الآن سنقوم بتجميع نسختين من مطياف الحيود بأيدينا. المطياف هو جهاز يسمح لك بدراسة طيف الضوء عن طريق تقسيم مكوناته الطيفية على طول محور معين. يمكن تقسيم الضوء إلى موجات أحادية اللون إما من خلال ظاهرة التشتت أو الحيود. في في هذه الحالةسوف نستخدم الحيود نظرًا لأن لدينا في متناول اليد شبكة حيود رائعة - قرص مضغوط!

سنحتاج إلى صندوق صغير من الورق المقوى وقرص مضغوط وغراء وأنبوب غير شفاف للعدسة العينية.

باستخدام المقص، قم بقص قطعة من القرص المضغوط لتناسب حجم الصندوق:

لنضع علامة على المربع بحيث يمكن تثبيت العدسة بشكل صحيح. من البصريات نعرف أن زاوية السقوط يساوي الزاويةتأملات. لكن بهذه الطريقة سنرى نافذة يمر من خلالها الضوء، وليس الحد الأقصى للحيود، لذلك سنترك مسافة على يمين خط النافذة المستقبلية.

بعد ذلك، عند إغلاق الصندوق، سنختار مكانًا مناسبًا لإدخال الضوء. للقيام بذلك، سوف نثقب الحفرة بعناية ونراقبها من خلال العدسة. إذا رأينا الضوء المنعكس مباشرة في العدسة، فإننا نغلق الثقب ونثقب ثقبًا جديدًا أبعد قليلاً. وهكذا حتى تظهر في العدسة العديد من النقاط الملونة المصطفة على طول الخط. ثم سنقطع النافذة:

دعونا نثبت سكينًا خفيفًا مصنوعًا من شفرتي حلاقة على النافذة - بحيث يدخل أضيق شعاع من الضوء إلى الصندوق - وبهذه الطريقة سنرى أوضح صورة ممكنة.

إذا نجح كل شيء، فسنرى طيفًا مخففًا في العدسة. إذا كان الطيف غير مستمر (على سبيل المثال من LDS أو مصابيح تفريغ الغاز)، فسنرى مجموعة من الخطوط. كل سطر هو مكون أحادي اللون. في الصورة، الخط العلوي عميق بالفعل أرجواني، الكاميرا شوهت اللون فقط.

الخيار الثاني

دعونا نصنع مطيافًا مصغرًا يعمل في الضوء المنقول. للقيام بذلك، قم بقص قرص مضغوط كما في الخيار الأول.

أيها الأصدقاء، مساء الجمعة يقترب، إنه وقت حميم رائع، حيث يمكنك، تحت غطاء الغسق الجذاب، إخراج مقياس الطيف الخاص بك طوال الليل، حتى الأشعة الأولى شروق الشمسقياس طيف المصباح المتوهج ومتى سوف تشرق الشمسقياس طيفها.
لماذا لا يزال ليس لديك مطياف خاص بك؟ لا يهم، دعنا نذهب إلى أسفل ونصحح سوء الفهم هذا.
انتباه! لا تدعي هذه المقالة أنها برنامج تعليمي كامل، ولكن ربما في غضون 20 دقيقة من قراءتها تكون قد قمت بتحليل طيف الإشعاع الأول الخاص بك.

الرجل والمطياف

سأخبرك بالترتيب الذي مررت به بنفسي بجميع المراحل، ويمكن للمرء أن يقول من الأسوأ إلى الأفضل. إذا كان شخص ما يركز على الفور على نتيجة أكثر أو أقل خطورة، فيمكن تخطي نصف المقالة بأمان. حسنًا، الأشخاص ذوي الأيدي الملتوية (مثلي) والأشخاص الفضوليين ببساطة سيكونون مهتمين بالقراءة عن محنتي منذ البداية.
هناك كمية كافية من المواد المتداولة على الإنترنت حول كيفية تجميع مقياس الطيف/المنظار الطيفي بيديك من المواد الخردة.
من أجل الحصول على مطياف في المنزل، في غاية حالة بسيطةلن تحتاج إلى الكثير على الإطلاق - قرص CD/DVD وصندوق.
تجاربي الأولى في دراسة الطيف كانت مستوحاة من هذه المادة - التحليل الطيفي

