спектрометр что это простыми словами
Значение слова «спектрометр»
[От слова спектр и греч. μετρ έω — мерю]
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
СПЕКТРО’МЕ’ТР, а, м. [от слова спектр и греч. metreō — мерю] (физ.). Спектроскоп с приспособлением для измерения положения спектральных линий по длине световых волн.
Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
Делаем Карту слов лучше вместе
Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!
Спасибо! Я обязательно научусь отличать широко распространённые слова от узкоспециальных.
Насколько понятно значение слова обхаживание (существительное):
Синонимы к слову «спектрометр»
Предложения со словом «спектрометр»
Понятия со словом «спектрометр»
Отправить комментарий
Дополнительно
Предложения со словом «спектрометр»
Это замечательное научное открытие долгое время оставалось лишь базой для красивых теоретических работ, и лишь в 1942 году на его основе был создан первый коммерческий образец инфракрасного спектрометра.
В лабораториях стоят точнейшие компьютерные спектрометры стоимостью не одну сотню тысяч долларов…
Для получения максимума информации инфракрасные камеры оснащают большим набором фильтров, либо полноценным спектрометром, который позволяет раскладывать на спектр весь отражённый от поверхности свет.
Спектрометр
Спектрометр (лат. spectrum от лат. spectare — смотреть и метр от др.-греч. μέτρον — мера, измеритель) — оптический прибор, используемый в спектроскопических исследованиях для накопления спектра, его количественной обработки и последующего анализа с помощью различных аналитических методов. Анализируемый спектр получается путем регистрации флуоресценции после воздействия на исследуемое вещество каким-либо излучением (рентгеновским или лазерным излучением, искровым воздействием и др.). Обычно измеряемыми величинами являются интенсивность и энергия (длина волны, частота) излучения, но могут регистрироваться и другие характеристики, например, поляризационное состояние. Термин «спектрометр» применяется к приборам, работающим в широком диапазоне длин волн: от гамма до инфракрасного диапазона.
Содержание
Методы регистрации спектров
Для регистрации спектра могут использоваться полупроводниковые детекторы, сцинтилляционные счётчики, либо детекторы на базе ПЗС линейки или ПЗС матрицы. Спектрометры могут различаться по спектральному диапазону, спектральной чувствительности, оптической схеме. При интерпретации спектров в большинстве случаев производится сравнение полученного спектра со спектром вещества известного состава. Ранние спектроскопы представляли собой простые призмы с градуировкой, обозначающей длины волн света, в современных приборах также используется дифракционная решётка.
Типы спектрометров
Различают следующие типы спектрометров:
История
Предком спектрометра является спектроскоп. Спектроскоп был изобретён Йозефом Фраунгофером в начале XIX века. В нём свет прошедший через щели и коллимирующие линзы превращался в тонкий пучок параллельных лучей. Затем свет проходил через призму, которая за счёт дисперсии расщепляла пучок на спектр (разные длины волн отклоняются на разные углы). Изображение наблюдалось через трубку со шкалой, накладываемой на спектральное изображение, позволяя таким образом проводить измерения.
С изобретением фотографической пленки был создан более точный прибор: спектрограф. Работая по такому же принципу, он имел фотокамеру вместо наблюдательной трубки. В середине двадцатого века камера сменилась трубкой электронного фотоумножителя, что позволило значительно увеличить точность и проводить анализ в реальном времени.
Современные спектрометры оснащены цифровыми камерами для просмотра в реальном времени, работают с компьютерами и коммутаторами, обладают встроенными охладителями и контрольными системами.
Применение
Спектроскопы часто используются в астрономии и некоторых направлениях химии. Их основные области применения:
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:
По принципу действия виды спектрометров разделяют на:
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:
Инфракрасный спектрометр ФСМ-1202 в деле
Применяются ИК-спектрометры в следующих отраслях промышленности:
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:
Атомно-абсорбционный спектрометр серии SensAA
Основной недостаток заключается в том, что образцы перед началом эксперимента требуется переводить в раствор. Того требуют особенности устройства спектрометра.
Данные приборы применяются:
Как работают и где применяются рентгенофлуоресцентные спектрометры
Работают РФ-спектрометры по следующему принципу:
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:
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:
Так выглядит лабораторный масс-спектрометр
Масс-спектрометры применяются для определения относительного количественного состава атомов элемента (-ов) в смеси. Метод используется в:
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:
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.
