Che cos’è uno spettrometro?

Uno spettrometro è uno strumento utilizzato per misurare la variazione di caratteristiche fisiche su un determinato intervallo, come la dispersione della luce. Può misurare lo spettro del rapporto massa/carica in uno spettrometro di massa, le diverse frequenze di risonanza nucleare in uno spettrometro NMR o la variazione nell’emissione e nell’assorbimento della luce, con una lunghezza d’onda in uno spettrometro ottico.

Il tipo più comune di spettrometro utilizzato per la ricerca è quello ottico, come la dispersione della luce attraverso un prisma. Se qualcuno menziona “spettrometro” senza aggiungere un qualificatore, di solito si riferisce a uno spettrometro ottico.

Come funziona uno spettrometro ottico?

L’obiettivo di uno spettrometro ottico, come uno spettrometro a prisma, è misurare l’assorbimento, la dispersione e la riflessione della radiazione insieme all’emissione di radiazione elettromagnetica da un campione; l’emissione può includere fosforescenza, fluorescenza ed elettroluminescenza.

L’analisi spettroscopica si occupa dell’osservazione della radiazione elettromagnetica che ricade nella regione ottica dello spettro elettromagnetico; questo include le luci che si estendono all’interno delle regioni di lunghezza d’onda del visibile, dell’ultravioletto e dell’infrarosso di uno spettro.

Per ottenere la massima informazione, l’emissione di luce o l’interazione dovrebbe essere indicata come caratteristica generale e funzione normale della lunghezza d’onda. Se la sezione precisa della lunghezza d’onda non è importante, puoi optare per spettrometri a basso costo; qui, i filtri ottici isoleranno la lunghezza d’onda in base alla regione interessata.

Se la lunghezza d’onda precisa è una priorità, ti consigliamo di utilizzare un elemento dispersivo che riesca a separare la luce in spettri di generazione e lunghezze d’onda costituenti.

Tutti gli spettrometri moderni includono la dispersione della luce, è un reticolo di diffrazione che ha interferenze distruttive e costruttive. Queste interferenze vengono utilizzate per separare la luce policromatica, spazialmente, sul reticolo.

Un monocromatore è un’unità che viene utilizzata per selezionare una specifica lunghezza d’onda della luce da una sorgente di luce policromatica; I reticoli di diffrazione sono caratteristiche essenziali in un monocromatore. Il monocromatore ruota il reticolo di diffrazione per manipolare e modificare la lunghezza d’onda in modo che si allinei e passi attraverso la fessura di uscita.

Tutti gli spettrofotometri hanno monocromatori di eccitazione, vengono utilizzati per selezionare la lunghezza d’onda in uscita desiderata per raggiungere il campione della sorgente di luce bianca. Gli spettri vengono misurati modificando il segnale in funzione della lunghezza d’onda di eccitazione e scansionando il monocromatore.

Esistono due approcci utilizzati per rilevare la luce emessa da un campione. Il primo approccio include un monocromatore di emissione, prende la sorgente di luce da un campione e il monocromatore seleziona quale lunghezza d’onda raggiunge il rivelatore.

Il secondo approccio include il rilevamento simultaneo di uno spettro di luce dispersa; questo viene fatto utilizzando un rivelatore a matrice, chiamato spettrografo.

Tipi di spettrometri ottici

Dopo aver compreso cos’è uno spettrometro e il ruolo che svolge nella dispersione della luce, ora possiamo conoscere i vari tipi di spettrometri, i loro progetti di base e i loro ruoli. I tre spettrometri comuni includono spettrometri Raman, spettrofluorimetri e spettrofotometri.

Spettrometri Raman

Lo spettrometro Raman viene utilizzato per l’analisi spettroscopica della luce da un campione. La luce bianca e l’eccitazione del prisma monocromatore vengono sostituite con un laser; Ci sono due ragioni per questo.

In primo luogo, “Raman” è un effetto di dispersione e la luce non viene assorbita dal campione. Quindi, non avrai bisogno di una sorgente di luce sintonizzabile a banda larga per abbinare le caratteristiche di assorbimento. In secondo luogo, l’effetto Raman è più debole della fluorescenza e delle sorgenti che includono un flusso di fotoni elevato.

Spettrofluorimetro

Questo è anche noto come spettrometro a fluorescenza/fotoluminescenza e viene utilizzato per misurare l’emissione di fluorescenza da un campione. Esiste una convenzione generale secondo cui lo spettrofluorimetro è uno strumento da banco compatto e le sue dimensioni sono simili allo spettrofotometro.

