Relation between (grating and resolution) and (resolution and sensitivity) in spectroscopy

پرسش:

من میخوام یک اسپکترومتر انتخاب کنم برای Absorption spectroscopy از یک نمونه برای محاسبه غلظت سه گونه مختلف. متاسفانه کاملا برای من مشخص نیست که اگر resolution بالا باشه چرا sensitivity میاد پایین؟
دومین سوال مربوط به diffraction grating هست. من مطالب سایت رو خوندم و یک سوال دارم اگر نور تابشی شامل فوتون ها بین طول موج 200 تا 1100 نانومتر باشه و بازه طول موج کاری اسپکترومتر هم در بازه 200 تا 1100 نانومتر باشه، در مقایسه با منبع دیگر نوری که نور در طول موج 200 تا 750 نانومتر تابش میکنه و بازه کاری طول موج اسپکترومتر 200 تا 650 نانومتر هست چرا grating استفاده شده 300 lines/mm در مقابل 600 انتخاب شده؟ و تعداد پیکسل ها چه اثری در انتخاب grating دارد؟

هر چه grating بیستر ،پراش در زاویه بیشتری انجام میشود و منجر به افزایش resolution می شود؟جرا؟
پیشاپیش از پاسخ شما ممنونم

پاسخ
1- در مورد ارتباط بین قدرت تفکیک و حساسیت در اسپکترومترها شاید این مطلب کمک کند. برای افزایش قدرت تفکیک اسپکترومتر وقتی که سیستم جمع آوری نور و توری و بقیه پارامترها در در دو اسپکترومتر مشابه باشد، تنها راه کاهش پهنای شیار ورودی است که این باعث می شود شدت نور کمتری وارد شود و حساسیت کم می شود. اگر بخواهید حساسیت را در قدرت تفکیک بالا افزایش دهید، باید سیستم اپتیکی نوررسان را تقویت کنید که می شود یک اسپکترومتر دیگر. البته روش‌هایی برای افزایش حساسیت همزمان با افزایش قدرت تفکیک ممکن است در نظر گرفته شود که اغلب پیچیده است، مثلا استفاده از یک لیزر کوک پذیر.
2- انتخاب توری باید متناسب با بقیه سیستم باشد. توری با تعداد خط بیشتر طیف را گسترده تر می کند و باید سیستم اپتیکی بتواند نتیجه طیف را روی سی سی دی تصویر کند. افزایش تعداد خط علی الاصول قدرت تفکیک را زیاد می کند به شرطی که سیتم اپتیکی قابلیت تصویر کردن آن را داشته باشد. محدوده طول موجی طیف سنج‌ها از یک طرف به منبع نور بستگی دارد که تمام طول موج‌های محدوده مورد نظر را داشته باشد و از طرف دیگر به توری بستگی دارد که بتواند تمام طول موج‌ها را بدون برهمنهی روی سی سی دی بیندازد. اغلب از توری های خاص برای کاهش توان رتبه صفر پراش که نقشی در جداسازی طیف ندارد استفاده می شود که این طراحی محدوده طیفی را تعیین می کند. از طرف دیگر اغلب برای جلوگیری برهمنهی طیف درجه های مختلف پراش توری، از فیلترهای مرتب کردن درجه پراش یا order sorting filter استفاده می شود. پس در صورت استفاده از توری معمولی که توان زیادی را در درجه صفر پراش از دست می دهد طبعا حساسیت کمتر از توری های طراحی شده است ولی مشکل محدوده طیفی فقط به برهمنهی طیف درجه های مختلف بر می گردد.
3- تعداد پیکسل سی سی دی باید با پاشندگی توری یا همان تعداد خط توری همخوانی داشته باشد. با انتخاب تعداد خط توری و پهنای شیار، تصویر شیار ورودی روی سی سی دی برای هر طول موج باید با اندازه پیکسل قرابت داشته باشد. اگر پیکسل‌ها بزرگتر از آن اندازه باشند قدرت تفکیک ایجاد شده توسط اپتیک و توری هدر رفته و اگر پیکسل‌ها کوچکتر باشند سی سی دی توان اضافی دارد که بکار نیامده است و روی چند پیکسل یک نوع داده رسیده است.
4- در مورد تعداد خط توری ذکر شد، با افزایش تعداد خط توری، پراش گسترده تر می شود و طول موج‌های مختلف بیشتر از هم فاصله می گیرند و برای شیار مشخص و سی سی دی مشخص، قدرت تفکیک بیشتری حاصل می شود.