Un espectrómetro ( / s p ɛ k ˈ t r ɒ m ɪ t ər / ) es un instrumento científico utilizado para separar y medir los componentes espectrales de un fenómeno físico. Espectrómetro es un término amplio que se utiliza a menudo para describir instrumentos que miden una variable continua de un fenómeno donde los componentes espectrales están de alguna manera mezclados. En luz visible, un espectrómetro puede separar la luz blanca y medir bandas estrechas de color individuales, llamadas espectro. Un espectrómetro de masas mide el espectro de las masas de los átomos o moléculas presentes en un gas. Los primeros espectrómetros se utilizaron para dividir la luz en una serie de colores separados. Los espectrómetros se desarrollaron en los primeros estudios de física , astronomía y química . La capacidad de la espectroscopia para determinar la composición química impulsó su avance y sigue siendo uno de sus usos principales. Los espectrómetros se utilizan en astronomía para analizar la composición química de estrellas y planetas , y los espectrómetros recopilan datos sobre el origen del universo .
Ejemplos de espectrómetros son dispositivos que separan partículas , átomos y moléculas por su masa , momento o energía . Este tipo de espectrómetros se utilizan en análisis químicos y física de partículas .
En particular, los espectrómetros ópticos (a menudo llamados simplemente "espectrómetros") muestran la intensidad de la luz en función de la longitud de onda o de la frecuencia. Las diferentes longitudes de onda de la luz se separan por refracción en un prisma o por difracción mediante una rejilla de difracción . La espectroscopia ultravioleta-visible es un ejemplo.
Estos espectrómetros utilizan el fenómeno de la dispersión óptica . La luz de una fuente puede consistir en un espectro continuo , un espectro de emisión (líneas brillantes) o un espectro de absorción (líneas oscuras). Debido a que cada elemento deja su firma espectral en el patrón de líneas observadas, un análisis espectral puede revelar la composición del objeto que se analiza. [1]
Un espectrómetro que está calibrado para medir la potencia óptica incidente se llama espectroradiómetro . [2]
Los espectrómetros de emisión óptica (a menudo llamados "OES o espectrómetros de descarga de chispas") se utilizan para evaluar metales y determinar su composición química con muy alta precisión. Se aplica una chispa a través de un alto voltaje en la superficie que vaporiza las partículas en plasma. Luego, las partículas y los iones emiten radiación que se mide mediante detectores (tubos fotomultiplicadores) en diferentes longitudes de onda características.
Algunas formas de espectroscopia implican el análisis de la energía de los electrones en lugar de la energía de los fotones. La espectroscopia de fotoelectrones de rayos X es un ejemplo.
Un espectrómetro de masas es un instrumento analítico que se utiliza para identificar la cantidad y el tipo de sustancias químicas presentes en una muestra midiendo la relación masa-carga y la abundancia de iones en fase gaseosa . [3]
El espectro de energía de partículas de masa conocida también se puede medir determinando el tiempo de vuelo entre dos detectores (y por tanto, la velocidad) en un espectrómetro de tiempo de vuelo . Alternativamente, si se conoce la energía de las partículas, las masas se pueden determinar en un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo .
Cuando una partícula cargada rápidamente (carga q , masa m ) entra en un campo magnético constante B en ángulo recto, se desvía hacia una trayectoria circular de radio r , debido a la fuerza de Lorentz . El momento p de la partícula viene dado entonces por
donde m y v son la masa y la velocidad de la partícula. A la izquierda se muestra el principio de enfoque del espectrómetro magnético más antiguo y sencillo, el espectrómetro semicircular [4] inventado por JK Danisz. Un campo magnético constante es perpendicular a la página. Las partículas cargadas de momento p que pasan por la rendija se desvían hacia trayectorias circulares de radio r = p/qB . Resulta que todos tocan la línea horizontal casi en el mismo lugar, el foco; aquí se debe colocar un contador de partículas. Variando B , esto hace posible medir el espectro de energía de partículas alfa en un espectrómetro de partículas alfa, de partículas beta en un espectrómetro de partículas beta, [5] de partículas (por ejemplo, iones rápidos ) en un espectrómetro de partículas, o medir la energía relativa Contenido de las distintas masas en un espectrómetro de masas .
Desde la época de Danysz, se han ideado muchos tipos de espectrómetros magnéticos más complicados que el tipo semicircular. [5]
Generalmente, la resolución de un instrumento nos dice qué tan bien se pueden resolver dos energías cercanas (o longitudes de onda, frecuencias o masas). Generalmente, para un instrumento con ranuras mecánicas, una resolución más alta significará una intensidad más baja.
OpenStax, Astronomía. AbiertoStax. 13 de octubre de 2016. <http://cnx.org/content/col11992/latest/>
