Спектрометр - Spectrometer

XPS - спектрометр

Спектрометр ( / сек р ɛ к т г ɒ м ɪ т ər / ) является научным инструментом , используемым для разделения и измерения спектральных компонентов физического явления. Спектрометр - это широкий термин, часто используемый для описания инструментов, которые измеряют непрерывную переменную явления, в котором спектральные компоненты так или иначе смешаны. В видимом свете спектрометр может разделять белый свет и измерять отдельные узкие полосы цвета, называемые спектром. А масс - спектрометр измеряет спектр масс атомов или молекул , присутствующих в газе. Первые спектрометры использовались для разделения света на набор отдельных цветов. Спектрометры были разработаны на ранних этапах изучения физики , астрономии и химии . Способность спектроскопии определять химический состав стимулировала ее развитие и продолжает оставаться одним из основных ее применений. Спектрометры используются в астрономии для анализа химического состава звезд и планет , а спектрометры собирают данные о происхождении Вселенной .

Примерами спектрометров являются устройства, которые разделяют частицы , атомы и молекулы по их массе , импульсу или энергии . Эти типы спектрометров используются в химическом анализе и физике элементарных частиц .

Типы спектрометров

Оптические спектрометры или оптико-эмиссионный спектрометр

Спектр света, излучаемого дейтериевой лампой, в УФ, видимой и ближней инфракрасной частях электромагнитного спектра.

Спектрометры оптического поглощения

В частности, оптические спектрометры (часто называемые просто «спектрометры») показывают интенсивность света как функцию длины волны или частоты. Световые волны разных длин разделяются преломлением в призме или дифракцией на дифракционной решетке . Примером может служить ультрафиолетовая видимая спектроскопия .

В этих спектрометрах используется явление оптической дисперсии . Свет от источника может состоять из непрерывного спектра , спектра излучения (яркие линии) или спектра поглощения (темные линии). Поскольку каждый элемент оставляет свою спектральную сигнатуру в виде наблюдаемых линий, спектральный анализ может выявить состав анализируемого объекта.

Оптико-эмиссионные спектрометры

Оптико-эмиссионные спектрометры (часто называемые «спектрометрами OES или искрового разряда») используются для оценки металлов с целью определения химического состава с очень высокой точностью. Искра подается через высокое напряжение на поверхность, которая превращает частицы в плазму. Затем частицы и ионы испускают излучение, которое измеряется детекторами (фотоэлектронными умножителями) на различных характерных длинах волн.

Электронная спектроскопия

Некоторые формы спектроскопии включают анализ энергии электронов, а не энергии фотонов. Примером может служить рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия .

Масс-спектрометр

Масс - спектрометр представляет собой аналитический инструмент , который используется для идентификации количества и типа химических веществ , присутствующих в образце путем измерения отношения массы к заряду и обилие газофазных ионов .

Времяпролетный спектрометр

Энергетический спектр частиц известной массы также может быть измерен путем определения времени пролета между двумя детекторами (и, следовательно, скорости) во времяпролетном спектрометре . В качестве альтернативы, если скорость известна, массы могут быть определены с помощью времяпролетного масс-спектрометра .

Магнитный спектрометр

Положительно заряженная частица, движущаяся по окружности под действием силы Лоренца F

Когда быстрая заряженная частица (заряд q , масса m ) попадает в постоянное магнитное поле B под прямым углом, она отклоняется по круговой траектории радиуса r из-за силы Лоренца . Тогда импульс p частицы определяется выражением

,
Фокус магнитного полукруглого спектрометра

где m и v - масса и скорость частицы. Слева показан принцип фокусировки самого старого и простейшего магнитного спектрометра, полукруглого спектрометра, изобретенного Дж. К. Данишем. Постоянное магнитное поле расположено перпендикулярно странице. Заряженные частицы с импульсом p , проходящие через щель, отклоняются по круговым траекториям радиуса r = p / qB . Оказывается, все они попадают в горизонтальную линию почти в одном месте - в фокус; здесь следует разместить счетчик частиц. Варьируя B , это позволяет измерять энергетический спектр альфа-частиц в спектрометре альфа-частиц, бета-частиц в спектрометре бета-частиц, частиц (например, быстрых ионов ) в спектрометре частиц или измерять относительное содержание различные массы в масс-спектрометре .

Со времен Даниша было разработано много типов магнитных спектрометров более сложных, чем полукруглый тип.

разрешение

Как правило, разрешение инструмента говорит нам, насколько хорошо могут быть разрешены две близко расположенные энергии (или длины волн, или частоты, или массы). Как правило, для инструмента с механическими щелями более высокое разрешение означает меньшую интенсивность.

Смотрите также

Ссылки