O que é um Espectrómetro?

Um espectrómetro é um instrumento que é usado para medir a variação das características físicas sobre uma determinada gama, como a dispersão da luz. Pode medir o espectro da relação massa-carga num espectrómetro de massa, as diferentes frequências de ressonância nuclear num espectrómetro de RMN, ou a variação da emissão e absorção da luz – com um comprimento de onda num espectrómetro ótico.

O tipo mais comum de espectrómetro que é usado para pesquisa é ótico, como a dispersão da luz através de um prisma. Se alguém menciona “espectrómetro” sem adicionar uma qualificação, normalmente refere-se a um espectrómetro ótico.

Como funciona um espectrómetro ótico?

O objetivo de um espectrómetro ótico, como um espectrómetro de prisma, é medir a absorção, a dispersão e o reflexo da radiação, juntamente com a emissão de radiação eletromagnética a partir de uma amostra; a emissão pode incluir fosforescência, fluorescência e eletroluminescência.

A análise espectroscópica trata da observação da radiação eletromagnética que se insere na região ótica do espectro eletromagnético; isto inclui as luzes que se estendem dentro das regiões visíveis, ultravioletas e de comprimento de onda infravermelhos de um espectro.

Para obter a máxima informação, a emissão de luz ou a interação devem ser indicadas como uma característica geral e uma função normal do comprimento de onda. Se a secção de comprimento de onda exata não for importante, pode optar por espectrómetros de baixo custo; aqui, os filtros óticos isolarão o comprimento de onda de acordo com a região interessada.

Se o comprimento de onda preciso for uma prioridade, você vai querer usar um elemento dispersivo que consegue separar a luz em um espectro de geração e comprimentos de onda constituintes.

Todos os espectrómetros modernos incluem a dispersão da luz, é uma grade de difração que tem interferência destrutiva e construtiva. Estas interferências são usadas para separar a luz policromática, espacialmente, na grelha.

Um monocromático é uma unidade que é utilizada para selecionar um comprimento de onda de luz específico a partir de uma fonte de luz policromática; as grades de difração são características essenciais num monocromador. O monocromador roda a grelha de difração para manipular e alterar o comprimento de onda de modo a que se alinhe e passe pela fenda de saída.

Todos os espectrofometros têm monocromadores de excitação, são utilizados para selecionar o comprimento de onda de saída desejado para alcançar a amostra de fonte de luz branca. Os espectros são medidos alterando o sinal em função do comprimento de onda de excitação e digitalizando o monocromador.

Há duas abordagens usadas para detetar a luz emitida por uma amostra. A primeira abordagem inclui um monocromador de emissão, toma a fonte de luz a partir de uma amostra e o monocromador seleciona qual o comprimento de onda que atinge o detetor.

A segunda abordagem inclui a deteção de um espectro de luz dispersa, simultaneamente; isto é feito usando um detetor de matrizes, que é chamado de espectrógrafo.

Tipos de espectrómetros óticos

Depois de compreendermos o que é um espectrómetro e o papel que desempenha na dispersão da luz, podemos agora aprender sobre os vários tipos de espectrómetros, os seus desenhos básicos e os seus papéis. Os três espectrómetros comuns incluem espectrómetros raman, espectrofluorómetros e espectrofotómetros.

Espectrómetros Raman

O espectrómetro Raman é utilizado para a análise espectroscópica da luz a partir de uma amostra. A luz branca e a excitação do monocromador prisma são substituídas por um laser; há duas razões para isto.

Em primeiro lugar, “Raman” é um efeito de dispersão e a luz não é absorvida pela amostra. Por isso, não precisará de uma fonte luminosa incapaz de banda larga para combinar com as características de absorção. Em segundo lugar, o efeito Raman é mais fraco do que a fluorescência e fontes que incluem um fluxo de fotões elevado.

Espectrómetro

Isto também é conhecido como Fluorescence/Espectrómetro de Fotoluminescência e é usado para medir a emissão de fluorescência de uma amostra. Existe uma convenção geral de que o espectrofluormetro é um instrumento compacto de bancada e o seu tamanho é semelhante ao espectrofotómetro.

