Un espectrómetro ( / s p ɛ k t r ɒ m ɪ t ər / ) es un instrumento científico utilizado para separar y medir espectrales componentes 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 en el que los componentes espectrales se mezclan de alguna manera. En luz visible, un espectrómetro puede separar la luz blanca y medir bandas estrechas de color individuales, llamadas espectro. Un espectrómetro de masasmide el espectro de masas de los átomos o moléculas presentes en un gas. Los primeros espectrómetros se utilizaron para dividir la luz en una matriz 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 usos principales. Los espectrómetros se utilizan en astronomía para analizar la composición química de estrellas y planetas , y los espectrómetros recopilan datos sobre el origen del universo .
Ejemplos de espectrómetros son dispositivos que separan partículas , átomos y moléculas por su masa , momento 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 por 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. [1]
Espectrómetros de emisión óptica
Los espectrómetros de emisión óptica (a menudo llamados "OES o espectrómetros de descarga de 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.
Espectroscopía 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 productos químicos presentes en una muestra midiendo la relación masa-carga y la abundancia de iones en fase gaseosa . [2]
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 .
Espectrometro magnetico
Cuando una partícula de carga rápida (carga q , masa m ) entra en un campo magnético constante B en ángulo recto, se desvía hacia una trayectoria circular de radio r , debido a la fuerza de Lorentz . El momento p de la partícula viene dado por
- ,
donde m y v son masa y la velocidad de la partícula. El principio de enfoque del espectrómetro magnético más antiguo y simple, el espectrómetro semicircular, [3] inventado por JK Danisz, se muestra a la izquierda. Un campo magnético constante es perpendicular a la página. Las partículas cargadas de momento p que pasan por la rendija se desvían en trayectorias circulares de radio r = p / qB . Resulta que todos golpean la línea horizontal en casi el mismo lugar, el foco; aquí debe colocarse un contador de partículas. Variando B , esto hace posible 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, [4] de las partículas (por ejemplo, iones rápidos ) en un espectrómetro de partículas, o medir el relativo contenido de las distintas 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. [4]
Resolución
Generalmente, la resolución de un instrumento nos dice qué tan bien se pueden resolver dos energías cercanas (o longitudes de onda, o frecuencias o masas). Generalmente, para un instrumento con rendijas mecánicas, una resolución más alta significará una intensidad más baja.
Ver también
- Espectrómetro óptico
- Espectrómetro de imágenes
- Espectrorradiómetro
Referencias
- ^ OpenStax, Astronomía. OpenStax. 13 de octubre de 2016. < http://cnx.org/content/col11992/latest/ >
- ^ "espectrómetro de masas" (PDF) . Compendio de terminología química de la IUPAC . 2009. doi : 10.1351 / goldbook.M03732 . ISBN 978-0-9678550-9-7.
- ↑ Jan Kazimierz Danysz , Le Radium 9, 1 (1912); 10, 4 (1913)
- ^ a b K. Siegbahn, Espectroscopia de rayos alfa, beta y gamma, North-Holland Publishing Co. Amsterdam (1966)