في الواقع، بفضل عمل المؤلف، قمت بتجميع أول مطياف خاص بي من شبكة حيود الإرسال لقرص DVD و صندوق من الورق المقوىمن تحت الشاي، وحتى قبل ذلك، كل ما كنت أحتاجه هو قطعة سميكة من الورق المقوى مع فتحة وشبكة منفذة من قرص DVD.
لا أستطيع أن أقول أن النتائج كانت مذهلة، ولكن كان من الممكن تماما الحصول على الأطياف الأولى؛ تم حفظ صور العملية بأعجوبة تحت المفسد

صور المطياف والطيف

الخيار الأول بقطعة من الورق المقوى

الخيار الثاني مع علبة الشاي

والطيف الملتقط

الشيء الوحيد لراحتي، قام بتعديله هذا التصميمكاميرا فيديو USB، اتضح مثل هذا:

صورة للمطياف

سأقول على الفور أن هذا التعديل حررني من الحاجة إلى استخدام كاميرا الهاتف المحمول، ولكن كان هناك عيب واحد: لا يمكن معايرة الكاميرا لإعدادات خدمة Spectral Workbench (والتي سيتم مناقشتها أدناه). لذلك، لم أتمكن من التقاط الطيف في الوقت الفعلي، ولكن كان من الممكن تمامًا التعرف على الصور التي تم جمعها بالفعل.

لنفترض أنك اشتريت أو قمت بتجميع مطياف وفقًا للتعليمات المذكورة أعلاه.
بعد ذلك، قم بإنشاء حساب في مشروع PublicLab.org وانتقل إلى صفحة خدمة SpectralWorkbench.org، وبعد ذلك، سأصف لك تقنية التعرف على الطيف التي استخدمتها بنفسي.
أولاً، سنحتاج إلى معايرة مقياس الطيف الخاص بنا. وللقيام بذلك، ستحتاج إلى الحصول على لقطة للطيف مصباح الفلورسنت، ويفضل أن يكون مصباح سقف كبيرًا، ولكن المصباح الموفر للطاقة سيفي بالغرض أيضًا.
1) انقر فوق زر التقاط الأطياف
2) تحميل الصورة
3) املأ الحقول، وحدد الملف، وحدد معايرة جديدة، وحدد الجهاز (يمكنك اختيار مطياف صغير أو مخصص فقط)، وحدد ما إذا كان الطيف الخاص بك عموديًا أو أفقيًا، بحيث يكون من الواضح أن الأطياف في لقطة الشاشة من البرنامج السابق أفقيا
4) سيتم فتح نافذة مع الرسوم البيانية.
5) تحقق من كيفية تدوير الطيف الخاص بك. يجب أن يكون هناك نطاق أزرق على اليسار، وأحمر على اليمين. إذا لم يكن الأمر كذلك، فحدد المزيد من الأدوات - زر الوجه أفقيًا، وبعد ذلك نرى أن الصورة قد تم تدويرها ولكن الرسم البياني لم يتم تدويره، لذا انقر فوق المزيد من الأدوات - أعد الاستخراج من الصورة، تتوافق جميع القمم مرة أخرى مع القمم الحقيقية.

6) اضغط على زر المعايرة، اضغط على ابدأ، وحدد الذروة الزرقاء مباشرة على الرسم البياني (انظر لقطة الشاشة)، واضغط على LMB وستفتح النافذة المنبثقة مرة أخرى، نحتاج الآن إلى الضغط على إنهاء وتحديد الذروة الخضراء الخارجية، وبعد ذلك سيتم تحديث الصفحة وسنحصل على صورة ذات أطوال موجية معايرة.
يمكنك الآن ملء الأطياف الأخرى قيد الدراسة؛ عند طلب المعايرة، تحتاج إلى الإشارة إلى الرسم البياني الذي قمنا بمعايرته مسبقًا.

