Спектрометрія

Спектрометрія – це метод дослідження та ідентифікації речовини шляхом вимірювання сили взаємодії між світлом і речовиною, реакцій і змін інтенсивності випромінювання і довжини хвилі.

Одною з найпоширеніших варіацій даного методу є мас-спектрометрія, яка передбачає вимірювання маси компонентів хімічного зразка через їх відношення маси до заряду. Для цього здійснюється іонізація частинок за допомогою потоку електронів, які потім пропускаються через магнітне поле для подальшого поділу.

Після поділу частинок, може бути визначений склад зразка за вагою іонів кожного з його компонентів. Для цього використовується вторинно-електронний помножувач, пристрій для посилення потоку електронів на основі вторинної електронної емісії. Найчастіше для спектрометрії використовується сканувальний (растровий) електронний мікроскоп. Як тільки частинки розділені, вони вимірюються електронним помножувачем і ми можемо визначити склад зразка по масі кожного іона.

Історія спектрографії


Відкриття методу спектрометрії відбулося в XVI столітті, коли фізик, математик і астроном Ісаак Ньютон вперше виявив, що фокусування світла через скло розкладає його на різні кольори веселки (відомі як спектр видимого світла). Сам спектр – явне видиме явище (він складає кольори веселки й створює блиск, видимий на водних поверхнях), проте знадобилися століття досліджень, щоб розвинути вивчення цього явища в струнку теорію з чіткими і корисними висновками.
Перш за все були виявлені темні лінії, які немовби випадковим чином поміщалися уздовж спектра, пізніше було встановлено, що це є наслідком поглинання хімічних речовин в атмосфері Землі.

Природне світло небесних тіл, перш за все Сонця, фільтрується, проходячи через атмосферу. Кожен хімічний елемент реагує на цей процес трохи по-різному – більше (при довжині хвилі 390-700 мм, яку може сприймати людське око) або менш непомітно (наприклад, інфрачервоні або ультрафіолетові хвилі, які знаходяться за межами видимого спектра).

Оскільки кожен атом відповідає і може бути представлений окремими спектрами, аналіз довжин хвиль у світловому спектрі може використовуватися для його ідентифікації, кількісної оцінки фізичних властивостей і аналізу хімічних зв'язків і реакцій. Підсумком проведення дослідження методом спектроскопії стає спектрограма – набір зображень, які вказують залежність спектральної щільності та потужності сигналу від часу.

Спектрометрія використовується для ізотопного датування та характеристики білків, ідентифікації мови, аналізу звуків тварин, в різних областях музики, радіо- і гідролокації, обробці мови, сейсмології та інших областях. Унікальні спектри використовуються для визначення хімічного складу, температури й швидкості об'єктів у просторі, скринінгу та аналізу метаболітів і поліпшення структури ліків, а також вимірювання відібраних хімічних речовин або наночастинок за допомогою їх відношення маси до заряду за допомогою мас-спектрометра. Крім того, мас-спектрометри для аналізу ґрунтів використовуються в автономних апаратах для дослідження космічного простору, наприклад, Mars Phoenix Lander.

Різниця між спектрометрією та спектроскопією


Спектроскопія – наука про вивчення взаємодії речовини та випромінюваної енергії, зокрема, характеристик поглинання речовини, а також інтенсивності поглинання речовини, яка піддається електромагнітному випромінюванню. Своєю чергою спектрометрія являє собою метод, який використовується для кількісного і якісного вимірювання спектру. Це практична методика, яка генерує результати, які сприяють кількісному визначенню поглинання, оптичної щільності, коефіцієнта пропускання та інших процесів.