Analisis spektrum di rumah. Spektrometer buatan sendiri daripada spektroskop barang kemas Bagaimana untuk membuat spektrometer daripada telefon bimbit

Sekarang kita akan memasang dua versi spektroskop difraksi dengan tangan kita sendiri. Spektroskop ialah peranti yang membolehkan anda mengkaji spektrum cahaya dengan membahagikan komponen spektrumnya di sepanjang paksi tertentu. Cahaya boleh dibahagikan kepada gelombang monokromatik sama ada melalui fenomena serakan atau pembelauan. DALAM dalam kes ini Kami akan menggunakan pembelauan kerana kami mempunyai kisi pembelauan yang hebat di tangan - CD!

Kami memerlukan kotak kadbod kecil, CD, gam, dan tiub legap untuk kanta mata.

Menggunakan gunting, potong sekeping CD agar sesuai dengan saiz kotak:

Mari tandakan kotak supaya kanta mata boleh dipasang dengan betul. Dari optik kita tahu bahawa sudut kejadian sama dengan sudut refleksi. Tetapi dengan cara ini kita akan melihat tetingkap yang melaluinya cahaya akan melalui, dan bukan maksima pembelauan, jadi kita akan meninggalkan ruang di sebelah kanan garisan tetingkap masa hadapan.

Kemudian, menutup kotak, kami akan memilih tempat yang sesuai untuk memasuki cahaya. Untuk melakukan ini, kami akan menembusi lubang dengan teliti dan memerhati melalui kanta mata. Jika kita melihat cahaya yang dipantulkan secara langsung dalam kanta mata, maka kita menutup lubang dan menembusi yang baru sedikit lebih jauh. Dan seterusnya sehingga banyak titik berwarna yang berbaris di sepanjang garisan kelihatan pada kanta mata. Kemudian kami akan memotong tetingkap:

Mari pasang pisau ringan yang diperbuat daripada dua pisau cukur pada tingkap - supaya pancaran cahaya yang paling sempit masuk ke dalam kotak - dengan cara ini kita akan melihat gambar yang paling jelas.

Jika semuanya berjaya, maka kita akan melihat spektrum yang dicairkan dalam kanta mata. Jika spektrum tidak berterusan (contohnya dari LDS atau lampu nyahcas gas), maka kita akan melihat satu set garisan. Setiap baris adalah komponen monokromatik. Yang dalam foto baris atas sungguh dalam ungu, kamera hanya memutarbelitkan warna.

Pilihan dua

Mari kita buat spektroskop kecil yang berfungsi dalam cahaya yang dihantar. Untuk melakukan ini, potong CD seperti dalam pilihan pertama.

Kawan-kawan, petang Jumaat semakin hampir, ini adalah masa intim yang indah apabila, di bawah perlindungan senja yang memikat, anda boleh mengeluarkan spektrometer anda dan mengukur spektrum lampu pijar sepanjang malam, sehingga sinar pertama matahari terbit, dan apabila matahari terbit, ukur spektrumnya.
Kenapa anda masih tidak mempunyai spektrometer sendiri? Tidak mengapa, mari kita perbetulkan salah faham ini.
Perhatian! Artikel ini tidak berpura-pura menjadi tutorial lengkap, tetapi mungkin dalam masa 20 minit selepas membacanya anda akan mereputkan spektrum sinaran pertama anda.

Manusia dan spektroskop

Saya akan memberitahu anda mengikut urutan di mana saya melalui semua peringkat sendiri, seseorang mungkin berkata dari yang paling teruk kepada yang terbaik. Jika seseorang segera memberi tumpuan kepada keputusan yang lebih atau kurang serius, maka separuh daripada artikel itu boleh dilangkau dengan selamat. Nah, orang yang mempunyai tangan bengkok (seperti saya) dan orang yang ingin tahu akan berminat untuk membaca tentang pengalaman pahit saya dari awal lagi.
Terdapat jumlah bahan yang mencukupi yang terapung di Internet tentang cara memasang spektrometer/spektroskop dengan tangan anda sendiri daripada bahan sekerap.
Untuk mendapatkan spektroskop di rumah, dalam kes paling mudah anda tidak memerlukan banyak sama sekali - CD/DVD kosong dan kotak.
Eksperimen pertama saya dalam mengkaji spektrum diilhamkan oleh bahan ini - Spektroskopi

