Kompaktes (USB?) Spektrometer gesucht

[Masterdark]

Hallo Hubert,

habe mit unkal. Y-Achse das Halogenspektrum bei verschiedenen Belichtungszeiten und bei Einsatz von Graufiltern verglichen.
Es ist genau wie Du sagst. Durch verschiedene Nichtlinearitäten, Sättigungsverhalten usw. zeigen sich etwas geänderte Intensitäts-Spektren.
Gleiche ich diese auf einen Schwarzstrahler an, ergeben sich natürlich auch verschiedene Korrekturkurven für die Y-Achse.

Als Bsp. das nicht kal. Spektrum meiner Halogenlampe bei verschiedenen Belichtungszeiten.

Für den Angleich der Y-Achse habe ich nun die verschiedenen Korrekturkurven gemittelt.

Mit der so gemittelten Korrekturkurve habe ich die Spektren einer Cree XM L2 (5000 K) bei verschiedenen Belichtungszeiten aufgenommen.
Vergleicht man bei ca. 540nm meine aufgenommenen Spektren mit denen aus dem Datenblatt, so ergibt sich eine Intensitätsabweichung von
etwa +/- 10%. Ich denke mehr ist mit meinem Spektrometer nicht zu holen.

Anbei auch nochmals das Spektrum einer Kerzenflamme mit Markern.

Grüße,
Dirk

[Lupus]

Hallo Dirk,

ich finde dass das kalibrierte Spektrometer für nicht professionelle Anwendungen in der Genauigkeit vollkommen ausreicht. Wichtig ist bei Messgeräten immer dass man deren Arbeitsweise und Anwendungsgrenzen kennt, dann kann man problemlos auch mit den Abweichungen leben.

Hubert

[Florian D.]

Jetzt habe ich mal das Spektrum einer Hg-Cd-Spektrallampe aufgezeichnet und zumindest die Wellenlängen kalibriert. Das Programm von Science Surplus erkennt seltsamerweise nicht alle Linien.
Für die Kalibration im IR habe ich auch die Flammenspektren von Kalium und Caesium herangezogen.
Weiss jemand, woher die rel. starken Linien bei 810 und 872 nm stammen könnten?

Viele Grüsse
Florian

[Florian D.]

Hier noch ein interessantes Spektrum, nämlich das von Caesiumchlorid, das anscheinend auch Spuren von Kalium und Natrium enthält.
Es handelt sich bei allen 3 Elementen um den gleichen Übergang, nämlich eines Elektrons aus dem S-Orbital in das P Orbital der nächsthöheren Schale. In allen 3 Fällen handelt es sich um eine Doppellinie, wobei der Abstand der Linien mit zunehmender Kernladung immer grösser wird (Feinstruktur). Dies ist auf die sog. Spin-Bahn Kopplung zurückzuführen, die bei Elementen mit steigender Kernladung zunimmt. Bei der Natrium D-Linie bei 589 nm ist sie mit meinem Spektrometer noch nicht aufgelöst. Bei Kalium liegen sie bei 766 und 770 nm und bei Caesium schliesslich bei 852 und 894 nm. Die Übergänge verschieben sich auch zu längeren Wellenlängen, weil die Elektronen in den schwereren Elementen zunehmend schwächer gebunden sind, womit sich auch die energetischen Abstände zwischen den Energieniveaux verkleinern. Schliesslich sieht man auch, dass die Übergänge im IR im Flammenspektrum leichter angeregt werden, als die im Sichtbaren, weil dies bei den niedrigen thermischen Energien viel wahrscheinlicher ist.

[Florian D.]

Habe jetzt noch etwas RbCl gefunden.
Auch hier erkennt man, neben der starken Kaliumdoppellinie, 2 Linien bei 780 und 795 nm.
Die langwelligere Linie ist immer schwächer als die kurzwelligere. Sollte auch so sein, würde jetzt hier aber zuweit führen.

[Werner]

Ziemlich sicher schlägt bei Deinem Spektrometer die zweite Ordnung durch:
810nm --> 2x 404,7nm ; 872nm --> 2x 435,8 nm, beides Hg-Linien.

Bei Durchlicht-Gittern und kurzen Brennweiten des Kollimators ist das nicht zu vermeiden.
Ein ordentlich geblazetes Reflexionsgitter zeigt diesen Effekt nicht (außer bei unglücklich konstruiertem Strahlengang des Photometers).

Zur Abhilfe:
alle langwelligen, unbekannten Linien erst mal halbieren und schauen, ob dort eine starke Linie ist.
Dann ist das ein Artefakt.

Gruß - Werner

[Florian D.]

Hallo Werner,

ja, Du hast vollkommen recht. Ich habe gerade  mit dem Monochromator die Linien bei 404 und 434 nm isoliert und mit dem Spektrometer betrachtet. Die 2. Ordnung scheint sogar wesentlich mehr Intensität zu haben als die 1. Kann man das durch Optimierung der Ausrichtung des Gitters verbessern?

Viele Grüsse
Florian

[Werner]

Die einzige mögliche Abhilfe ist, ein Rotfilter vorzuschalten, um die kurzwelligen Anteile unter die Erkennungsschwelle abzuschwächen.
Bei mechanisch gedrehten Gittern großer Spektrometer waren dazu Filter automatisch vorgeschaltet, wenn man im Roten messen wollte. Oder man baute einen Doppelmonochromator aus Prisma und Gitter hintereinander.

Ohne Kenntnis des Aufbaus kann man keine Aussage bezüglich des Justageerfolgs machen.
Gibt es ein Schema von dem Teil (Strahlengang)?

Gruß - Werner

[Peter V.]

