Что такое спектрометры, их виды и принцип работы

Спектрометр – это аналитический прибор, принцип работы которого основан на накоплении, обработке и анализе спектра излучения. Получают этот спектр методом облучения образца и регистрации появляющейся флуоресценции. Замеряется длина, частота волн, интенсивность излучения.

Спектрометры служат для анализа элементного состава веществ

По способу разложения спектра эти приборы бывают:

• Дифракционными.
• Интерференционными.
• Призменными.

По принципу действия виды спектрометров разделяют на:

• Инфракрасные.
• Атомно-абсорбционные и атомно-эмисионные.
• Рентгено-флуоресцентные.
• Масс-спектрометры.
• Фурье-спектрометры.

Рассмотрим детальнее типы спектрометров.

Н2 Принцип работы и сфера применения инфракрасного спектрометра
Принцип работы основан на возбуждении степеней свободы при облучении образца ИК-излучением. По спектрам пропускания и отражения, которые зависят от строения атомов, их масс, распределения заряда и т.д., можно судить об особенностях материала.
Преимущества инфракрасных спектрофотометров:

• Высокая точность исследований.
• Простота использования.
• Полная автоматизация измерительного процесса.
• Экспрессность.
• Модульная конструкция.

Инфракрасный спектрометр ФСМ-1202 в деле

Применяются ИК-спектрометры в следующих отраслях промышленности:

• Химической и нефтехимической.
• Фармацевтике.
• Электронной.
• Пищевой.
• Парфюмерной.

Кроме того, одна из основных технических характеристик данных спектрометров – простота в использовании. Поэтому подобные приборы нередко используют в криминалистике, экологическом контроле и других смежных областях, требующих быстрого получения результатов анализа.

Атомно-абсорбционный спектрометр – принцип действия и сфера применения

Принцип работы этих приборов основан на методе количественного элементного анализа по атомным спектрам абсорбции:

• Атомизатор создает атомные пары.
• Через них пропускают излучение определенного диапазона (190-850нм).
• Атомы поглощают кванты света и возбуждаются.
• При этом процессе в атомных спектрах образуются резонансные линии, соответствующие определенным элементам.

Атомно-абсорбционный спектрометр серии SensAA

Преимущества атомно-абсорбционного спектрометра:

• Простота работы.
• Достаточно высокий уровень селективности.
• Состав пробы слабо влияет на результат исследования.

Основной недостаток заключается в том, что образцы перед началом эксперимента требуется переводить в раствор. Того требуют особенности устройства спектрометра.

Данные приборы применяются:

• В экологическом анализе.
• При контроле лекарств.
• В горно-металлургической промышленности.
• При проведении клинических анализов.

Как работают и где применяются рентгенофлуоресцентные спектрометры

Работают РФ-спектрометры по следующему принципу:

• Проводится возбуждение рентгеновскими лучами исследуемого образца.
• Появившееся флуоресцентное излучение отражается от кристалла-анализатора и регистрируется детектором.
• Угол падения излучения изменяется, таким образом отражая разные спектры, которые также поочередно регистрируются детектором.

Эти приборы используются для того, чтобы определять содержание различных хим. элементов в веществах. При этом их физическое состояние неважно – опыты можно проводить и с газом, и с жидкостью и с твердым телом. Таким способом можно определить наличие и процентное содержание металлов, в том числе и драгоценных, кальция, йода, серы, хлора, провести анализ почвы, воды, минералов.

Работа с рентгенофлуоресцентным спектрометром

Рентгенофлуоресцентные спектрометры применяются в:

• Металлургии.
• Пищевой промышленности.
• Машиностроении.
• Горно-добывающей промышленности.
• При переработке редких металлов.
• Экологии и сельском хозяйстве.

Часто приборы можно встретить в криминалистических и судебно-медицинских лабораториях.

Что такое масс-спектрометры и в каких отраслях они применяются

Принцип работы этих приборов основан на измерении отношения массы атома к его заряду. На нейтральный атом не действуют ни магнитные, ни электрические поля. Но если добавить или отнять один или несколько электронов, он станет ионом. То, как он движется, определяет его масса и заряд. Если заряд известен, вычисляется его масса.

Функционируют масс-спектрометры следующим образом:

• Сначала исследуемый материал ионизируется выбиванием электронов из атома.
• Полученные ионы ускоряются так, чтобы каждый имел одинаковую кинетическую энергию.
• Производится отклонение ионов от траектории (чем меньше его масса, тем сильнее он отклоняется).
• Завершающий этап – детектирование пучка ионов, прошедших через прибор.

Так выглядит лабораторный масс-спектрометр

Масс-спектрометры применяются для определения относительного количественного состава атомов элемента (-ов) в смеси. Метод используется в:

• Химической промышленности.
• Металлургии.
• Пищевой отрасли и сельском хозяйстве.
• Медицине.

Нередко приборы попадают на вооружение к экологическим службам и отделам криминалистической экспертизы.

Где применяются Фурье-спектрометры и по какому принципу работают

Эти приборы представляют собой доработанные интерферометры Майкельсона, облучаемые определенным способом. При этом одно зеркало перемещается с неизменной скоростью. Результат – полученная на выходе кривая подвергается Фурье-анализу. Такой способ зачастую более эффективен, чем обычный прямой анализ спектра.

Рабочее место лаборанта, оборудованное ИК Фурье-спектрометром ФСМ-1201

Используются приборы при исследованиях в инфракрасном спектре колебательно-вращательных спектров различных газов. Этот метод применяется для анализа атмосферы Земли и других планет.

Н2 Какой спектрометр подойдет для вашей лаборатории

Мы разобрали, что измеряет спектрометр, принципы функционирования разных устройств. Выбор подходящего прибора зависит от деятельности предприятия. В любом случае современные аналитические приборы дают очень точные результаты, поэтому покупать спектрометр следует исходя из:

• Возможности использования в полевых условиях.
• Цены устройства.
• Точности измерения.
• Сферы исследований.

Если желаете получить более подробную консультацию, касательно того, какой спектрометр подойдет вам, описание деятельности вашей лаборатории упростит процесс выбора. Обращайтесь за консультацией к менеджерам компании «Спектраналит». Все они практикующие лаборанты и будут рады дать экспертную оценку.