Sebenarnya, terima kasih kepada kerja pengarang, saya memasang spektroskop pertama saya daripada parut difraksi pemancar cakera DVD dan kotak kadbod dari bawah teh, dan lebih awal sebelum itu, semua yang saya perlukan ialah sekeping kadbod tebal dengan slot dan gril telap dari cakera DVD.
Saya tidak boleh mengatakan bahawa hasilnya menakjubkan, tetapi agak mungkin untuk mendapatkan spektrum pertama; gambar-gambar proses telah disimpan secara ajaib di bawah spoiler

Foto spektroskop dan spektrum

Pilihan pertama dengan sekeping kadbod

Pilihan kedua dengan kotak teh

Dan spektrum yang ditangkap

Satu-satunya perkara untuk kemudahan saya, dia mengubah suai reka bentuk ini Kamera video USB, ternyata seperti ini:

foto spektrometer

Saya akan mengatakan dengan segera bahawa pengubahsuaian ini membebaskan saya daripada keperluan untuk menggunakan kamera telefon bimbit, tetapi terdapat satu kelemahan: kamera tidak dapat ditentukur kepada tetapan perkhidmatan Spectral Workbench (yang akan dibincangkan di bawah). Oleh itu, saya tidak dapat menangkap spektrum dalam masa nyata, tetapi agak mungkin untuk mengenali gambar yang telah dikumpulkan.

Jadi katakan anda membeli atau memasang spektroskop mengikut arahan di atas.
Selepas itu buat akaun dalam projek PublicLab.org dan pergi ke halaman perkhidmatan SpectralWorkbench.org. Seterusnya, saya akan menerangkan kepada anda teknik pengecaman spektrum yang saya gunakan sendiri.
Mula-mula, kita perlu menentukur spektrometer kita. Untuk melakukan ini, anda perlu mendapatkan gambaran spektrum lampu pendarfluor, sebaik-baiknya lampu siling yang besar, tetapi lampu penjimatan tenaga juga boleh digunakan.
1) Klik butang Tangkap spektrum
2) Muat Naik Imej
3) Isi medan, pilih fail, pilih penentukuran baru, pilih peranti (anda boleh memilih spektroskop mini atau hanya tersuai), pilih sama ada spektrum anda menegak atau mendatar, supaya jelas bahawa spektrum dalam tangkapan skrin program sebelumnya adalah mendatar
4) Tetingkap dengan graf akan dibuka.
5) Semak bagaimana spektrum anda diputarkan. Harus ada julat biru di sebelah kiri, merah di sebelah kanan. Jika ini tidak berlaku, pilih lebih banyak alat – selak butang secara mendatar, selepas itu kita melihat bahawa imej telah berputar tetapi graf tidak, jadi klik lebih banyak alatan – ekstrak semula daripada foto, semua puncak sekali lagi sepadan dengan puncak sebenar.

6) Tekan butang Kalibrasi, tekan mula, pilih puncak biru terus pada graf (lihat tangkapan skrin), tekan LMB dan tetingkap pop timbul terbuka semula, kini kita perlu tekan selesai dan pilih puncak hijau paling luar, selepas itu halaman akan dimuat semula dan kami akan mendapat imej panjang gelombang yang ditentukur.
Kini anda boleh mengisi spektrum lain yang sedang dikaji; apabila meminta penentukuran, anda perlu menunjukkan graf yang telah kami tentukan sebelum ini.

Tangkapan skrin

Jenis program yang dikonfigurasikan

Perhatian! Penentukuran mengandaikan bahawa anda kemudiannya akan mengambil gambar dengan peranti yang sama yang telah ditentukur. Menukar resolusi imej dalam peranti; peralihan yang kuat dalam spektrum dalam foto berbanding kedudukan dalam contoh yang ditentukur boleh memesongkan hasil pengukuran.
Sejujurnya, saya edit sikit gambar saya dalam editor. Sekiranya ada cahaya di suatu tempat, saya menggelapkan persekitaran, kadang-kadang memutar spektrum sedikit untuk mendapatkan imej segi empat tepat, tetapi sekali lagi adalah lebih baik untuk tidak menukar saiz fail dan lokasi berbanding dengan pusat imej spektrum itu sendiri.
Saya cadangkan anda memikirkan sendiri fungsi yang tinggal seperti makro, pelarasan kecerahan automatik atau manual; pada pendapat saya, ia tidak begitu kritikal.
Ia kemudiannya mudah untuk memindahkan graf yang terhasil ke CSV, di mana nombor pertama akan menjadi panjang gelombang pecahan (mungkin pecahan), dan dipisahkan dengan koma akan menjadi nilai relatif purata keamatan sinaran. Nilai yang diperolehi kelihatan cantik dalam bentuk graf, dibina contohnya dalam Scilab

