Спектрометры

Спектрометр — аналитический прибор, применяемый в научных спектроскопических исследованиях для накопления массива спектральных данных, его количественной обработки и последующего анализа с помощью разнообразных аналитических методов, применяемый в разнообразных отраслях деятельности человека. 

 

Подкатегория

Рентгенофлуоресцентный метод спектрального анализа основан на сборе и анализе спектра, полученного после возбуждения характеристического рентгеновского излучения, которое возникает при переходе атома из возбуждённого в основное состояние. Атомы разных элементов испускают фотоны со строго определёнными энергиями, измерив которые можно определить качественный элементный состав. Для измерения количества элемента регистрируется интенсивность излучения с определённой энергией.

Масс-спектрометрия это метод исследования вещества, основанный на определении отношения массы к заряду ионов, образующихся при ионизации представляющих интерес компонентов пробы. Масс-спектральный анализ является одним из мощнейших способов качественной и количественной идентификации веществ. Масс-спектрометрия — это «взвешивание» молекул, находящихся в пробе.

Метод инфракрасной спектроскопии является одним из самых мощных методов идентификации органических веществ в органической и аналитической химии. Инфракрасный анализ может проводиться как качественный и количественный. Двухлучевая ИК спектрофотометрия может быть использована для получения спектров ИК-поглощения и отражения веществ в широком спектральном диапазоне 4000 ~ 400 см-1. Это мощный метод для анализа структур образцов в таких индустриях, как нефтяная, химическая инженерия, фармацевтика, здравоохранение и защита окружающей среды.

 

Атомно-абсорбционные спектрометры (ААС) — приборы, предназначенные для проведения количественного элементного анализа (до 70 элементов) по атомным спектрам поглощения, в первую очередь для определения содержания металлов в растворах их солей: в природных и сточных водах, в растворах-минерализатах консистентных продуктов, технологических и прочих растворах. Принцип действия атомно-абсорбционного спектрометра основан на измерении величины поглощения луча света определенной (резонансной) длины волны от источника, проходящего через атомный пар исследуемой пробы.

ICP спектрометр для возбуждения использует индуктивно-связанную плазму (ИСП) – это тип газового разряда, возбуждаемого переменным магнитным полем при помощи индукционной катушки. ИСП используется в спектроскопии для определения состава веществ и материалов. В горелку распыляется растворённое анализируемое вещество, попавшие в плазму капельки аэрозоля распадаются на атомы и ионы. Возбужденные в плазме атомы и ионы детектируются методами атомно-эмиссионной спектрометрии. Аналитическая ИСП характеризуется высокой концентрацией электронов порядка 1015 см-3, а также высокой температурой (более 6000 К), что позволяет практически полностью атомизировать любые анализируемые вещества.

Атомно-эмиссионная спектроскопия основана на изучении спектров испускания свободных атомов и ионов в газовой фазе или плазме. Обычно эмиссионные спектры регистрируют в наиболее удобной оптической области длин волн от ~200 до ~1000 нм. АЭС — способ определения элементного состава вещества по оптическим линейчатым спектрам излучения атомов и ионов анализируемой пробы, возбуждаемым в источниках света. В качестве источников света для атомно-эмиссионного анализа используют пламя горелки или различные виды плазмы, включая плазму электрической искры или дуги, плазму лазерной искры, индуктивно-связанную плазму, тлеющий разряд и др.

Лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия, LIBS или LIPS (лазерно-индуцированной плазменная спектроскопии), является аналитическим методом , использующим лазерную абляцию и последующее атомное излучение из плазмы для элементного анализа. Лазерная абляция является в настоящее время единственным элементо-аналитический метод, который предлагает прямой отбор проб из любого материала без пробоподготовки. Так LIBS позволяет проведение многоэлементного анализа практически всех видов материалов (твердых, жидких , газообразных) через атомно-эмиссионную спектроскопию.

Рамановские спектрометры (спектроскопия комбинационного рассеяния) — вид спектрометров, в основе работы которых лежит качественный анализ и количественное измерение исследуемых систем (молекул) к неупругому (рамановскому, или комбинационному) рассеянию монохроматического света. Рамановская спектроскопия заключается в том, что через образец исследуемого вещества пропускают луч с определённой длиной волны, который при контакте с образцом рассеивается. Полученные лучи с использованием специальной линзы собираются в один пучок и далее пропускаются через светофильтр, отделяющий несильные слабые (0,001 % интенсивности) рамановские лучи от более сильных интенсивных (99,999 %) рэлеевских. Рамановские лучи усиливаются и направляются на детектор, который фиксирует их частоту и интенсивность. Далее по рамановскому спектру определяют химический состав компонент, входящих в состав образца.

