Спектрометр ( / s p ɛ k ˈ t r ɒ m ɪ t ər / ) — научный прибор, используемый для разделения и измерения спектральных составляющих физического явления. Спектрометр — это широкий термин, часто используемый для описания приборов, измеряющих непрерывную переменную явления, в котором спектральные компоненты каким-то образом смешаны. В видимом свете спектрометр может разделять белый свет и измерять отдельные узкие цветовые полосы, называемые спектром. Масс -спектрометр измеряет спектр масс атомов или молекул, присутствующих в газе. Первые спектрометры использовались для разделения света на множество отдельных цветов. Спектрометры были разработаны на ранних этапах изучения физики , астрономии и химии . Способность спектроскопии определять химический состав способствовала ее развитию и продолжает оставаться одним из ее основных применений. Спектрометры используются в астрономии для анализа химического состава звезд и планет , а также для сбора данных 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 .
Оптические спектрометры (часто называемые просто «спектрометрами»), в частности, показывают интенсивность света как функцию длины волны или частоты. Различные длины волн света разделяются за счет преломления в призме или дифракции на дифракционной решетке . Примером может служить ультрафиолетово-видимая спектроскопия .
Эти спектрометры используют 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 подпись в структуре наблюдаемых линий, спектральный анализ может выявить состав анализируемого объекта. [1]
Спектрометр, откалиброванный для измерения падающей оптической мощности, называется спектрорадиометром . [2]
Оптически-эмиссионные спектрометры (часто называемые «ОЭС или спектрометрами искрового разряда») используются для оценки металлов с целью определения химического состава с очень высокой точностью. На поверхность подается искра под высоким напряжением, которая испаряет частицы в плазму. Частицы и ионы затем излучают излучение, которое измеряется детекторами (фотоумножителями) на различных характеристических длинах волн.
Некоторые формы спектроскопии включают анализ энергии электронов, а не энергии фотонов. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия является примером.
Масс -спектрометр — это аналитический прибор, который используется для определения количества и типа химических веществ, присутствующих в образце, путем измерения отношения массы к заряду и содержания ионов в газовой фазе . [3]
Энергетический спектр частиц известной массы также можно измерить, определив время пролета между двумя детекторами (и, следовательно, скорость) во времяпролетном спектрометре . Альтернативно, если энергия частицы известна, массы можно определить с помощью времяпролетного масс-спектрометра .
Когда быстрая заряженная частица (заряд q , масса m ) входит в постоянное магнитное поле B под прямым углом, она отклоняется по круговой траектории радиуса r под действием силы Лоренца . Тогда импульс p частицы определяется выражением
где m и v — масса и скорость частицы. Слева показан принцип фокусировки старейшего и простейшего магнитного спектрометра — полукруглого спектрометра [4] , изобретенного И.К. Данишем. Постоянное магнитное поле перпендикулярно странице. Заряженные частицы с импульсом p , проходящие через щель, отклоняются по круговым траекториям радиуса r = p/qB . Оказывается, все они попадают на горизонтальную линию почти в одном и том же месте — в фокусе; здесь следует разместить счетчик частиц. Варьируя B , это позволяет измерять энергетический спектр альфа-частиц в спектрометре альфа-частиц, бета-частиц в спектрометре бета-частиц, [5] частиц (например, быстрых ионов ) в спектрометре частиц или измерять относительную содержание различных масс в масс-спектрометре .
Со времен Даниша было изобретено множество типов магнитных спектрометров, более сложных, чем полукруглый. [5]
Как правило, разрешение прибора говорит нам, насколько хорошо можно разрешить две близко расположенные энергии (или длины волн, или частоты, или массы). Как правило, для прибора с механическими щелями более высокое разрешение означает меньшую интенсивность.
OpenStax, Астрономия. ОпенСтакс. 13 октября 2016 г. <http://cnx.org/content/col11992/latest/>