SpectralWorkbench.org mempunyai aplikasi untuk telefon pintar. Saya tidak menggunakannya. jadi saya tidak dapat menilainya.

Selamat hari yang penuh warna dalam semua warna pelangi, kawan-kawan.

Dalam artikel sebelumnya, saya menerangkan bagaimana saya menguji pelbagai LED untuk tumbuhan. Untuk menganalisis spektrum, saya mengambil beberapa daripada guru fizik rakan.

Tetapi keperluan untuk peranti sedemikian muncul secara berkala dan spektroskop, atau lebih baik lagi, spektrometer, adalah wajar untuk dimiliki.

Pilihan saya ialah spektroskop barang kemas dengan kisi pembelauan

Memandangkan item itu adalah untuk tukang emas, ia disertakan dengan sarung "kulit".

Spektroskop bersaiz kecil

Apa lagi yang jelas dari penerangan kedai
Semuanya dipasang dengan ketat, jadi tidak akan ada pemotongan.
Mari kita juga percaya bahawa pada satu sisi tiub terdapat kanta objektif, di sisi lain terdapat kisi difraksi dan kaca pelindung.

Dan di dalamnya terdapat pelangi yang indah. Setelah mengaguminya sepuas hati, saya mula mencari sesuatu untuk dilihat pada spektrum.
Malangnya, spektroskop tidak dapat digunakan untuk tujuan yang dimaksudkan, kerana keseluruhan koleksi berlian dan berlian saya Batu berharga terhad cincin perkahwinan, legap sepenuhnya dan tidak memberikan sebarang spektrum. Nah, mungkin dalam api pembakar))).
Tetapi lampu pendarfluor merkuri secara jujurnya menghasilkan banyak jalur yang cantik. Setelah mengaguminya sepuas hati pelbagai sumber Cahaya itu hairan dengan soalan bahawa ia perlu untuk menangkap gambar dan mengukur spektrum.

Sedikit DIY

Gambar lampiran kamera telah lama berputar di kepala saya, dan di bawah meja berdiri kamera yang belum mengalami pemodenan terkini, tetapi agak berjaya mengatasi plastik PVC.

Reka bentuknya ternyata tidak begitu cantik. Namun, saya tidak mengatasi sepenuhnya tindak balas dalam X dan Y. Tiada apa-apa, skru bola sudah dipasang dan sedang menunggu rel linear penyokong tiba.

Tetapi fungsi itu ternyata agak boleh diterima, supaya pelangi akan dipaparkan pada Canon lama yang telah terbiar untuk masa yang lama.

Benar, kekecewaan menanti saya di sini. Pelangi yang indah menjadi entah bagaimana diskret.

Ini semua salah matriks RGB mana-mana kamera. Bermain dengan tetapan imbangan putih dan mod penangkapan, saya bersetuju dengan gambar itu.
Lagipun, pembiasan cahaya tidak bergantung pada warna apa imej itu ditangkap. Untuk analisis spektrum, kamera hitam-putih dengan kepekaan yang paling seragam pada keseluruhan lebar julat yang diukur adalah sesuai.

Teknik analisis spektrum.

Melalui percubaan dan kesilapan, teknik ini dibangunkan
1. Gambar skala julat cahaya boleh dilihat (400-720 nm) dilukis, dan garisan merkuri utama untuk penentukuran ditunjukkan padanya.

2. Beberapa spektrum diambil, sentiasa dengan merkuri rujukan. Dalam satu siri gambar, adalah perlu untuk menetapkan kedudukan spektroskop pada kanta untuk mengecualikan anjakan mendatar spektrum daripada siri gambar.