لقطة الشاشة

نوع البرنامج الذي تم تكوينه

انتباه! تفترض المعايرة أنك ستلتقط صورًا فوتوغرافية لاحقًا باستخدام نفس الجهاز الذي تمت معايرته. قد يؤدي تغيير دقة الصور في الجهاز؛ وقد يؤدي التحول القوي في الطيف في الصورة بالنسبة إلى الموضع في المثال الذي تمت معايرته إلى تشويه نتائج القياس.
بصراحة، قمت بتحرير صوري قليلاً في المحرر. إذا كان هناك ضوء في مكان ما، أقوم بتعتيم المناطق المحيطة، وفي بعض الأحيان أقوم بتدوير الطيف قليلاً للحصول على صورة مستطيلة، ولكن مرة أخرى، من الأفضل عدم تغيير حجم الملف والموقع بالنسبة لمركز صورة الطيف نفسه .
أقترح عليك معرفة الوظائف المتبقية مثل وحدات الماكرو، أو ضبط السطوع التلقائي أو اليدوي بنفسك، فهي في رأيي ليست بالغة الأهمية.
ومن الملائم بعد ذلك نقل الرسوم البيانية الناتجة إلى ملف CSV، حيث يكون الرقم الأول عبارة عن طول موجي كسري (ربما كسري)، وسيكون المتوسط ​​بفاصلة القيمة النسبيةشدة الإشعاع. تبدو القيم التي تم الحصول عليها جميلة في شكل رسوم بيانية مبنية على سبيل المثال في Scilab

لدى SpectralWorkbench.org تطبيقات للهواتف الذكية. لم أستخدمها. لذلك لا أستطيع تقييمه.

أتمنى لكم يومًا مليئًا بالألوان بكل ألوان قوس قزح أيها الأصدقاء.

قام أستاذ الكيمياء ألكسندر شيلين من جامعة إلينوي بصنع مقياس طيفي من هاتف محمول لإشراك أطفال المدارس في الكيمياء التحليلية.

قام الأستاذ بتجميع أداة علمية أساسية للكيميائي من مواد غير مكلفة وكاميرا رقمية. القياس الطيفيهي واحدة من الأدوات الأكثر استخداما على نطاق واسع لتحديد وقياس المواد. على سبيل المثال، إذا كنت بحاجة إلى قياس كمية البروتين في اللحوم، أو الماء في الحبوب، أو الحديد في الدم، فأنت بحاجة إلى مطياف.

لا يمكن للطالب تقييم أداء القياس الطيفي إذا استخدم "الصندوق" الغامض لمقياس الطيف المختبري. يوضح ألكسندر شيلين: "إنه لا يفهم ما يحدث في الداخل، ويقوم ببساطة بتغيير العينات وتدوين النتائج". - لا يساعد العملية التعليمية. إذا كنت تريد تعليم شخص ما كيفية استخدام إحدى الأدوات بشكل إبداعي وتحسينها، فأنت بحاجة إلى شيء أبسط وأكثر وضوحًا."

أرز. 1. هذا هو كل ما تحتاجه لصنع مطياف.

"إذا كنت تريد الانتباه إلى أوجه القصور في أداة ما، يكون الأمر أسهل بكثير عندما تكون هذه العيوب كبيرة جدًا ولا يتم تعويضها من خلال تعقيد الأجهزة والإعدادات"، يوضح ألكسندر شيلين.

في جهاز المطياف، يمر الضوء الأبيض عبر عينة من المادة التي تمتص أطوال موجية معينة من الضوء. يقوم محزوز الحيود بعد ذلك بفصل الضوء إلى ألوان، ويمكن للكيميائيين تحليل الطيف لتحديد خصائص العينة.

أرز. 2. مطياف تجميعها. يضيء مؤشر LED الكوفيت مباشرة مقابل الشبكة، وهو مؤمن بشريط شفاف.

استخدم البروفيسور شيلين واحدًا كمصدر للضوء قاد، تعمل ببطارية 3 فولت. من السهل شراء شبكة حيود وصناديق للعينات في الولايات المتحدة الأمريكية، وفي النهاية تكلف جميع المعدات أقل من 3 دولارات كاميرا رقميةثم تذكر العالم أن كل تلميذ وطالب لديه هاتف محمول. بعد ذلك، كل ما تبقى هو حل مشكلة معالجة البيانات. للقيام بذلك، كتب الأستاذ برنامجًا لتحليل الأطياف من الصور الفوتوغرافية بتنسيق jpeg ونشره للوصول المجاني إلى الإنترنت مع أكواد المصدر.