O lado da excitação desta unidade é semelhante ao espectrofotómetro, o que significa que inclui uma fonte de luz branca e um monocromador de excitação. As lâmpadas de arco são usadas como fonte de luz porque tem uma alta gama de brilho que pode ser útil para medir qualquer emissão de fluorescência fraca.

Espectrofotómetro

Este termo pode ser usado para descrever uma variedade de ferramentas que são usadas para medir a luz, a definição exata depende da área científica ou da indústria. O termo ‘foto’ é usado para o espectrómetro porque ajuda na medição quantitativa da intensidade da luz com comprimento de onda.

A medição comum efetuada por este instrumento é a medição do espectro da amostra de absorção. É aqui que ocorre a digitalização do monocromador de excitação, que também monitoriza a mudança na intensidade da luz quando transmitida através de uma amostra.

Compreender a Dispersão da Luz num Espectrómetro

O feixe de luz branca tem de ser resolvido nos seus comprimentos de onda constituintes antes de poder fornecer informações químicas relevantes sobre a estrutura molecular e a composição dos materiais. A propriedade básica da absorvância máxima em comprimentos de onda específicos por diferentes entidades químicas é a base da estimativa química na análise laboratorial de rotina utilizando as técnicas rápidas de análise espectroscópica ótica.

Prismas

Um prisma é um bloco triangular de vidro ou quartzo com superfícies polidas lisas que é usada para dispersar o feixe de luz incidente em seus comprimentos ou cores de onda constituinte.

O vidro absorve a luz na região UV e não é utilizado para estudos de absorvância na gama de comprimentos de onda de cerca de 200 a 350 nm de comprimento de onda. Por outro lado, o quartzo pode ser utilizado tanto em regiões UV como em regiões visíveis. No entanto, embora os prismas ofereçam um meio de dispersão a preços mais baixos, sofrem de dispersão não linear em comprimentos de onda mais longos, ou seja, na extremidade superior da região visível, digamos, de 600 a 800 nm e os comprimentos de onda dispersos parecem estar juntos.

Grales

As grades são superfícies planas em que as ranhuras estão gravadas e a distância entre as ranhuras gravadas ou as linhas são da ordem dos comprimentos de onda da luz a dispersar. As grades são mais caras do que prismas, mas oferecem vantagem, uma vez que a luz dispersa está livre de quaisquer distorções não lineares sobre os comprimentos de onda dispersos.

Monocromador

Um monocromador é um arranjo de elementos óticos usados num espectrómetro para isolar as bandas de comprimento de onda desejadas para a realização de análises espectroscópicas.

A configuração monocromática comumente usada também conhecida como Czerny-Turner ralar monocromador é descrita brevemente. Os principais componentes compreendem:

Entrada Slit – a luz de banda larga da fonte luminosa é colimada a um feixe estreito dependendo da largura da fenda de entrada que é então conduzida a um espelho côncava que reflete e espalha o feixe sobre a superfície da grade.

Ralar – A grelha dispersa o feixe de incidentes nos seus comprimentos de onda constituintes. Uma grade fixa dispersa o feixe de incidente num padrão definido. Por outro lado, a grelha pode ser girada sobre o seu eixo central para espalhar o padrão de difração para cobrir as bandas de comprimento de onda larga. O feixe disperso refletido é levado ao segundo espelho côncava

Saída Slit – a luz dispersa refletida atinge a fenda de saída que está localizada no plano focal do segundo espelho côncava. A largura da fenda de saída pode ser fixada ou pode ser variada para obter a intensidade aumentada da luz para determinações sensíveis. No entanto, a largura da fenda de saída precisa de ser otimizada para obter o melhor de uma intensidade de feixe mais elevada e, ao mesmo tempo, evitar a propagação sobre a faixa de comprimentos de onda do feixe isolado.

Para isolar a faixa de interesse do comprimento de onda e selecionar a largura ideal da fenda de saída, é sempre útil efetuar medições de absorvância experimental antes de efetuar as observações finais em condições ótimas.

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