Spektrometry to wspaniałe narzędzia, które od lat pomagają ludzkości w badaniu widma określonego rodzaju promieniowania. Jednak spektrometrów, tak jak wszystkich innych urządzeń, jest mnóstwo. Różne rodzaje, funkcje, zalety i właściwości. I czas, aby przybliżyć niektóre z nich.
Spektrometria - technika analityczna
Spektrometria jest techniką polegającą na interpretacji widm, które powstają w wyniku oddziaływania konkretnego rodzaju promieniowania na materię, rozumianą jako cząsteczki, jony i atomy. Widma spektroskopowe, których obrazy się analizuje to w rzeczywistości przedstawiona na wykresie zależność dwóch parametrów - pierwszym jest mierzone w dowolny sposób natężenie promieniowania, zaś drugim parametr fizyczny badanej materii (masa, energia, czy długość fali). Metodę spektrometrii stosuje się przede wszystkim w celu ustalenia składu chemicznego badanej materii. Ze względu na sposób wykonywania pomiaru, wyróżnia się różne rodzaje spektrometrii, z których najpopularniejsze są spektrometria mas, spektrometria XRF (korzystająca z metody fluorescencji rentgenowskiej) czy spektrometria emisyjna.
Spektrometria mas sprzężona z chromatografią
Podstawą spektrometrii mas jest pomiar stosunku masy do ładunku elektrycznego jonu. Próbka materii wprowadzana jest do komory spektrometru, gdzie ulega jonizacji. Następnie analizator liczbę jonów w funkcji ich stosunku masy do ładunku. Prościej mówiąc, wynikiem pomiaru spektrometrycznego jest wykres widma masowego, przedstawiający zależność między ilością jonów (na osi Y) oraz stosunkiem masy do ładunku jonów (na osi X). Stosunek masy do ładunku jonów pozwala wywnioskować, jaka jest masa cząsteczkowa analizowanego związku chemicznego. Nie sposób jednak ustalić składu mieszaniny, bez odwołania się do innych metod, głównie chromatografii gazowej (GC) lub wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC).
Działanie spektrometru mas
Wszystkie spektrometry mas składają się z trzech kluczowych części: jonizatora, analizatora i detektora. Spektrometr działa na zasadzie odchylania strumienia jonów w polu elektrycznym, dlatego każdej analizowanej substancji początkowo trzeba nadać ładunek elektryczny. Różnorodne techniki wykorzystywane przez jonizator nadają cząsteczkom ładunek, na przykład poprzez rozrywanie wiązań chemicznych w cząsteczkach. Naładowane jony unoszą się w próżni, dzięki czemu nie zderzają się z cząsteczkami gazów i są w formie wiązki kierowane do analizatora mas. To właśnie analizator rozdziela jony ze względu na ich stosunek masy do ładunku elektrycznego. W taki sposób rozdzielone jony kierowane są do detektora, który zmienia sygnał chemiczny w sygnał elektryczny, rejestrowany przez komputer w postaci widma masowego. Połączenie spektrometrii mas z chromatografią polega na wstępnym rozdzieleniu mieszaniny w chromatografie i przekazaniu rozdzielonych, czystych składników mieszaniny do spektrometru, w celu określenia masy cząsteczkowej.
Spektrometria XRF
Spektroskopia fluorescencyjna rentgenowska pozwala na ilościowe i jakościowe oznaczenie składu pierwiastkowego analizowanej próbki, bez konieczności jej zniszczenia. Aby wykonać badanie, niezbędne jest, aby próbka posiadała płaską powierzchnię, od której odbijać się będą promienie rentgenowskie. W przypadku cieczy poddawanych temu badaniu należy je umieścić w plastikowym pojemniku z cienkim, przezroczystym dnem. Fluorescencja rentgenowska polega na wzbudzaniu charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego za pomocą promieniowania pochodzącego z synchrotronu. Fluorescencyjne promieniowanie rentgenowskie jest wykrywane przez detektor i zmieniane w sygnał elektryczny, rejestrowany w postaci widma fluorescencyjnego. Widmo pozwala na dokładną identyfikację pierwiastków znajdujących się w próbce ze względu na to, że każdy pierwiastek charakteryzuje się inną energią linii emisyjnych. Spektrometry XRF znajdują zastosowanie głównie w archeologii, analizie składu szkła i kamieni szlachetnych, kontroli jakości i ochronie środowiska.