ولأول مرة، أظهر ألكسندر شيلين اختراعه أثناء عمله في برنامج تبادل في هانوي (فيتنام). لم يكن لدى الطلاب الفيتناميين أي خبرة في استخدام الأجهزة العلمية، لكنهم بدأوا بحماس في إجراء التجارب باستخدام مطياف الهاتف الخليوي.

أرز. 3. الهاتف المحموللن يحل محل في المواقف الخطيرة البحث العلميمطياف دقيق، ولكن ليس كل طالب لديه 3000 دولار في مصروف جيبه لممارسة هواية ما.

في الولايات المتحدة، استخدم أحد الأساتذة مقياسًا طيفيًا محلي الصنع أثناء دروسه مدرسة ثانوية. وبحلول نهاية الدرس الذي مدته 45 دقيقة، كان الطلاب قد تعلموا أشياءً يستعصي على معظم الطلاب الذين يستخدمون الكتب المدرسية فقط. على سبيل المثال، سأل أحد الطلاب عن التأثير ضوء منتشرعلى حساسية الكاميرا وقدرتها على قراءة الطيف.

طالب في المدرسة الثانوية، الذي لم يعرف شيئا تقريبا عن القياس الطيفي، قبل ساعة، اكتشف المشكلة الرئيسية لجميع أجهزة قياس الطيف، يفرح ألكسندر شيلين. "منذ أن بدأت التدريس، حاولت أن أشرح لطلابي مفهوم الضوء الشارد الذي يؤثر على مقياس الطيف وكيف تؤثر هذه المشكلة على أداء المعدات. وفجأة رأيت كيف فهم التلميذ نفسه جوهر هذه المشكلة وسألني السؤال الصحيح!

يشارك العالم اختراعه بسعادة معلمي المدارسوأساتذة الجامعة في الندوات المختلفة وعبر الإنترنت. ويأمل أن يتم تحسين اختراعه، على سبيل المثال، من خلال كتابة برنامج لمعالجة الصور للهواتف الذكية، مما يلغي الحاجة إلى استخدام الكمبيوتر. يمكن لمطياف الهاتف المحمول أن يأسر الكثير من الناس بشأن الكيمياء التحليلية، والتي يبدو للكثيرين أنها علم معقد وغير مفهوم. ومع ذلك، يوضح اختراع ألكسندر شيلين أنه يمكن إيقاظ الفضول الفطري لدى الشخص بسهولة - وهو ما يكفي لتقديم تجارب إبداعية بسيطة ومفهومة ومثيرة.

اختر التقييم ضعيف أقل من المتوسط ​​عادي جيد ممتاز

لقد وصفت في المقالات السابقة كيف قمت باختبار مصابيح LED المختلفة للنباتات. ولتحليل الطيف، أخذت بعضًا منه من مدرس الفيزياء الخاص بأحد الأصدقاء.

لكن الحاجة إلى مثل هذا الجهاز تظهر بشكل دوري، وسيكون من المرغوب فيه أن يكون المنظار الطيفي، أو حتى أفضل، مقياس الطيف، في متناول اليد.

خياري هو مطياف المجوهرات المزود بشبكة حيود

وبما أن السلعة كانت مخصصة لصائغين، فقد جاءت مع علبة "جلدية".

المطياف صغير الحجم

ماذا كان واضحا من وصف المتجر
يتم تجميع كل شيء بإحكام، لذلك لن يكون هناك تقطيع.
لنفترض أيضًا أنه يوجد على أحد جانبي الأنبوب عدسة شيئية، وعلى الجانب الآخر يوجد حاجز حيود وزجاج واقي.

وفي الداخل يوجد قوس قزح جميل. بعد أن أعجبت به تمامًا، بدأت أبحث عن شيء لأنظر إليه في الطيف.
لسوء الحظ، لم يكن من الممكن استخدام المطياف للغرض المقصود منه، لأن مجموعتي الكاملة من الماس و الحجارة الكريمةمحدود خاتم الزواج، معتم تمامًا ولا يعطي أي طيف. حسنًا، ربما في لهب الموقد))).
لكن مصباح الفلورسنت الزئبقي أنتج بصراحة العديد من الخطوط الجميلة. بعد أن أعجبت به إلى محتوى قلبي مصادر مختلفةكان الضوء في حيرة من السؤال القائل بأنه من الضروري التقاط الصورة وقياس الطيف بطريقة أو بأخرى.