3. Dalam editor grafik, skala dilaraskan kepada spektrum merkuri, dan semua spektrum lain diskalakan tanpa anjakan mendatar dalam editor. Ternyata seperti ini

4. Nah, kemudian semuanya dimasukkan ke dalam program penganalisis Spektrometer Telefon Bimbit dari artikel ini

Kami menguji kaedah pada laser hijau, yang panjang gelombangnya diketahui - 532 nm

Kesilapan ternyata kira-kira 1%, yang sangat baik dengan kaedah manual melaraskan garisan merkuri dan melukis skala hampir dengan tangan.
Sepanjang perjalanan, saya mengetahui bahawa laser hijau bukanlah sinaran langsung, seperti yang merah atau biru, tetapi menggunakan pengepam diod keadaan pepejal (DPSS) dengan sekumpulan sinaran sekunder. Hidup dan belajar!

Mengukur panjang gelombang laser merah juga mengesahkan ketepatan teknik tersebut

Hanya untuk suka-suka, saya mengukur spektrum lilin

dan pembakaran gas asli

Kini anda boleh mengukur spektrum LED, contohnya "spektrum penuh" untuk tumbuhan

Spektrometer sedia dan berfungsi. Sekarang saya akan menggunakannya untuk menyediakan ulasan seterusnya - perbandingan ciri LED pengeluar yang berbeza, adakah orang Cina memperbodohkan kita dan bagaimana untuk membuat pilihan yang tepat.

Pendek kata, saya berpuas hati dengan hasilnya. Mungkin masuk akal untuk menyambungkan spektroskop ke kamera web untuk pengukuran spektrum berterusan, seperti dalam projek ini

Menguji spektrometer oleh pembantu saya

Untuk mengetahui spektrum warna yang dipancarkan mentol lampu tertentu di rumah anda, anda perlu menggunakan peranti yang dipanggil spektrometer. Model kilang sangat mahal, jadi anda boleh membuatnya versi buatan sendiri daripada bahan sekerap. Ia sangat mudah dilakukan, kerana dalam kes ini tiada ketepatan khas diperlukan.

Peringkat utama kerja

Versi paling primitif spektrometer boleh dibuat daripada kertas tebal atau kadbod. Tetapi sila ambil perhatian bahawa bahagian dalam Perumahan mesti gelap supaya tidak mencerminkan, tetapi untuk menyerap cahaya. Untuk tujuan ini, anda boleh menggunakan penanda hitam biasa (iaitu, anda hanya perlu melukis di atas kadbod).

Untuk mendapatkan spektrum cahaya yang dipancarkan, anda juga memerlukan kisi pembelauan, yang terbaik dibuat daripada DVD optik. Anda hanya perlu memotong sekeping CD bentuk segi empat tepat, kemudian asingkan pinggan. Kisi difraksi memerlukan lapisan yang telus.

Kami melekatkan plat segi empat tepat ke kadbod, dan kemudian melekatkan badan itu sendiri. Spektrometer buatan sendiri berfungsi dengan sangat mudah - hanya tunjuk pada sumber cahaya di rumah dan lihat pada potongan plat lutsinar daripada DVD. Jika anda menyandarkan kamera telefon pintar anda padanya, anda boleh mengambil gambar, dan kemudian menggunakannya untuk menganalisis spektrum mentol lampu tertentu.

Spektrometer dengan kamera video

Kita masih harus mengakui bahawa mengambil gambar dari telefon pintar tidak sepenuhnya mudah. Adalah lebih baik untuk memerhatikan sumber cahaya dalam masa nyata. Untuk melakukan ini, bukannya "mata" telefon pintar, anda perlu menyandarkan webcam komputer biasa pada pinggan.

Profesor Kimia Alexander Scheeline dari Universiti Illinois membuat spektrometer daripada telefon mudah alih untuk melibatkan pelajar sekolah dalam kimia analitik.

Profesor memasang alat saintifik asas ahli kimia dari bahan yang murah dan kamera digital. Spektrofotometri adalah salah satu alat yang paling banyak digunakan untuk mengenal pasti dan mengukur bahan. Jika, sebagai contoh, anda perlu mengukur jumlah protein dalam daging, air dalam bijirin, atau besi dalam darah, anda perlu spektrometer.