ПОНЯТИЕ И ВИДЫ СПЕКТРОМЕТРА.
Анализируемый спектр получается путем регистрации флуоресценции после воздействия на исследуемое вещество каким-либо излучением (рентгеновским или лазерным излучением, искровым воздействием и др.). Обычно измеряемыми величинами являются интенсивность и энергия (длина волны, частота) излучения, но могут регистрироваться и другие характеристики, например, поляризационное состояние.
Спектр, лежащий в фокальной плоскости, можно рассматривать глазом с помощью окуляра. Такой прибор называется спектроскопом. В спектрографах такой спектр регистрируется на фотопластинку или иной многоканальный приёмник излучения. Если выходную щель и отклоняющий свет элемент (призма или дифракционная решётка) перемещать друг относительно друга, то получим монохроматор, в котором используются разнообразные по принципу действия приёмники излучения.
По способу разложения в спектр различают следующие спектрометры: дифракционный, призменный и интерференционный.
По принципу действия можно выделить следующие виды спектрометров:
—Рентгено-флуоресцентный спектрометр;
—Атомно-эмиссионный спектрометр;
—Масс-спектрометр;
—Атомно-абсорбционный спектрометр;
—Рамановский спектрометр[4].
Рентгено-флуоресцентный спектрометр
Спектрометр данного типа предназначен для определения содержания химических элементов в различных веществах, находящихся в твердом, порошкообразном или растворенном состояниях, а также нанесенных на поверхности и осажденных на фильтры. С его помощью можно определить содержание железа, золота, драгметаллов, кальция, серы, калия, йода, цинка, фосфора, хлора, проанализировать почву, воду и минералы.
Интенсивность спектральных линий говорит о количественном содержании того или иного элемента. Концентрация рассчитывается методом сравнения с известными значениями стандартных образцов (наличие самих образцов при этом не требуется).
Атомно-эмиссионный спектрометр
На рисунке 1 приведена функциональная схема атомно-эмиссионного спектрометра. Он состоит из следующих основных частей:
Интенсивность спектральной линии анализируемого элемента, помимо концентрации анализируемого элемента, зависит от большого числа различных факторов. По этой причине рассчитать теоретически связь между интенсивностью линии и концентрацией соответствующего элемента невозможно. Вот почему для проведения анализа необходимы стандартные образцы, близкие по составу к анализируемой пробе. Предварительно эти стандартные образцы экспонируются (прожигаются) на приборе. По результатам этих прожигов для каждого анализируемого элемента строится градуировочный график, т.е. зависимость интенсивности спектральной линии элемента от его концентрации. Впоследствии, при проведении анализа проб, по этим градуировочным графикам и производится пересчет измеренных интенсивностей в концентрации.
Подготовка проб для анализа.
Следует иметь виду, что реально анализу подвергается несколько миллиграммов пробы с ее поверхности. Поэтому для получения правильных результатов проба должна быть однородна по составу и структуре, при этом состав пробы должен быть идентичным составу анализируемого металла. При анализе металла в литейном или плавильном производстве для отливки проб рекомендуется использовать специальные кокили. При этом форма пробы может быть произвольной. Необходимо лишь, чтобы анализируемый образец имел достаточную поверхность и мог быть зажат в штативе. Для анализа мелких образцов, например прутков или проволоки, могут быть использованы специальные адаптеры.
ИК спектрометр
Основные преимущества ИК спектрометров:
Масс-спектрометр
Нейтральный атом не подвержен действию электрического и магнитного поля. Однако, если отнять у него или добавить ему один и более электронов, то он превратится в ион, характер движения которого в этих полях будет определяться его массой и зарядом. Строго говоря, в масс-спектрометрах определяется не масса, а отношение массы к заряду. Если заряд известен, то однозначно определяется масса иона, а значит масса нейтрального атома и его ядра.
Образование положительно заряженного иона, путем выбивания одного или нескольких электронов из атома (масс-спектрометры всегда работают с положительными ионами).
Ионы ускоряются таким образом, чтобы у всех была одна и та же кинетическая энергия.
Этап 4: Детектирование
Пучок ионов, прошедший через прибор, детектируется электронными средствами.
