Espectrómetro

El espectrómetro de masas es un instrumento analítico que se utiliza para determinar la cantidad y tipo de las masas moleculares, o la relatividad de los isótopos y la composición química de las muestras. Su principio de funcionamiento de basa en medir la relación masa a carga eléctrica y la abundancia de iones en la fase gaseosa.[1]

Se caracterizan por poseer un medio para introducir las sustancias que se requiera analizar, un mecanismo para ionizar las sustancias, un acelerador que dirige los iones hacia el instrumento de medida, y un mecanismo que separe los iones analizados y registre el resultado (que por lo general son registrados eléctricamente en forma de gráficas).

El espectro energético de las partículas de masa conocida también puede medirse 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 velocidad, se pueden determinar las masas en un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo.

Una partícula cargada positiva que se mueve en un círculo bajo la influencia de la fuerza de Lorentz F.

Cuando una partícula con carga eléctrica (carga q, masa m) entra en un campo magnético constante B con un ángulo recto, es deflectada hacia una trayectoria circular de radio r, a causa de la fuerza de Lorentz. El momento p de la partícula se obtiene a partir de la relación

${\displaystyle p=mv=qBr}$,

Foco de un espectrómetro magnético semicircular.

donde m y v son la masa y velocidad de la partícula. El principio del foco del espectrómetro más antiguo y más simple, el espectrómetro semicircular,[2] inventado por J. K. Danisz, se muestra a la izquierda. Un campo magnético constante se encuentra aplicado en forma perpendicular a la hoja. Las partículas cargadas con momento p que pasan por la ranura son deflectadas en trayectorias circulares de radio r = p/qB. Se observa que todas ellas colisionan con la línea horizontal en casi el mismo punto, el foco; allí debe colocarse un contador de partículas. Variando B, ello permite medir el espectro de energía de las partículas alfa en un espectrómetro de partículas alfa, de partículas beta en un espectrómetro de partículas beta,[3] de las partículas (o sea iones rápidos) en un espectrómetro de partículas, o para medir el contenido relativo de varias masas en un espectrómetro de masas.

Desde la época de Danysz, se han diseñado numerosos tipos de espectrómetros más complicados que el del tipo semicircular.[3]

Espectro de luz emitido por una lámpara de deuterio en los segmentos UV, visible e infrarrojo próximo del espectro electromagnético.

El espectrómetro óptico se emplea para medir las propiedades de luz de en una porción del espectro electromagnético. Generalmente la variable que se mide es la intensidad de la luz pero también se podría medir el estado de polarización. En óptica, el espectrómetro separa la luz que le llega con respecto a la longitud de onda y registra el espectro en un detector. Este aparato ha sustituido al espectroscopio en algunas aplicaciones científicas.

Los espectrómetros ópticos (a menudo simplemente denominados "espectrómetros"), en particular, muestran la intensidad de la luz en función de la longitud de onda o frecuencia. Las diferentes longitudes de onda de la luz son separadas mediante refracción en un prisma o mediante difracción mediante un rejilla de difracción. La espectroscopía ultravioleta–visible es un ejemplo.

Estos espectrómetros utilizan el fenómeno de dispersión óptica. La luz de una fuente puede consistir de 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 que se observa, un análisis espectral puede mostrar la composición de los objetos que se analiza.[4]

Los espectrómetros ópticos de emisión atómica (a menudo denominados espectrómetros mediante descraga de chispa), se utiliza para evaluar metales para determinar la composición química con muy alta precisión. Se aplica una chispa a través de un alto voltaje en la superficie que vaporiza las partículas en un plasma. A continuación, las partículas y los iones emiten una radiación que se mide mediante detectores (tubos fotomultiplicadores) a diferentes longitudes de onda características.