Спектрометр ( / s p ɛ k ˈ t r ɒ m ɪ t ər / ) — научный прибор, используемый для разделения и измерения спектральных компонентов физического явления. Спектрометр — это широкий термин, часто используемый для описания приборов, которые измеряют непрерывную переменную явления, в котором спектральные компоненты каким-то образом смешаны. В видимом свете спектрометр может разделять белый свет и измерять отдельные узкие полосы цвета, называемые спектром. Масс-спектрометр измеряет спектр масс атомов или молекул, присутствующих в газе. Первые спектрометры использовались для разделения света на массив отдельных цветов. Спектрометры были разработаны в ранних исследованиях 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 .
Оптические спектрометры (часто называемые просто «спектрометрами»), в частности, показывают интенсивность света как функцию длины волны или частоты. Различные длины волн света разделяются путем преломления в призме или путем дифракции на дифракционной решетке . Ультрафиолетово-видимая спектроскопия является примером.
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 узоре наблюдаемых линий, спектральный анализ может выявить состав анализируемого объекта. [1]
Спектрометр, откалиброванный для измерения падающей оптической мощности, называется спектрорадиометром . [ 2]
Оптические эмиссионные спектрометры (часто называемые «ОЭС или спектрометры искрового разряда») используются для оценки металлов с целью определения химического состава с очень высокой точностью. Искра подается через высокое напряжение на поверхность, которое испаряет частицы в плазму. Затем частицы и ионы испускают излучение, которое измеряется детекторами (фотоумножительными трубками) на различных характерных длинах волн.
Некоторые формы спектроскопии включают анализ энергии электронов, а не энергии фотонов. Примером является рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия . [3]
Масс -спектрометр — это аналитический прибор, который используется для определения количества и типа химических веществ, присутствующих в образце, путем измерения отношения массы к заряду и распространенности ионов в газовой фазе . [4]
Энергетический спектр частиц известной массы также может быть измерен путем определения времени пролета между двумя детекторами (и, следовательно, скорости) в времяпролетном спектрометре . В качестве альтернативы, если известна энергия частицы, массы могут быть определены в времяпролетном масс-спектрометре .
Когда быстрая заряженная частица (заряд q , масса m ) входит в постоянное магнитное поле B под прямым углом, она отклоняется на круговую траекторию радиусом r из-за силы Лоренца . Импульс p частицы тогда определяется как
где m и v — масса и скорость частицы. Принцип фокусировки старейшего и простейшего магнитного спектрометра, полукруглого спектрометра, [5] изобретенного Дж. К. Данишем, показан слева. Постоянное магнитное поле перпендикулярно странице. Заряженные частицы с импульсом p , проходящие через щель, отклоняются на круговые траектории радиусом r = p/qB . Оказывается, что все они попадают на горизонтальную линию почти в одно и то же место, фокус; здесь следует разместить счетчик частиц. Изменяя B , можно измерить энергетический спектр альфа-частиц в альфа-частичном спектрометре, бета-частиц в бета-частичном спектрометре, [6] частиц (например, быстрых ионов ) в частицевом спектрометре или измерить относительное содержание различных масс в масс-спектрометре .
Со времен Даныша было разработано много типов магнитных спектрометров, более сложных, чем полукруглый тип. [6]
В общем, разрешение инструмента говорит нам, насколько хорошо могут быть разрешены две близко расположенные энергии (или длины волн, или частоты, или массы). В общем, для инструмента с механическими щелями более высокое разрешение будет означать более низкую интенсивность.
OpenStax, Астрономия. ОпенСтакс. 13 октября 2016 г. <http://cnx.org/content/col11992/latest/>