Hallo Werner,

http://www.science-surplus.com/products/spectrometers

hier sieht man das Innenleben des Süpektrometers:

https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=c2NpZW5jZS1zdXJwbHVzLmNvbXx3d3d8Z3g6NGJlYTc2ZGNmZDg0NGFlNA


Herzliche Grüße
Peter

[Werner]

Das Problem bei diesem Spektrometer ist die kurze Brennweite der Spiegel, ist dafür eben sehr kompakt.
Bei 1100er Gittern braucht man ab 15 cm Brennweite, damit sich die Ordnungen nicht mehr überlappen.
Labor-Spektrometer haben Brennweiten zwischen 20 und 40 cm, damit hat man keine Sorgen.

Gruß - Werner

[Florian D.]

Das Problem bei diesem Spektrometer ist die kurze Brennweite der Spiegel, ist dafür eben sehr kompakt.
Bei 1100er Gittern braucht man ab 15 cm Brennweite, damit sich die Ordnungen nicht mehr überlappen.
Labor-Spektrometer haben Brennweiten zwischen 20 und 40 cm, damit hat man keine Sorgen.

Gruß - Werner

Hallo Werner,

ich kann das so nicht nachvollziehen. Licht der Wellenlänge lambda wird in 2. Ordnung ja immer in den Selben Winkel abgelenkt, wie Licht der Wellenlänge 2 lambda in 1. Ordnung. Damit überlappen sich Spektren verschiedener Ordnung doch immer, wenn sie über mehr als eine Oktave hinausgehen?
Viele Grüsse
Florian

[Masterdark]

Abschließend zu meinem ThunderOptics SMA-Mini-Spectrometer noch ein paar Infos zum Auflösungsvermögen/Dynamikbereich der
Y-Achse (Intensität).

Wählt man die Belichtungszeit so, dass die einzelnen Kanäle in vollständige Sättigung geraten, erhält man für die Y-Achse Maximalwerte von knapp 250, was
in etwa der 8-Bit Auflösung der Webcam entspricht.

Allerdings zeigt sich schon ab Intensitätswerten von etwa 50 ein deutlich sichtbares, nicht lineares Verhalten. Ist man nicht nur an einzelnen "Peaks" im Spektrum,
sondern am Intensitätsverlauf über einen gewissen Wellenlängenbereich interessiert, reduziert sich der nutzbare Wertebereich für die Y-Achse (Intensität)
auf < 50.

Außerdem ist in den nicht gemittelten/geglätteten Kurven sehr gut der hohe Rauschanteil zu erkennen.


Grüße,
Dirk

[Werner]

@ Florian.

Ein planes Beugungsgitter muß mit Parallelstrahlen ausgeleuchtet werden, das macht der Kollimator. Das Bündel muß kleiner als die Gitterfläche sein. Das Spektrum tritt wieder als Parallelbündel vom Gitter aus, ist aber geneigt und demnach schmaler.
Bei der zweiten Ordnung ist der Ablenkwinkel noch größer. Grob gesagt interferieren in der ersten Ordnung die erste und die zweite Sinuswelle des parallelen Lichts, in der zweiten die erste und die dritte. Das Spektrum der zweiten Ordnung kann man bei intensiver Ausleuchtung getrennt dem der ersten Ordnung als Teil eines breiteren Spektrums daneben mit Papier sichtbar machen. Bei zu geringem Abstand des Papiers vom Gitter überlappen sich die Spektren. Bei der Nullten Ordnung interferiert gar nichts, das Gitter wirkt als Spiegel.
Der Kameraspiegel muß an der richtigen Stelle stehen, damit er das Spektrum auch erfaßt (und nur das). Die zweite Ordnung kann eigentlich nur an der Gitterseite des Kameraspiegels auftreten. Vielleicht hilft da eine senkrechte Blende aus matt geschwärztem Blech oder Pappe.

Bei geblazeten Gittern schickt man durch die Stellung der "Spiegelstreifen" die allermeiste Intensität in die erste Ordnung. Bei ganz hochauflösenden Gittern (Echelle-Gittern) nutzt man durch entsprechende Stellung die 30. bis 60. Ordnung zur Spektrenspreizung aus.

Für die Gitterjustage von IR-Gittern mit 30 - 100 Linien/mm nutzte man die höheren Ordnungen der grünen Hg-Linie aus, um den "Tilt" vom Gitter bei Drehung der Antriebsachse überhaupt sehen und einstellen zu können. Ist im Dunkeln gerade noch sichtbar.

Einen Link habe ich noch gefunden: (ex Jobin Yvon):
https://www.horiba.com/en_en/diffraction-gratings-ruled-holographic/

Gruß - Werner

P.S.: Ein Gitter kann man natürlich schon reinigen, habe das jahrzehnte gemacht. Mit dest. Wasser mit einer Spur Pril und einem Bausch gequollenem Klopapiers. Nachspülen mit Wasser aus der Spritzflasche und Trockenblasen mit einem Klistier.

[Florian D.]

Hallo Werner,

ja, so habe ich das damals auch in der Schule gelernt, langsam erinnere ich mich auch wieder. Ich meine nur, wenn die zweite Ordnung z. .B. von Licht der Wellenlänge 404 nm  , Linie bei 808 zu liegen kommt, so wird sie immer mit einer (hypothetischen) Linie erster Ordnung, die von Licht mit 808 nm stammt,  zusammenfallen, egal wie weit ich irgendwelche Abstände zwischen Gitter und Detektor wähle.

Viele Grüsse
Florian 

[Werner]

...Die Ordnungen liegen aber nach der Gitterablenkung NICHT aufeinander, sondern seitlich versetzt nebeneinander. Der Kameraspiegel fokussiert sie aber beide auf die selbe Stelle. Könnte an einer fehlenden Blende oder auch nur an einer schlampigen Justage des Spektrometers liegen.

Gruß - Werner