Obor fyziky - spektroskopie, založená na
rozkladu světla, tak jak ji původně objevili
Jan Marcus Marci z Lanškrouna (1648)
a Isaac Newton (1672), se stala 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 se všeobecně používá mřížka.
Hranoly definitivně patří do muzea. Současné
mřížky už nejsou vyráběny metodou rytí
diamantovým hrotem do skleněné nebo kovové
desky. Vyrábějí se holograficky, tj. interferometricky
pořízený hologram s požadovaným
počtem "vrypů" požadovaných vlastností je
zaznamenán na fotocitlivou vrstvu a pak odleptán.
Takto lze vyrábět mřížky sériově s různými
parametry.
Záznam spektra dělá lineární čidlo CCD,
s počtem 2500-4500 pixelů o rozměrech 8
x 200 ?m, 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 pracech v terénu, např.
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 jde pouze o sběr dat, pak se vystačí
s pamětí, vestavěnou v přístroji a vyhodnocením
doma 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. 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. BORIS VALNÍČEK
(Podrobnější informace autor zájemcům
rád poskytne na e-mail: valsat@seznam.cz)
