Спектрометрия

Спектрометрия – это метод исследования и идентификации вещества путем измерения силы взаимодействия между светом и веществом, реакций и изменений интенсивности излучения и длины волны.

Одним из самых распространенных вариаций данного метода является масс-спектрометрия, которая предполагает измерение массы компонентов химического образца через их отношение массы к заряду. Для этого осуществляется ионизация частиц с помощью потока электронов, которые затем пропускаются через магнитное поле для последующего разделения.
После разделения частиц, может быть определен состав образца по весу ионов каждого из его компонентов. Для этого используется вторично-электронный умножитель, устройство для усиления потока электронов на основе вторичной электронной эмиссии. Чаще всего для спектрометрии используется сканирующий (растровый) электронный микроскоп. Как только частицы разделены, они измеряются электронным умножителем, и мы можем определить состав образца по массе каждого иона.

История спектрографии

Открытие метода спектрометрии произошло в XVI веке, когда физик, математик и астроном Исаак Ньютон впервые обнаружил, что фокусировка света через стекло раскладывает его на различные цвета радуги (известные как спектр видимого света). Сам спектр – явное видимое явление (он составляет цвета радуги и создает блеск, видимый на водных поверхностях), однако понадобились столетия исследований, чтобы развить изучение этого явления в стройную теорию с четкими и полезными выводами.

Прежде всего были обнаружены темные линии, которые, как бы случайным образом помещались вдоль спектра, позже было установлено, что это является последствием поглощения химических веществ в атмосфере Земли.
Естественный свет небесных тел, прежде всего Солнца, фильтруется, проходя через атмосферу. Каждый химический элемент реагирует на этот процесс немного по-разному – более (при длине волны 390-700 мм, которую может воспринимать человеческий глаз) или менее незаметно (например, инфракрасные или ультрафиолетовые волны, которые находятся за пределами видимого спектра).

Поскольку каждый атом соответствует и может быть представлен отдельными спектрами, анализ длин волн в световом спектре может использоваться для его идентификации, количественной оценки физических свойств и анализа химических связей и реакций. Итогом проведения исследования методом спектроскопии становится спектрограмма – набор изображений, которые указывают зависимость спектральной плотности и мощности сигнала от времени.

Спектрометрия используется для изотопного датирования и характеристики белков, идентификации речи, анализа звуков животных, в различных областях музыки, радио- и гидролокации, обработке речи, сейсмологии и других областях. Уникальные спектры используются для определения химического состава, температуры и скорости объектов в пространстве, скрининга и анализа метаболитов и улучшения структуры лекарств, а также измерения отобранных химических веществ или наночастиц посредством их отношения массы к заряду с помощью масс-спектрометра. Кроме того, масс-спектрометры для анализа почв используются в автономных аппаратах для исследования космического пространства, например, Mars Phoenix Lander.

Различие между спектрометрией и спектроскопией

Спектроскопия – наука об изучении взаимодействия вещества и излучаемой энергии, в частности, характеристик поглощения вещества, а также интенсивности поглощения вещества, которое подвергается электромагнитному излучению. В свою очередь спектрометрия представляет собой метод, который используется для количественного и качественного измерения спектра. Это практическая методика, которая генерирует результаты, способствующие количественному определению поглощения, оптической плотности, коэффициента пропускания и других процессов.