Il lato di eccitazione di questa unità è simile allo spettrofotometro, il che significa che include una sorgente di luce bianca e un monocromatore di eccitazione. Le lampade ad arco sono utilizzate come sorgente luminosa perché ha un’elevata gamma di luminosità che può essere utile per misurare qualsiasi debole emissione di fluorescenza.

Spettrofotometro

Questo termine può essere utilizzato per descrivere una varietà di strumenti utilizzati per misurare la luce, la definizione esatta dipende dall’area scientifica o dall’industria. Il termine “foto” viene utilizzato per lo spettrometro perché aiuta nella misurazione quantitativa dell’intensità della luce con la lunghezza d’onda.

La misurazione comune eseguita da questo strumento è la misurazione dello spettro del campione di assorbimento. È qui che avviene la scansione del monocromatore di eccitazione, che monitora anche la variazione dell’intensità della luce quando trasmessa attraverso un campione.

Comprendere la dispersione della luce in uno spettrometro

Il raggio incidente di luce bianca deve essere risolto nelle sue lunghezze d’onda costituenti prima che possa fornire informazioni chimiche rilevanti sulla struttura molecolare e sulla composizione dei materiali. La proprietà di base della massima assorbanza a lunghezze d’onda specifiche da parte di diverse entità chimiche è la base della stima chimica nelle analisi di laboratorio di routine utilizzando le tecniche di analisi spettroscopica ottica rapida.

prismi

Un prisma è un blocco triangolare di vetro o quarzo con superfici lisce e levigate che viene utilizzato per disperdere il raggio di luce incidente nelle lunghezze d’onda o nei colori che lo costituiscono.

Il vetro assorbe la luce nella regione UV e non viene utilizzato per studi sull’assorbanza nell’intervallo di lunghezze d’onda da circa 200-350 nm. D’altra parte il quarzo può essere utilizzato sia sulle regioni UV che visibili. Tuttavia, sebbene i prismi offrano un mezzo di dispersione a basso prezzo, soffrono di dispersione non lineare a lunghezze d’onda più lunghe, cioè, all’estremità superiore nella regione del visibile, ad esempio, da 600 – 800 nm e le lunghezze d’onda disperse sembrano essere ravvicinate

Grate

I reticoli sono superfici piane su cui sono incise delle scanalature e la distanza tra le scanalature o le linee incise è dell’ordine delle lunghezze d’onda della luce da disperdere. I reticoli sono più costosi dei prismi ma offrono un vantaggio in quanto la luce dispersa è esente da distorsioni non lineari sulle lunghezze d’onda disperse.

Monocromatore

Un monocromatore è una disposizione di elementi ottici utilizzati in uno spettrometro per isolare le bande di lunghezza d’onda desiderate per l’esecuzione dell’analisi spettroscopica.

Viene brevemente descritta la configurazione monocromatica comunemente usata, nota anche come monocromatore a reticolo di Czerny-Turner. I componenti principali comprendono:

Fessura d’ingresso: la luce a banda larga della sorgente luminosa viene collimata in un raggio stretto a seconda della larghezza della fessura d’ingresso, che viene quindi condotto a uno specchio concavo che riflette e diffonde il raggio sulla superficie del reticolo.

Reticolo – Il reticolo disperde il raggio incidente nelle sue lunghezze d’onda costituenti. Un reticolo fisso disperde il raggio incidente secondo uno schema definito. D’altra parte, il reticolo può essere ruotato sul suo asse centrale per diffondere il pattern di diffrazione per coprire ampie bande di lunghezze d’onda. Il raggio disperso riflesso viene condotto al secondo specchio concavo

Fessura di uscita: la luce dispersa riflessa raggiunge la fenditura di uscita che si trova sul piano focale del secondo specchio concavo. La larghezza della fessura di uscita può essere fissa o variata per ottenere la maggiore intensità della luce per determinazioni sensibili. Tuttavia, la larghezza della fenditura di uscita deve essere ottimizzata per ottenere il meglio da una maggiore intensità del raggio e allo stesso tempo per evitare la diffusione sulla banda di lunghezze d’onda del raggio isolato.

Per isolare la banda di lunghezze d’onda di interesse e per selezionare la larghezza ottimale della fenditura di uscita è sempre utile eseguire misure di assorbanza di prova prima di effettuare le osservazioni finali in condizioni ottimali.

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