 

Ультрафиолетовый спектрометр — оптический спектроскоп, который проводит получение, исследование и анализ спектров испускания, поглощения и отражения в ультрафиолетовой области. 

Энергия фотонов ультрафиолетового и видимого диапазонов спектра довольно высока (1,7—100 эВ или примерно от 100 до 730 нм), чтобы возбудить и перевести электроны органических молекул из основного состояния в возбужденное — со связывающей на внешние разрыхляющие орбитали. Разность энергий между этими состояниями квантуемая, благодаря этому молекулы поглощают фотоны только строго определенной энергии.

В УФ-области поглощают все органические вещества. Как правило, «рабочая» область ультрафиолетового спектрометра составляет интервал 190—730 нм, главным образом от 200 до 380 нм. В этих областях прозрачны оптические материалы для изготовления призм и кювет. Длины волн менее 190 нм (вакуумный ультрафиолет) менее удобен для работы, так как в этой области поглощают компоненты воздуха — кислород и азот, создавая шум для работы УФ спектрометра. Поэтому для работы зачастую используются специальные вакуумные камеры, что делает лабораторную практику более сложной, однако часто бывает незаменимым, например, при исследовании диэлектриков с большой величиной запрещенной зоны.

 

CCD (ПЗС) спектрометр также называют волоконно-оптическим спектрометром, микроспектрометром. Предлагается полная линейка миниатюрных УФ, видимого и ИК диапазонов волоконно-оптических спектрометров, используемых в рамановских системах. Они могут быть настроены вместе с волоконной оптикой, зондами, источниками света и программным обеспечением для применения в спектральной системе. Миркоспектрометры являются идеальным выбором для исследовательских институтов, учебных лабораторий, производителей оборудования для построения спектрального решения. Модульный спектрометр используется для рамановской системы, спектрофотометра, спектрадиометра, измерителя толщины тонкой пленки, анализатора качества воды, анализатора CEMS и т. д.

Спектрометр ядерного магнитного резонанса, ЯМР-спектрометр — спектроскопический прибор для исследования химических материалов, который использует явления ядерного магнитного резонанса. Если анализируемый элемент обладает нечетным порядковым номером или изотоп какого-либо (даже четного) элемента имеет нечетное массовое число, то, как правило, ядро такого элемента обладает спином, отличным от нуля. Ядра и молекулы таких веществ могут возвращаться из возбужденного состояния в нормальное, передавая энергию возбуждения окружающей среде-«решетке», под которой в данном случае понимаются электроны или атомы другого сорта, чем исследуемые. Этот механизм передачи энергии называют спин-решеточной релаксацией, его эффективность может быть охарактеризована постоянной T1, называемой временем спин-решеточной релаксации. Величины T1, T2, T1*, T2* измеряются ЯМР спектрометром и анализируются в дальшейшем.

Гамма спектрометры измеряют энергию отраженных гамма лучей, широким диапазоном от 0.01 KэВ-100 МэВ, позволяет точно измерить мощность дозы гамма-излучения облучения или мощности дозы, отображая в международных единицах µSv / h. Гамма спектрометры применяются в областях экологического выявления радиации, обнаружения радиации, измерение уровня радиационной защиты и др.

Терагерцовый спектрометр (ТГц) – анализатор участка электромагнитного спектра, который находится между микроволновым и дальним ИК-излучением, что соответствует частотному диапазону в диапазоне 0,1-20 ТГц. Благодаря «проникающему» свойству и отсутствию ионизующего эффекта ТГц спектрометрия может использоваться для обнаружения дефектов и выявления изменений плотности в различных материалах. ТГц спектроскопия применяется как в научных задачах по спектроскопии, так и в производстве ТГц для контроля качества выпускаемой продукции и мониторинга оборудования.

Атомно-флуоресцентная спектрометрия - метод количественного элементного анализа по атомным спектрам флуоресценции. Пробу анализируемого в-ва превращают в атомный пар и облучают для возбуждения флуоресценции таким излучением, к-рое поглощают атомы только определяемого элемента (длина волны излучения соответствует энергии электронных переходов этих атомов). Часть возбужденных атомов излучает свет - аналитический сигнал, регистрируемый спектрофотометрами. Обычно используют резонансную флуоресценцию, при к-рой длины волн поглощенного и излученного света одинаковы.

Спектрорадиометры работают в областях спектрального диапазона от 300 до 2500 нм и применяется в областях зондирования радиометрии, мониторинга культур, исследований леса и океанографии и др. Также применяется для измерения коэффициентов отражения, радиометрии, фотометрии и колориметрии.