Spektrometer - Spectrometer

Et XPS- spektrometer

A spektrometer ( / s p ɛ k t r ɒ m ɪ t ər / ) er et vitenskapelig instrument som brukes for å separere og måle spektrale komponenter av et fysisk fenomen. Spektrometer er et bredt begrep som ofte brukes til å beskrive instrumenter som måler en kontinuerlig variabel av et fenomen der spektralkomponentene på en eller annen måte er blandet. I synlig lys kan et spektrometer skille hvitt lys og måle individuelle smale fargebånd, kalt spektrum. Et massespektrometer måler spekteret av massene til atomene eller molekylene som er tilstede i en gass. De første spektrometrene ble brukt til å dele lys i en rekke separate farger. Spektrometre ble utviklet i tidlige studier av fysikk , astronomi og kjemi . Evnen til spektroskopi for å bestemme kjemisk sammensetning drev fremdriften og fortsetter å være en av dens primære bruksområder. Spektrometre brukes i astronomi for å analysere den kjemiske sammensetningen av stjerner og planeter , og spektrometre samler inn data om universets opprinnelse .

Eksempler på spektrometre er enheter som skiller partikler , atomer og molekyler etter masse , momentum eller energi . Disse typene spektrometre brukes i kjemisk analyse og partikkelfysikk .

Typer spektrometer

Optiske spektrometre eller Optisk utslippsspektrometer

Spektrum av lys som sendes ut av en deuteriumlampe i UV, synlig og nær infrarød del av det elektromagnetiske spekteret.

Optiske absorpsjonsspektrometre

Optiske spektrometre (ofte bare kalt "spektrometer"), spesielt, viser intensiteten av lys som en funksjon av bølgelengde eller frekvens. De forskjellige bølgelengdene av lys skilles fra ved brytning i et prisme eller ved diffraksjon ved et diffraksjonsgitter . Ultrafiolett-synlig spektroskopi er et eksempel.

Disse spektrometrene benytter fenomenet optisk dispersjon . Lyset fra en kilde kan bestå av et kontinuerlig spektrum , et emisjonsspektrum (lyse linjer) eller et absorpsjonsspektrum (mørke linjer). Fordi hvert element etterlater sin spektral signatur i mønsteret av observerte linjer, kan en spektral analyse avsløre sammensetningen av objektet som analyseres.

Optiske utslippsspektrometre

Optiske utslippsspektrometre (ofte kalt "OES eller gnistutladningsspektrometre") brukes til å evaluere metaller for å bestemme den kjemiske sammensetningen med meget høy nøyaktighet. En gnist påføres gjennom en høy spenning på overflaten som fordamper partikler til et plasma. Partiklene og ionene avgir deretter stråling som måles av detektorer (fotomultiplikatorrør) med forskjellige karakteristiske bølgelengder.

Elektron spektroskopi

Noen former for spektroskopi involverer analyse av elektronenergi i stedet for fotonenergi. Røntgenfotoelektronspektroskopi er et eksempel.

Massespektrometer

Et massespektrometer er et analytisk instrument som brukes til å identifisere mengden og typen kjemikalier som er tilstede i en prøve ved å måle masse-til-ladningsforholdet og overflod av gassfase- ioner .

Time-of-flight spektrometer

Energispektret av partikler med kjent masse kan også måles ved å bestemme flytiden mellom to detektorer (og dermed hastigheten) i et fly-tid-spektrometer . Alternativt, hvis hastigheten er kjent, kan massene bestemmes i et fly-tid-massespektrometer .

Magnetisk spektrometer

En positiv ladet partikkel som beveger seg i en sirkel under påvirkning av Lorentz-kraften F

Når en hurtigladet partikkel (ladning q , masse m ) kommer inn i et konstant magnetfelt B i rett vinkel, blir det avbøyd i en sirkulær bane med radius r , på grunn av Lorentz-kraften . Momentet p av partikkelen er gitt av

,
Fokus på et magnetisk halvsirkelformet spektrometer

hvor m og v er massen og hastigheten til partikkelen. Fokuseringsprinsippet til det eldste og enkleste magnetiske spektrometeret, det halvsirkelformede spektrometeret, oppfunnet av JK Danisz, vises til venstre. Et konstant magnetfelt er vinkelrett på siden. Ladede partikler med momentum p som passerer spalten avbøyes i sirkulære baner med radius r = p / qB . Det viser seg at de alle traff den horisontale linjen på nesten samme sted, fokus; her skal en partikkelteller plasseres. Varierende B gjør dette mulig å måle energispektret til alfapartikler i et alfapartikkelspektrometer, betapartikler i et betapartikkelspektrometer, av partikler (f.eks. Raske ioner ) i et partikkelspektrometer, eller å måle det relative innholdet av forskjellige masser i et massespektrometer .

Siden Danysz 'tid er det utviklet mange typer magnetiske spektrometre som er mer kompliserte enn den halvcirkelformede typen.

Vedtak

Generelt forteller oppløsningen til et instrument hvor godt to nærliggende energier (eller bølgelengder, eller frekvenser eller masser) kan løses. Generelt, for et instrument med mekaniske spalter, vil høyere oppløsning bety lavere intensitet.

Se også

Referanser