Espectrómetro

Un espectrómetro es un instrumento científico utilizado para separar y medir los componentes espectrales de un fenómeno físico. Espectrómetro es un término amplio que se usa a menudo para describir instrumentos que miden una variable continua de un fenómeno donde los componentes espectrales se mezclan de alguna manera. En luz visible, un espectrómetro puede separar la luz blanca y medir bandas estrechas individuales de color, llamadas espectro. Un espectrómetro de masas mide el espectro de las masas de los átomos o moléculas presentes en un gas. Los primeros espectrómetros se utilizaron para dividir la luz en una serie de colores separados. Los espectrómetros se desarrollaron en los primeros estudios de física, astronomía y química. La capacidad de la espectroscopia para determinar la composición química impulsó su avance y sigue siendo uno de sus principales usos.

Ejemplos de espectrómetros son dispositivos que separan partículas, átomos y moléculas por su masa, cantidad de movimiento o energía. Estos tipos de espectrómetros se utilizan en análisis químico y física de partículas.

Tipos de espectrómetro

Espectrómetros ópticos o espectrómetro de emisión óptica

Espectrómetros de absorción óptica

Los espectrómetros ópticos (a menudo llamados simplemente "espectrómetros"), en particular, muestran la intensidad de la luz en función de la longitud de onda o de la frecuencia. Las diferentes longitudes de onda de la luz se separan por refracción en un prisma o por difracción en una rejilla de difracción. La espectroscopia ultravioleta-visible es un ejemplo.

Estos espectrómetros utilizan el fenómeno de la dispersión óptica. La luz de una fuente puede consistir en un espectro continuo, un espectro de emisión (líneas brillantes) o un espectro de absorción (líneas oscuras). Debido a que cada elemento deja su firma espectral en el patrón de líneas observado, un análisis espectral puede revelar la composición del objeto que se analiza.

Espectrómetros de emisión óptica

Los espectrómetros de emisión óptica (a menudo llamados "OES o espectrómetros de descarga por chispa") se utilizan para evaluar metales para determinar la composición química con una precisión muy alta. Se aplica una chispa a través de un alto voltaje en la superficie que vaporiza las partículas en un plasma. Luego, las partículas y los iones emiten radiación que se mide mediante detectores (tubos fotomultiplicadores) en diferentes longitudes de onda características.

Espectroscopia electrónica

Algunas formas de espectroscopia implican el análisis de la energía de los electrones en lugar de la energía de los fotones. La espectroscopia de fotoelectrones de rayos X es un ejemplo.

Espectrómetro de masas

Un espectrómetro de masas es un instrumento analítico que se utiliza para identificar la cantidad y el tipo de sustancias químicas presentes en una muestra midiendo la relación masa-carga y la abundancia de iones en fase gaseosa.

Espectrómetro de tiempo de vuelo

El espectro de energía de partículas de masa conocida también se puede medir determinando el tiempo de vuelo entre dos detectores (y por lo tanto, la velocidad) en un espectrómetro de tiempo de vuelo. Alternativamente, si se conoce la velocidad, las masas se pueden determinar en un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo.

Espectrómetro magnético

Cuando una partícula con carga rápida (carga q, masa m) entra en un campo magnético constante B en ángulo recto, se desvía en una trayectoria circular de radio r, debido a la fuerza de Lorentz. El momento p de la partícula está dado por,

donde m y v son la masa y la velocidad de la partícula. El principio de enfoque del espectrómetro magnético más antiguo y simple, el espectrómetro semicircular, inventado por JK Danisz, se muestra a la izquierda. Un campo magnético constante es perpendicular a la página. Las partículas cargadas de cantidad de movimiento p que pasan por la rendija se desvían en trayectorias circulares de radio r = p/qB. Resulta que todos golpean la línea horizontal casi en el mismo lugar, el foco; aquí se debe colocar un contador de partículas. Variando B, esto permite medir el espectro de energía de las partículas alfa en un espectrómetro de partículas alfa, de las partículas beta en un espectrómetro de partículas beta,de partículas (por ejemplo, iones rápidos) en un espectrómetro de partículas, o para medir el contenido relativo de las diversas masas en un espectrómetro de masas.

Desde la época de Danysz, se han ideado muchos tipos de espectrómetros magnéticos más complicados que el tipo semicircular.

Resolución

Generalmente, la resolución de un instrumento nos dice qué tan bien se pueden resolver dos energías cercanas (o longitudes de onda, frecuencias o masas). Generalmente, para un instrumento con rendijas mecánicas, una resolución más alta significará una intensidad más baja.