Spektrometar

Šematski prikaz rešetke spektrometra.

XPS spektrometar

Spektrometar, spektrofotometar, spektrograf ili spektroskop je instrument koji se koristi za merenje osobina svetlosti u posebnom delu elektromagnetskog spektruma. Najčešće se koristi u spektroskopskoj analizi za identifikovanje materijala. Nepoznata koja se meri je najčešće intenzitet svetlosti, ali može da bude i stanje polarizacije. Nezavisna promenljiva je obično talasna dužina svetlosti ili jedinica koja je direktno srazmerna energiji fotona, kao što je talasni broj ili elektronvolt koji su recipročna vrednost talasnoj dužini. Spektrometar se koristi u spektroskopiji za dobijanje spektralnih linija i merenje njihovih talasnih dužina i intenziteta. Spektrometar je termin koji se primenjuje na instrumente koji rade u širokom spektru talasnih dužina, od gama zračenja i rendgenskih zraka sve do infracrvene svetlosti. Ako je instrument dizajniran da meri spektrum u apsolutnim a ne relativnim jedinicama, onda se najčešće naziva spektrofotometar. Većina spektrofotometara se koristi spektralnim regionima blizu vidljivog spektra.
Uglavnom, bilo koji instrument će raditi u malom delu ovog opsega zbog različitih tehnika koje se koriste za merenje različitih delova spektra. Ispod optičkih frekvencija (odnosno na mikrotalasnim i radio frekvencijama) analizer spektra je sličan elektronski instrument.

Vrste spektrometara

Optički spektrometri ili optički emisioni spektrometar

Glavni članak: Optički spektrometar

Spektar svetlosti koju emituje deuterijumska lampa u UV, vidljivom i bliskom infracrvenom delu elektromagnetnog spektra.

Optički apsorpcioni spektrometri

Optički spektrometri (koji se često jednostavno nazivaju „spektrometri”), posebno, pokazuju intenzitet svetlosti kao funkciju talasne dužine ili frekvencije. Različite talasne dužine svetlosti su razdvojene prelamanjem u prizmi ili difrakcijom na difrakcionoj rešetki. Primer je ultraljubičasto-vidljiva spektroskopija.

Ovi spektrometri koriste fenomen optičke disperzije. Svetlost iz izvora se može sastojati od kontinuiranog spektra, spektra emisije (svetle linije) ili spektra apsorpcije (tamne linije). Pošto svaki element ostavlja svoj spektralni potpis u obrascu posmatranih linija, spektralna analiza može otkriti sastav objekta koji se analizira.

Optički emisioni spektrometri

Optički emisioni spektrometri (često se nazivaju „OES ili spektrometri sa varničnim pražnjenjem“) se koriste za procenu metala da bi se odredio hemijski sastav sa veoma visokom preciznošću. Iskra se primenjuje kroz visoki napon na površini koja isparava čestice u plazmu. Čestice i joni zatim emituju zračenje koje se meri detektorima (fotomultiplikatorske cevi) na različitim karakterističnim talasnim dužinama.

Elektronska spektroskopija

Glavni članak: Elektronska spektroskopija

Neki oblici spektroskopije uključuju analizu energije elektrona, a ne energije fotona. Rendgenska fotoelektronska spektroskopija je primer.

Maseni spektrometar

Glavni članak: Masena spektrometrija

Maseni spektrometar je analitički instrument koji se koristi za identifikaciju količine i vrste hemikalija prisutnih u uzorku merenjem odnosa mase i naelektrisanja i obilja jona u gasnoj fazi.

Spektrometar vremena prolaza

Energetski spektar čestica poznate mase se takođe može meriti određivanjem vremena leta između dva detektora (a samim tim i brzine) u spektrometru vremena prolaza. Alternativno, ako je brzina poznata, mase se mogu odrediti u masenom spektrometru vremena prolaza.

Magnetski spektrometar

Pozitivno naelektrisana čestica koja se kreće po krugu pod uticajem Lorencove sile F

Fokus magnetnog polukružnog spektrometra

Kada brzo naelektrisana čestica (naelektrisanja q, mase m) uđe u konstantno magnetno polje B pod pravim uglom, ona se odbija u kružnu putanju poluprečnika r, usled Lorencove sile. Moment p čestice je tada dat sa

$p=mv=qBr$,

gde su m i v masa i brzina čestice. Na levoj strani je prikazan princip fokusiranja najstarijeg i najjednostavnijeg magnetnog spektrometra, polukružnog spektrometra koji je izumeo J. K. Dejniš. Konstantno magnetno polje je okomito na stranicu. Naelektrisane čestice impulsa p koje prolaze kroz prorez se odbijaju u kružne putanje poluprečnika r = p/qB. Ispostavilo se da svi udariju horizontalnu liniju na skoro isto mesto, fokus; ovde treba postaviti brojač čestica. Varirajući B, ovo omogućava merenje energetskog spektra alfa čestica u spektrometru alfa čestica, beta čestica u spektrometru beta čestica, čestica (npr. brzih jona) u spektrometru čestica, ili merenje relativnog sadržaja različitih masa u masenom spektrometru.