В соответствии с конструкцией анализатора масс существуют пять основных типов масс-спектрометров (МС):
1) секторные магнитные и (или) электрические МС
Ионы, покидающие источник ионов, ускоряются и проходят через сектор, в котором магнитное (или электрическое) поле прикладывается перпендикулярно к направлению их движения. Поле изгибает траекторию полета ионов и принуждает ионы с различным отношением m/z разлетаться веером. В сканирующем анализаторе масс изменяют силу электрического или магнитного поля, при этом каждый раз регистрируется только одна масса. В несканирующем анализаторе все массы регистрируются одновременно с помощью многоканального детектора;
2) квадрупольные МС
3) МС с ионной ловушкой
С помощью различных высокочастотных сигналов, которые прилагаются к кольцевому электроду и концевым заглушкам, все ионы улавливаются в полости и затем последовательно испускаются соответственно величине их отношений m/z. После прохождения через ускоряющую разность потенциалов ион с зарядом z, массой m и скоростью v приобретает кинетическую энергию Е=zV=mv2/2);
4) времяпролетные МС
Времяпролетные масс-спектрометры отличаются тем, что в них с помощью, например, импульса ионизирующего лазера или с помощью импульса высокого напряжения в электрическом затворе ионы стартуют в одно и то же время. Времяпролетные масс-спектрометры (ВП-МС) обычно менее дорогие, чем другие типы масс-спектрометров. По сравнению с квадрупольными МС и многими секторными МС они обладают тем преимуществом, что регистрируют массы всех ионов без сканирования, что способствует их высокой чувствительности. Однако у ВП-МС меньшая разрешающая способность и меньший интервал регистрируемых масс, чем у масс-спектрометров с преобразованием Фурье (МС-ПФ);
5) МС с преобразованием Фурье
Принцип работы масс-спектрометра с преобразованием Фурье (МС-ПФ).
Замечательной особенностью МС-ПФ является высокое разрешение (Л), которое обычно превышает 100000.
Существенное улучшение информационного содержания спектров достигается фрагментацией образца, которое можно осуществить, например, в ионизационной камере или в полости ионной ловушки анализатора масс, заполненной инертным газом, например аргоном[7].
Анализ масс-спектрометром смеси атомов различной массы позволяет определить их относительное содержание в этой смеси. В частности, может быть установлено содержание различных изотопов какого-либо химического элемента[2].
Атомно-абсорбционный спектрометр
Минимально определяемые концентрации.
Пределы обнаружения большинства элементов в растворах при атомизации в пламени 1-100мкг/л, в графитовой печи в 100-1000 раз ниже. Абсолютные пределы обнаружения в последнем случае составляют 0,1-100 пг.
Источником линейчатого излучения в спектрометрах чаще всего служат одноэлементные лампы с полым катодом, заполняемые неоном. Для определения некоторых легколетучих элементов (Cd, Zn,Se, Те и др.) удобнее пользоваться высокочастотными безэлектродными лампами.
Также в измерительных приборах для экспериментальных работ используют лазеры. Так как лазеры достаточно интенсивны, чтобы перевести атомы на более высокие энергетические уровни, они позволяют производить атомную абсорбцию и атомные измерения флюоресценции в единственном приборе. Неудобство этих узкополосных источников в том, что за один раз можно измерить только один элемент.
Атомная абсорбция (АА) в пламени может проанализировать только растворы, в то время как AA в графитовой печи может принять растворы, жидкие растворы, или твердые образцы. Наиболее часто используют пламя смесей ацетилена с воздухом (максимальная температура 2000°С) и ацетилена с N2O (2700°С). Горелку со щелевидным соплом длиной 50-100 мм и шириной 0,5-0,8 мм устанавливают вдоль оптической оси прибора для увеличения длины поглощающего слоя.
Для монохроматизации излучения используют призмы или дифракционные решетки (при этом достигают разрешения от 0,04 до 0,4 нм)[8].
При атомно-абсорбционном анализе необходимо исключить наложение излучения атомизатора на излучение источника света, учесть возможное изменение яркости последнего, спектральные помехи в атомизаторе, вызванные частичным рассеянием и поглощением света твердыми частицами и молекулами посторонних компонентов пробы. Для этого пользуются различными приемами, например, модулируют излучение источника с частотой, на которую настраивают приемно-регистрирующее устройство, применяют двухлучевую схему или оптическую схему с двумя источниками света (с дискретным и непрерывным спектрами). Наиболее эффективна схема, основанная на зеемановском расщеплении и поляризации спектральных линий в атомизаторе. В этом случае через поглощающий слой пропускают свет, поляризованный перпендикулярно магнитному полю, что позволяет учесть неселективные спектральные помехи, при измерении сигналов, которые в сотни раз слабее.
