Diffraktionsgitter

Linsen och linshållaren som jag beställde kom på posten här om dagen. Nu har jag tittat lite på det här med diffraktionsgitter. I ett försök att både förstå och få tag på ett bra gitter har jag använt mig lite av vänner och bekanta, samt kontakter jag fått när jag köpt grejer att labba med hemma tidigare. Ovh vilka grejjer det finns! Ma kan få finfin kvalitet på bra saker till rimliga priser, och framför allt med den kunskaper som jag har som biomedicinsk analytiker!

Excitation och emission

Minns du laborationen från gymnasiet… jag är ganska säker på att du också gjort den om du har läst de naturvetenskapliga ämnena i gymnasiet. Jag gjorde en laboration där jag hade kemiska ämnen på en spatel. Ett ämne i taget. Varje ämne sattes i elden till en gasolbrännare. Då skapades det en färg av det kemiska ämnet. Det var olika färger för olika ämnen. Vad som hade hänt var att energin i gasolbrännarens låga skapat excitation och emission i det kemiska ämnets atomer. Emissionen avger energi som syns i en viss färg. Samma sak kan uppnås om man lyser genom ett prov med en tillräckligt stark lampa. Men ofta mäter man ju kanske ett enda ämne som ska finnas i plasma, och plasma består av flera ämnen. Därför (om jag förstått rätt) behöver man ett diffraktionsgitter. Det delar upp de olika våglängderna så att man kan styra in rätt våglängd (för det ämne man vill mäta) till detektorn. Så även om det finns flera ämnen i plasma kan jag ta reda på hur mycket det finns av just albumin exempelvis, eftersom albumin har ett eget maximum vid en viss våglängd. Och så får jag hjälp av detektorn som omvandlar ljuset till siffror…

Diffraktiongitter

Vi börjar med att gå igenom det där med diffraktionsgitter och den knepiga formeln som jag nämnde i mitt förra inlägg.

d*sin(θk) = k * λ

Man kan alltså använda sig av ett prismaglas eller ett diffraktionsgitter. Båda funkar på ungefär samma sätt, de delar upp ljuset i dess våglängder. Jag kommer att köpa ett gitter. Gitret fungerar så här:

Gittret består av en massa olika linjer, streck. Ljuset passerar genom mellanrummen som finns mellan dessa streck. Mellanrummens storlek – alltså avstånden mellan linjerna – är detsamma som d i mattetalet. När ljuset kommer ut på andra sidan gittret bryts det, men inte hur som helst eller åt alla håll och kanter. Ljuset bryts på ett speciellt sätt.

Ljuset som går rakt fram genom ett mellanrum, det går genom det som kallas för centralmax. Om ljuset passerar genom något av de två mellanrummen som ligger närmast centralmax, då går det genom 1:a spektralordningen. Sedan kommer  2:a spektralordningens och så vidare.

diffraktionsgitter

Centralmax och dessa ordningar symboliseras av bokstaven k i mattetalet. K för konstant. Centralmax är 0, första spektralordningen är 1 och så vidare. På andra sidan gittret bryts ljuset i ”bågar” på ett bestämt sätt.

diffraktionsgitter

De bågar som ligger närmast gittret är en våglängd.

Nästa ”båge” är två våglängder.

diffraktionsgitter

Nästa är 3 vågländer.

Och så vidare. Det upp-och-ner-vända y i mattetalet är symbolen för våglängd. Vidare: dessa ”bågar” som är ljusets brytning bestämmer åt vilket håll ljuset ska breda ut sig.

Vinkeln mellan ljusets utbredningsvinkel och centralmax är detsamma som θ. Jag visar vinkeln på bilden nedan. Det är den svarta vinkeln mellan ljusets utbredning och centralmax.

Det finns flera utbredningslinjer, alltså ljuset går åt flera håll på en och samma gång. Här kommer två bilder som visar två exempel till.

Och den andra…

Det här gör så att ljuset släcks ut när det går i vissa riktningar, medan det förstärks i andra riktningar. Och det är det som skapar de olika spektra vi kan se i olika färger efter att ljuset passerat gittret.