القليل من الأعمال اليدوية

كانت صورة مرفق الكاميرا تدور في رأسي لفترة طويلة، وتحت الطاولة كانت هناك كاميرا لم تخضع بعد للتحديث الأخير، ولكنها كانت ناجحة جدًا في التعامل مع البلاستيك PVC.

تبين أن التصميم ليس جميلًا جدًا. ومع ذلك، لم أتغلب تمامًا على ردود الفعل العكسية في X وY. لا شيء، لقد تم بالفعل تجميع البراغي الكروية وتنتظر وصول القضبان الخطية الداعمة.

ولكن تبين أن الوظيفة مقبولة تمامًا، بحيث يتم عرض قوس قزح على كاميرا Canon القديمة التي ظلت خاملة لفترة طويلة.

صحيح أن خيبة الأمل كانت تنتظرني هنا. أصبح قوس قزح الجميل منفصلاً إلى حدٍ ما.

كل هذا هو خطأ مصفوفة RGB لأي كاميرا. اللعب بإعدادات التوازن أبيضوطرق التصوير، جئت إلى تفاهم مع الصورة.
بعد كل شيء، لا يعتمد انكسار الضوء على اللون الذي يتم التقاط الصورة به. بالنسبة للتحليل الطيفي، ستكون الكاميرا بالأبيض والأسود ذات الحساسية الأكثر انتظامًا على كامل عرض النطاق المقاس مناسبة.

تقنية التحليل الطيفي.

ومن خلال التجربة والخطأ، تم تطوير هذه التقنية
1. يتم رسم صورة لمقياس نطاق الضوء المرئي (400-720 نانومتر)، ويشار إليها بخطوط الزئبق الرئيسية للمعايرة.

2. يتم أخذ عدة أطياف، مع وجود زئبق مرجعي دائمًا. في سلسلة من الصور الفوتوغرافية، من الضروري تثبيت موضع المنظار الطيفي على العدسة من أجل استبعاد التحول الأفقي للطيف من سلسلة الصور الفوتوغرافية.

3. في المحرر الرسومي، يتم ضبط المقياس على طيف الزئبق، ويتم قياس جميع الأطياف الأخرى دون إزاحة أفقية في المحرر. اتضح شيئا من هذا القبيل

4. حسنًا، تم وضع كل شيء في برنامج محلل مطياف الهاتف الخلوي من هذه المقالة

قمنا باختبار الطريقة على ليزر أخضر معروف طوله الموجي وهو 532 نانومتر

وتبين أن الخطأ يبلغ حوالي 1%، وهو أمر جيد جدًا مع الطريقة اليدوية لضبط خطوط الزئبق ورسم المقياس يدويًا تقريبًا.
على طول الطريق، تعلمت أن الليزر الأخضر ليس إشعاعًا مباشرًا، مثل الأحمر أو الأزرق، ولكنه يستخدم ضخ الصمام الثنائي ذو الحالة الصلبة (DPSS) مع مجموعة من الإشعاع الثانوي. عش إلى الأبد وتعلم!

كما أكد قياس الطول الموجي لليزر الأحمر صحة هذه التقنية

من أجل المتعة فقط، قمت بقياس طيف الشمعة

وحرق الغاز الطبيعي

الآن يمكنك قياس طيف مصابيح LED، على سبيل المثال "الطيف الكامل" للنباتات

المطياف جاهز ويعمل. سأستخدمه الآن لإعداد المراجعة التالية - مقارنة خصائص LED الشركات المصنعة المختلفةهل يخدعنا الصينيون وكيفية اتخاذ القرار الصحيح.

باختصار، أنا سعيد بالنتيجة. قد يكون من المنطقي توصيل المطياف بكاميرا ويب لقياس الطيف بشكل مستمر، كما هو الحال في هذا المشروع

اختبار المطياف بواسطة مساعدي