Tecnologia e applicazioni degli spettrometri

Uno spettrometro è un dispositivo per misurare le lunghezze d’onda della luce in un ampio spettro elettromagnetico. È ampiamente utilizzato per l’analisi spettroscopica di materiali campione.
La luce incidente dalla sorgente luminosa può essere trasmessa, assorbita o riflessa attraverso il campione. I cambiamenti avvenuti durante l’interazione della luce incidente con il campione rivelano le caratteristiche del campione.

Due tipi di sorgenti di radiazione sono generalmente impiegati nello spettrometro – sorgenti continue e di linea. Le sorgenti continue sono sostanze solide riscaldate o lampade che emettono luce su un’ampia gamma di lunghezze d’onda, mentre le sorgenti lineari sono lampade specializzate e laser.

La luce incidente può essere regolata sulla lunghezza d’onda di interesse con l’aiuto di elementi dispersivi o non dispersivi.

Usi dello spettrometro

Alcune delle principali applicazioni degli spettrometri sono le seguenti:

• Monitoraggio del contenuto di ossigeno disciolto in acqua dolce ed ecosistemi marini
• Studio delle linee di emissione spettrale di galassie lontane
• Caratterizzazione delle proteine
• Esplorazione spaziale
• Analisi dei gas respiratori negli ospedali

Spettrometria di massa

Uno spettrometro di massa è un dispositivo che misura la massa e la concentrazione di singole molecole e atomi producendo spettri.

Questi spettri possono essere usati per studiare elementi, masse, isotopi e strutture chimiche dei materiali campione.

Gli spettrometri di massa funzionano calcolando i rapporti massa-carica dei frammenti molecolari o delle molecole cariche generate a causa della ionizzazione dei composti chimici.

La selezione delle particelle cariche di una velocità specifica viene effettuata usando un selettore di velocità. Il selettore funziona confrontando le forze magnetiche ed elettriche rispetto alla velocità della particella specifica.

Il problema di non poter viaggiare su pianeti lontani con facilità sembrerebbe fermare l’esplorazione spaziale in termini di scoprire quale tipo di molecole sono in un particolare campione. La soluzione per l’esplorazione spaziale è attraverso l’uso di spettrometri di massa che sono utilizzati per identificare le particelle in miniatura presenti nello spazio.

Gli spettrometri di massa sono utilizzati anche nella datazione radioattiva e del carbonio. Se usati con i gascromatografi, gli spettrometri di massa rilevano tracce di particelle tossiche e contaminanti nell’aria.

Utilizzati per misurare le lunghezze d’onda, gli spettrometri sono usati in molte applicazioni.

Tipi di spettroscopia

Questi sono alcuni dei principali tipi di spettrometri:

Spettroscopia ad assorbimento

Questo metodo di spettroscopia funziona assorbendo la luce rispetto alla lunghezza d’onda. Le molecole del campione sono eccitate ad uno stato di energia superiore dopo aver assorbito la luce incidente. L’eccitazione è direttamente proporzionale alla lunghezza d’onda della luce.

Spettroscopia all’infrarosso

La spettroscopia all’infrarosso misura le vibrazioni dei legami inter atomici di un campione a diverse frequenze quando il campione è esposto alla luce infrarossa. Gli spettrometri infrarossi possono anche essere usati per misurare il numero di molecole assorbenti.

Spettroscopia a raggi X

Questa funziona eccitando gli elettroni interni delle molecole del campione. Quando gli elettroni eccitati cadono nel vuoto generato a causa dell’assorbimento di energia, viene prodotto uno spettro di emissione di fluorescenza a raggi X.

Spettroscopia UV

In questo metodo di spettroscopia, il campione viene esposto alla luce ultravioletta. Gli elettroni sono eccitati dall’assorbimento dell’energia luminosa. Le caratteristiche di assorbanza del campione sono misurate in base all’eccitazione degli elettroni. Questo tipo di spettroscopia può essere usato per studiare il legame chimico delle molecole del campione.

Spettroscopia laser

La spettroscopia laser usa la “luce laser” come fonte di radiazione. Può essere usata per misurare l’interazione della luce con le molecole del campione. Questa spettroscopia ha un’alta sensibilità e risoluzione.

Spettrometro Gli smartphone potrebbero essere incorporati in una miriade di applicazioni.

Spettrometro per smartphone

Oggi, diversi tipi di strumenti medici, dalle macchine per il test degli occhi alle sonde a ultrasuoni, sono incorporati nella tecnologia smartphone. Uno dei recenti sviluppi in questo campo è una culla per iPhone™ scoperta dai ricercatori dell’Università dell’Illinois.

Il dispositivo utilizza una serie di parti ottiche e la fotocamera del telefono per rilevare la luce che passa attraverso il liquido campione. Lo spettro della luce, viene poi confrontato con gli spettri di molecole bersaglio come batteri o tossine in modo da determinare le caratteristiche del campione.

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Image Credit: Photos.com
NASA| The Molecule Dissector – Mass Spectrometry Run Time: 2.26minuti

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