En enkelt sätt att tänka på det är att tänka på vatten som strömmar åt en riktning i en hamn. Tänk dig att vattnet ska passera genom två passager. På sidorna om passagerna finns det en massa sten som gör att vattnet inte kan passera just där. Eftersom vattnet passerar genom två passager kommer det att bildas två ”bågar” som trycker vattnet på andra sidan åt olika håll. Där de olika tryckvågorna möts kommer trycket som vattnet för med sig från båda hållen göra så att kraften som vattnet färdas framåt med dör. På andra håll trycks vattnet framåt fritt.  Man kan säga att på vissa ställen dör vattentrycket ut, på andra ställen färdas de fritt.

På samma sätt fungerar ljuset som passerat ett diffraktionsgitter. Att ljuset dör ut på vissa ställen och färdas fritt på andra gör så att det bildas olika våglängder. . Och när det gäller ljuset resulterar det med att ljuset är svag på vissa ställen och starkt på andra att det bildas ett mönster av ljusa och mörka streck på andra sidan. Detta är, om jag förstått rätt, de olika våglängderna.

I skrivandets stund har den knepiga formeln hjälpt mig att förstå hur ett diffraktionsgitter fungerar. Det enda jag inte nämn hittills är sin. Det har att göra med pytagoras sats, som du kanske mins från grundskolan eller gymnasiet? SIN är alltså en trogonometrisk funktion. Det har att göra med vinkeln mellan ljusets spridning och centralmax.

Men jag har ärligt talat ingen aning om hur jag ska använda mig av den här formeln – till vilken nytta ska jag kunna räkna på den? Vad ska formeln egentligen berätta för mig? Och framför allt – behöver jag verkligen förstå det för att kunna bygga en spektrofotometer? Tveksamt…  Men jag får väl svar på den frågan under resans gång, tänker jag.

Men det blir ett annat gitter… 

Nu har jag alltså varit i kontakt med folk och fått fina tips på vad jag ska ha till min spektrofotomter. Jag kommer inte köpa det där diffraktionsgittret med 16oo linjer per mm, som jag skrev om sist. I stället kommer jag troligen att köpa ett gitter som är som en lins man kan sätta på objektivet till en vanlig digitalkamera. Man tar ett foto, och på det fotot hamnar ljuset som syns i olika färger (olika våglängder). Sedan har man en mjukvara som kan tolka de olika våglängderna och göra om dem till grafer och siffror. På det viset kan man få reda på exakt vilka ämnen som finns….. Programmet har till och med ”mallar” för olika ämnen så att man kan jämföra de kurvor man har med kurvor för olika ämnen.. det gör det lättare att bestämma vilket ämne man har. Och vill man kan man rikta kameran upp mot himlen, ta en bild på en stjärna och sedan tolka bilden med hjälp av programmet. Och så vet man vad stjärnan består av, och hur långt bort den befinner sig. Men – nu är jag ju inte astrolog, utan biomedicinsk analytiker! Så vi gör väl så att vi håller oss till de kroppsliga ämnena tycker jag!

Och på mjukvaran jag är såååååå sugen på hittar du på webbsidan Rspec, om du tittar i min källförteckning. Det fanns tyvärr inget sätt att infoga den filmen här…

Källa:

Karlsson, N. Presentationsmaterial. Ljus som vågrörelse – Fysik B.  2009 . (Hämtad 2017-04-22).

Matteboken. En gratistjänst från Mattecentrum. Trigonometri. (Hämtad 2017-04-19).

Pedersen, L. Gleerups Formler och Tabeller. Malmö: Gleerups Förlag. 2009.

Field Tested Systems, LLC. Rspec-Astro. 2017. (Hämtad 2017-04-24).

Westra, M T. En ny syn på ljus: bygg din egen spektrometer. ScienceinSchool. The European journal for science teachers. 15 juni 2007, issue 4. (Hämtad 2017-04-22).

4 comments

  1. Hej!

    Var får du tag på Diffraktionsgitter? Finns det tillverkare i Sverige? Jag är designer och letar efter gitter och linser för att förändra ljus!

  2. Tänk på att kameror kan ha ett IR filter över sensorn. Hitta en kamera där IR filtret lätt går att ta bort, om nu mjukvaran kräver en kamera med full spektrum.

    1. Hej Johanna och tack för reflektionen. Jag ska tänka på det, men de vanligaste är att vi som arbetar som biomedicinska analytiker vill analysera ljus inom det synliga spektrat. Därför tror jag inte att IR-filtret blir ett problem. Men de är bra att veta, för jag har mycket att fundera på och ändrar hela tiden mina antaganden. Tack!

Vad tycker du?