Od Dejnišog vremena, osmišljeni su mnogi tipovi magnetnih spektrometara komplikovanijih od polukružnog tipa.

Rezolucija

Generalno, rezolucija instrumenta daje indikaciju koliko dobro se mogu razlučiti dve blisko ležeće energije (ili talasne dužine, ili frekvencije, ili mase). Generalno, za instrument sa mehaničkim prorezima, veća rezolucija će značiti niži intenzitet.

Literatura

• H. W. Kroto, Molecular Rotation Spectra, Wiley, New York, 1975 (Reprinted by Dover 1992)
• Philip R. Bunker and Per Jensen, Molecular Symmetry and Spectroscopy, NRC Research Press, Ottawa, 1998 [1]. ISBN 9780660196282.
• D. Papoušek and M. R. Aliev, Molecular Vibrational-Rotational Spectra Elsevier, Amsterdam, 1982
• E. B. Wilson, J. C. Decius, and P. C. Cross, Molecular Vibrations, McGraw-Hill, New York, 1955 (Reprinted by Dover 1980)
• Herrmann, R.; C. Onkelinx (1986). „Quantities and units in clinical chemistry: Nebulizer and flame properties in flame emission and absorption spectrometry (Recommendations 1986)”. Pure and Applied Chemistry. 58 (12): 1737—1742. S2CID 96002955. doi:10.1351/pac198658121737. 
• Crouch, Stanley; Skoog, Douglas A. (2007). Principles of instrumental analysis. Australia: Thomson Brooks/Cole. ISBN 978-0-495-01201-6. 
• Mariani, Z.; Strong, K.; Wolff, M.; Rowe, P.; Walden, V.; Fogal, P. F.; Duck, T.; Lesins, G.; Turner, D. S.; Cox, C.; Eloranta, E.; Drummond, J. R.; Roy, C.; Turner, D. D.; Hudak, D.; Lindenmaier, I. A. (2012). „Infrared measurements in the Arctic using two Atmospheric Emitted Radiance Interferometers”. Atmospheric Measurement Techniques. 5 (2): 329—344. Bibcode:2012AMT.....5..329M. doi:10.5194/amt-5-329-2012 . 
• Brian Bowers (2001). Sir Charles Wheatstone FRS: 1802-1875 (2nd изд.). IET. стр. 207—208. ISBN 978-0-85296-103-2. 
• Brand, John C. D. (1995). Lines of Light: The Sources of Dispersive Spectroscopy, 1800 - 1930. Gordon and Breach Publishers. стр. 57. ISBN 978-2884491624. 
• Wang, Xiping; Wacker, James P. (2006). „Using NIR Spectroscopy to Predict Weathered Wood Exposure Times” (PDF). WTCE 2006 – 9th World Conference on Timber Engineering. Архивирано из оригинала (PDF) 01. 03. 2021. г. Приступљено 12. 12. 2021. 
• Li, Yang; He, Yongyong; Qiu, Jianxun; Zhao, Jun; Ye, Qianwen; Zhu, Yijie; Mao, Junyuan (2018). „Enhancement of Pitting Corrosion Resistance of Austenitic Stainless Steel Through Deposition of Amorphous/Nanocrystalline Oxy-nitrided Phases by Active Screen Plasma Treatment”. Materials Research. 21 (6). ISSN 1516-1439. doi:10.1590/1980-5373-mr-2017-0697 . 
• Rahmayeni; Alfina, Aimi; Stiadi, Yeni; Lee, Hye Jin; Zulhadjri (2019). „Green synthesis and Characterization of ZnO-CoFe2O4 Semiconductor Photocatalysts Prepared Using Rambutan (Nephelium lappaceum L.) Peel Extract”. Materials Research. 22 (5). ISSN 1516-1439. doi:10.1590/1980-5373-mr-2019-0228 . 
• Gumerova, Nadiia I.; Rompel, Annette (2018-02-07). „Synthesis, structures and applications of electron-rich polyoxometalates”. Nature Reviews Chemistry. 2 (2): 1—20. ISSN 2397-3358. doi:10.1038/s41570-018-0112. 
• Naumann d'Alnoncourt, Raoul; Csepei, Lénárd-István; Hävecker, Michael; Girgsdies, Frank; Schuster, Manfred E.; Schlögl, Robert; Trunschke, Annette (2014). „The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts”. Journal of Catalysis. 311: 369—385. doi:10.1016/j.jcat.2013.12.008. hdl:11858/00-001M-0000-0014-F434-5 . 
