.
Klasická spektroskopie využívala
ve svých počátcích k rozkladu světla
především hranoly, ať už křemenné,
skleněné, nebo solné - podle spektrální
oblasti, pro kterou byly určené.
Po objevu rozkladu světla mřížkou
a zvládnutí technologie rytí mřížek,
se začaly užívat spektrometry mřížkové,
jejichž hlavní předností byla
rovnoměrná disperze proti hranolům,
kde disperze klesá s rostoucí vlnovou
délkou. Značná cena rytých mřížek
ale jejich použití omezovala.
Klasické provedení spektrografů
a spektrometrů se vyznačovalo značnou
hmotností a rozměry (řádu desítek
kilogramů a až metru i více), což
vyžadovalo jejich stabilní montáž na
pevné laboratorní stoly nebo i zděné
pilíře. Problematická byla také registrace
spektra a jeho vyhodnocení.
V běžné praxi se užívala fotografická
registrace spektra, obvykle na skleněnou
desku, později také na film.
K vyhodnocení intenzit spektrálního
záznamu bylo třeba stanovit kalibrační
křivku a spektrum proměřit mikrofotometrem.
K měření vlnových délek
bylo nutno znát disperzní křivku
a spektrum proměřit komparátorem.
Ve druhé polovici 20. století se někde
dala použít registrace spektra fotonásobičem
- tak vznikly např. metalurgické
kvantometry. V těchto případech
býval problém v někdy složitém
průběhu křivky spektrální citlivosti
katody fotonásobiče.
Rozvoj technologií ve druhé polovici
20. století přinesl řadu nových
konstrukčních prvků a metod, které
ovlivnily řadu oborů. Platí to i pro
spektroskopii.
Jaký je současný spektrometr? Především
jako disperzní prvek je všeobecně
používána mřížka. Hranoly
definitivně patří do muzea. Současné
mřížky už nejsou vyráběny metodou
rytí diamantovým hrotem do skleněné
nebo kovové desky. Jsou vyráběny
holograficky, tj. interferometricky
pořízený hologram s požadovaným
počtem "vrypů" požadovaných vlastností
je zaznamenán na fotocitlivou
vrstvu a pak odleptán. Takto je možné
vyrábět mřížky sériově s různými
parametry.
Záznam spektra dělá lineární čidlo
CCD, s počtem 2500-4500 pixelů
o rozměrech 8 x 200 mikrometrů, tj.
celková délka registrovaného spektra
může být až 40 mm. Signál čidla je
ve spektrometru zpracován elektronikou
a vyveden portem USB nebo
RS 232 do počítače (např. palmtop,
notebook, stolní počítač), kde je
vhodným programem vyhodnocen
a uložen v paměti. Záznam spektra
s udáním vlnových délek a intenzit je
na obrazovce.
Protože všechny optické prvky jsou
zrcadlové, na odraz, je možné použití
v nejširší spektrální oblasti, od
ultrafialové do blízké infračervené.
Popsaná technologie dovoluje zmenšit
přístroj na minimum - doslova do
dlaně. Přitom je běžně dosaženo rozlišení
vlnových délek v desetinách
nanometru, což otvírá řadu možností
pro praktické využití spektrálního
rozboru. V současné době se taková
zařízení užívají při různých pracích
v terénu, třeba v ekologii, kdy lze
snadno hledat např. těžké kovy, nebo
škodliviny ve vodě. Zařízení umožňuje
stanovit obsah plynů v atmosféře,
obsah kyslíku ve vodě, škodlivin
v potravinách - to vše přitom zařízením,
které lze nosit v příruční brašně.
Pokud se jedná pouze o sběr dat,
pak se vystačí s pamětí, vestavěnou
v přístroji a vyhodnocením na pracovišti.
Takto může pracovat např.
spektrometr pro kontrolu zdrojů krátkovlnného
záření, jaké užívají solária,
vodárny, tiskárny nebo aseptická
pracoviště.
Mimořádný význam má takový
spektrometr pro výuku fyziky, chemie
nebo biologie, protože umožní velmi
názorně podepřít výklad celé řady
jevů. K přístrojům existuje obsáhlé
příslušenství pro nejrůznější použití.
Velmi podstatné je, že světelný signál
do přístroje je možné přivádět světlovodem,
což usnadňuje práci, protože
odpadá složité sestavování aparatury.
Samozřejmé je programové vybavení
pro práci se systémy Windows,
Linux apod. Náklady na samotný
přístroj se pohybují v rozmezí 70-
200 000 Kč (při kurzu dolaru 28,50).
Záleží na požadovaných parametrech
a příslušenství. Na spodní hranici leží
přístroje pro výuku, na horní pak přístroje
pro výzkumné práce.
BORIS VALNÍČEK