Seorang pelajar tidak boleh menilai prestasi spektrofotometri jika dia menggunakan "kotak" misteri spektrometer makmal. Dia tidak memahami apa yang berlaku di dalam dan hanya menukar sampel dan menulis hasilnya, "jelas Alexander Shchilin. – Ini tidak membantu proses pembelajaran. Jika anda ingin mengajar seseorang menggunakan alat secara kreatif dan memperbaikinya, anda memerlukan sesuatu yang lebih mudah dan jelas."

nasi. 1. Itu sahaja yang anda perlukan untuk membuat spektrometer.

Jika anda ingin memberi perhatian kepada kekurangan instrumen, lebih mudah apabila kekurangan ini sangat besar dan tidak dikompensasikan oleh kerumitan peranti dan tetapan, "jelas Alexander Shchilin.

Dalam spektrometer, cahaya putih melalui sampel bahan yang menyerap panjang gelombang cahaya tertentu. Kisi difraksi kemudian memisahkan cahaya kepada warna, dan ahli kimia boleh menganalisis spektrum untuk menentukan sifat sampel.

nasi. 2. Spektrometer dipasang. LED menerangi kuvet betul-betul bertentangan dengan grid, yang diikat dengan pita lutsinar.

Profesor Shchilin menggunakan satu sebagai sumber cahaya Diod pemancar cahaya, dikuasakan oleh bateri 3 volt. Tidak sukar untuk membeli jeriji difraksi dan kuvet untuk sampel di Amerika Syarikat, dan pada akhirnya semua peralatan berharga kurang daripada $ 3. Apa yang tinggal hanyalah mencari kamera digital yang sesuai, dan kemudian saintis teringat bahawa setiap pelajar sekolah dan pelajar mempunyai telefon bimbit. Selepas itu, yang tinggal hanyalah menyelesaikan masalah pemprosesan data. Untuk melakukan ini, profesor menulis program untuk menganalisis spektrum daripada gambar dalam format jpeg dan menyiarkannya pada Akses percuma di Internet bersama dengan kod sumber.

Buat pertama kalinya, Alexander Shchilin menunjukkan ciptaannya semasa menjalankan program pertukaran di Hanoi (Vietnam). Pelajar Vietnam tidak mempunyai pengalaman dengan instrumen saintifik, tetapi dengan penuh semangat mula bereksperimen dengan spektrometer telefon bimbit.

nasi. 3. Telefon bimbit Spektrometer yang tepat tidak akan menggantikan penyelidikan saintifik yang serius, tetapi tidak setiap pelajar sekolah mempunyai wang saku $3,000 untuk hobi.

Di Amerika Syarikat, seorang profesor menggunakan spektrometer buatan sendiri semasa pelajarannya di sekolah Menengah. Menjelang akhir pelajaran selama 45 minit, pelajar telah mempelajari perkara yang mengelak kebanyakan pelajar yang menggunakan buku teks sahaja. Sebagai contoh, seorang pelajar bertanya tentang kesan cahaya sesat terhadap kepekaan kamera dan keupayaannya membaca spektrum.

Seorang pelajar sekolah menengah, yang sejam yang lalu tidak tahu apa-apa tentang spektrofotomer, menemui masalah utama semua spektrometer, bergembira Alexander Shchilin. “Sejak saya mula mengajar, saya telah cuba menerangkan kepada pelajar saya konsep cahaya sesat yang menjejaskan spektrometer dan bagaimana masalah ini menjejaskan prestasi peralatan. Dan tiba-tiba saya melihat bagaimana budak sekolah itu sendiri memahami intipati masalah ini dan bertanya kepada saya soalan yang betul!”

Saintis itu dengan senang hati berkongsi ciptaannya guru sekolah dan guru universiti di pelbagai seminar dan melalui Internet. Dia berharap ciptaannya akan ditambah baik, contohnya, dengan menulis program pemprosesan imej untuk telefon pintar, yang akan menghapuskan keperluan untuk menggunakan komputer. Spektrometer telefon mudah alih boleh memikat ramai orang tentang kimia analisis, yang nampaknya ramai sebagai sains yang kompleks dan tidak dapat difahami. Walau bagaimanapun, ciptaan Alexander Shchilin menunjukkan bahawa mudah untuk membangkitkan rasa ingin tahu semula jadi seseorang - cukup untuk menawarkan eksperimen kreatif yang mudah, mudah difahami dan menarik.

Pilih penilaian Lemah Di bawah purata Normal Baik Cemerlang