• Hävecker, Michael; Wrabetz, Sabine; Kröhnert, Jutta; Csepei, Lenard-Istvan; Naumann d'Alnoncourt, Raoul; Kolen'Ko, Yury V.; Girgsdies, Frank; Schlögl, Robert; Trunschke, Annette (2012). „Surface chemistry of phase-pure M1 MoVTeNb oxide during operation in selective oxidation of propane to acrylic acid”. J. Catal. 285: 48—60. doi:10.1016/j.jcat.2011.09.012. hdl:11858/00-001M-0000-0012-1BEB-F . 
• Voiry, Damien; Shin, Hyeon Suk; Loh, Kian Ping; Chhowalla, Manish (јануар 2018). „Low-dimensional catalysts for hydrogen evolution and CO2 reduction”. Nature Reviews Chemistry. 2 (1): 0105. ISSN 2397-3358. doi:10.1038/s41570-017-0105. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Ray, S. and A.G. Shard, Quantitative Analysis of Adsorbed Proteins by X-ray Photoelectron Spectroscopy. Analytical Chemistry, 2011. 83(22): p. 8659-8666.
• Vashishtha, Nitesh; Sapate, Sanjay; Vashishtha, Nitesh; Sapate, Sanjay (2019). „Effect of Experimental Parameters on Wear Response of Thermally Sprayed Carbide Based Coatings”. Materials Research. 22 (1). ISSN 1516-1439. doi:10.1590/1980-5373-mr-2018-0475 . 
• Tureček, František; McLafferty, Fred W. (1993). Interpretation of mass spectra. Sausalito, Calif: University Science Books. ISBN 978-0-935702-25-5. 
• de Hoffman, Edmond; Stroobant, Vincent (2001). Mass Spectrometry: Principles and Applications (2nd изд.). John Wiley and Sons. ISBN 978-0-471-48566-7. 
• Downard, Kevin (2004). Mass Spectrometry – A Foundation Course. Cambridge UK: Royal Society of Chemistry. ISBN 978-0-85404-609-6. 
• Siuzdak, Gary (1996). Mass spectrometry for biotechnology. Boston: Academic Press. ISBN 978-0-12-647471-8. 
• Dass, Chhabil (2001). Principles and practice of biological mass spectrometry. New York: John Wiley. ISBN 978-0-471-33053-0. 
• Muzikar P, et al. (2003). „Accelerator Mass Spectrometry in Geologic Research”. Geological Society of America Bulletin. 115: 643—654. Bibcode:2003GSAB..115..643M. ISSN 0016-7606. S2CID 55076131. doi:10.1130/0016-7606(2003)115<0643:AMSIGR>2.0.CO;2. 
• Maher S, Jjunju FP, Taylor S (2015). „100 years of mass spectrometry: Perspectives and future trends”. Rev. Mod. Phys. 87 (1): 113—135. Bibcode:2015RvMP...87..113M. doi:10.1103/RevModPhys.87.113. 
• Sobott, Frank (2014). Biological Mass Spectrometry. Boca Raton: Crc Pr I Llc. ISBN 978-1439895276. 
• Sparkman, O. David (2006). Mass Spectrometry Desk Reference. Pittsburgh: Global View Pub. ISBN 978-0-9660813-9-8. 
• Watson, J. Throck; Sparkman, O. David (2007). Introduction to Mass Spectrometry: Instrumentatio, Applications, and Strategies for Data Interpretation (4th izd.). Chichester: Jonh Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-51634-8. 
• Tuniz C (1998). Accelerator mass spectrometry: ultrasensitive analysis for global science. Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-8493-4538-8. 
• Kandiah M, Urban PL (jun 2013). „Advances in ultrasensitive mass spectrometry of organic molecules”. Chemical Society Reviews. 42 (12): 5299—322. PMID 23471277. doi:10.1039/c3cs35389c. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Calmes, Jordan (2011). Mass spec : the biography of a scientific instrument (MS). Massachusetts Instite of Technology. hdl:1721.1/68473. 

Spoljašnje veze

• MIT Spectroscopy Lab's History of Spectroscopy
• Timeline of Spectroscopy
• Spectroscopy: Reading the Rainbow