Преимущества АА анализа:
Недостатки АА анализа:
Фурье-спектроскопия является эффективным методом изучения колебательных спектров веществ.
На рисунке 2 изображена оптическая схема фурье-спектрометра:
Пусть разность хода между двумя интерферирующими пучками изменяется по закону Δ = 2vt. При монохроматическом освещении интерферометра интенсивность света, попадающего в приемник 2, изменяется синусоидально: сигнал приемника промодулирован с частотой W = 2kv = 2wv/c. Частота модуляции W зависит от оптической частоты w монохроматического излучения. Измеряя W, можно найти w, т.е. получить информацию о спектре источника. Для получения необходимого спектрального распределения интенсивности излучения по длинам волн (частотам) используют преобразование Фурье. Чем, собственно, и обуславливается название данного метода анализа.
Таким образом, процесс получения спектра методом Фурье-спектрометра сводится к следующим этапам:
— измерение F(Δ) путем регистрации сигнала как функции изменения оптической разности хода;
— экспериментальное определение значения F(0), т.е. регистрация сигнала в точке нулевой разности хода (разность хода в интерферометре будет равна нулю, если оптические длины пути лучей /светоделитель/зеркало/ обоих плеч будут равны). Этой точке соответствует абсолютный максимум отсчетов F(Δ);
Разрешающая способность Фурье-спектрометра.
Разрешающая способность, полученная в спектре, зарегистрированном на Фурье-спектрометре, определяется разностью хода Δ. Оказывается, однако, что разность хода можно делать сколь угодно большой только при достаточно малом входном отверстии. При конечном размере входной диафрагмы после отражения от коллиматора возникают пучки, непараллельные строго оптической оси прибора. Из-за разного наклона разность хода для таких пучков оказывается немного различной, что приводит к уширению аппаратной функции прибора. Чтобы ослабить этот эффект, приходится уменьшать входную диафрагму, однако уменьшение диафрагмы приводит к уменьшению сигнала и, следовательно, к ухудшению отношения сигнал / шум в спектре. На практике часто именно минимально возможная диафрагма и определяет спектральное разрешение.
Таким образом, реальное предельное разрешение фурье-спектрометров очень часто определяется энергетическими условиями: яркостью источника излучения, светосилой, чувствительностью приемника излучения и т.п. В современных приборах высокого класса, снабженных стандартными источниками излучения для измерения спектров поглощения, предельное разрешение составляет около 0,002 см-1[8].
1. Выигрыш Жакино. Есть возможность использовать большие телесные углы у источника и приемника. Таким образом через прибор проходит больше светового потока, следовательно происходит более полное использование анализируемого излучения.
2. Выигрыш фелжетта. В каждый момент времени регистрируется весь спектр, поэтому в Фурье-спектрометрах более высокое соотношение сигнал/шум, чем в дифракционных или призменных приборах.
3. Отсутствие ограничений в спектральном разрешении за счет размеров оптических элементов. Трудно ожидать, что размеры дифракционных решеток или тем более призм будут больше 50 см. Таким образом, естественным пределом разрешения приборов, использующих пространственную дисперсию, является величина 0,02 см-1. В то же время уже сейчас налажен серийный промышленный выпуск фурье-спектрометров с разрешением до 0,002 см-1.
4. Поскольку фурье-спектрометры не требуют очень узких входных и выходных щелей, требования к созданию оптических схем без аберраций при их конструкции сильно снижаются. По этой причине становится возможным создание оптических схем с большим отношением диаметра объектива к его фокусу (относительным отверстием), обычно 1 : 3, что делает такие приборы более компактными по сравнению со щелевыми[4].
Литература
1. Методы спектрального анализа. А.А. Бабушкин. 1962.
2. Методы спектрального анализа. Л.В. Левшин и др. 1962.
3. Прикладная ИК спектроскопия. Основы, техника, аналитическое применение. А. Смит. 1982.
4. Спектральные приборы и техника спектроскопии. И.М. Нагибина, В.К. Прокофьев. 1967.
5. Спектроскопия. Юрген Беккер. 2009
6. Справочник по лазерам, том 1. А. М. Прохоров. 1978
7. Справочник по лазерам, том 2. А.М. Прохоров. 1978
8. Техника и практика спектроскопии. А.Н. Зайдель. Г.В. Островская, Ю.И. Островский. 1972 год.