spettròmetro
Indice
Definizione
sm. [spettro+-metro]. In fisica, strumento per la misurazione diretta della lunghezza d'onda della radiazione di uno spettro; è fondamentalmente uno spettroscopioornito di scala graduata o di un altro dispositivo opportuno. Come gli spettroscopi, anche gli spettrometri possono perciò essere a prisma o a reticolo.
Classificazione: spettrometro a prisma di Kirchhoff-Bunsen
Il più semplice spettrometro a prisma è quello di G. R. Kirchhoff e R. W. Bunsen costituito da un treppiede che sostiene una piattaforma, sulla quale sono disposti un collimatore, un piattello porta prisma, un collettore e un portascala. Il collimatore è fissato alla piattaforma ed è costituito da un tubo metallico che porta all'estremità rivolta verso il centro della piattaforma una lente convergente acromatica e all'altra estremità una fenditura di larghezza regolabile, posta nel piano focale della lente. Il collettore è un cannocchiale astronomico avente un obiettivo acromatico e un reticolo oculare costituito da due fili sottilissimi perpendicolari tra loro che permettono di individuare la posizione dell'immagine della fenditura, posto nel piano focale dell'obiettivo. Il portascala è un dispositivo che proietta l'immagine di una scala illuminata su una faccia del prisma, la quale la rinvia, dopo riflessione, nel campo visivo del cannocchiale. Il prisma a sezione triangolare è di vetro flintemph> a elevato indice di rifrazione ed è disposto opportunamente in modo da venire attraversato dalla luce in condizioni di deviazione minima. Per esaminare lo spettro di una sostanza si porta questa all'incandescenza e la si pone davanti alla fenditura. I raggi paralleli uscenti dal collimatore, passando attraverso il prisma, subiscono la dispersione ed entrano nel cannocchiale producendo tante immagini della fenditura quante sono le lunghezze d'onda presenti nella radiazione. L'immagine della scala risulta sovrapposta allo spettro in esame e permette di individuare la posizione delle righe sulla graduazione stessa. Per determinare la lunghezza d'onda delle righe bisogna tarare la scala, per esempio per confronto con uno spettro noto.
Classificazione: spettrometro di Hilger
Lo spettrometro di Hilger è essenzialmente costituito da un collimatore, un cannocchiale e un prisma. Il cannocchiale e il collimatore sono disposti ad angolo retto e mantengono sempre questa posizione, il prisma invece ruota; il cannocchiale è fornito di reticolo. Il prisma a sezione quadrangolare può essere considerato formato dalla riunione di due prismi le cui sezioni BCD e ADE sono triangoli rettangoli aventi gli angoli acuti di 30º e 60º e di un terzo prisma a riflessione totale, la cui sezione ABE è un triangolo rettangolo isoscele. Per esaminare la deviazione da esso prodotta su un raggio di luce monocromatica si può supporre che questo incida sulla faccia CD del prisma con un angolo î tale che il raggio rifratto colpisca la faccia AB con un angolo uguale a 45º. Poiché l'angolo limite del vetro di cui è costituito il prisma è ca. 42º, il raggio non potrà attraversare la superficie AB ma sarà ivi riflesso totalmente e inciderà sulla faccia AD con un angolo r uguale a quello di rifrazione ed emergerà da tale faccia con un angolo ê uguale a quello di incidenza î. Prolungando il raggio incidente e quello emergente si osserva che essi formano un angolo retto. Ciò vale per qualunque raggio luminoso e pertanto il prisma è detto a deviazione costante. Illuminando la fenditura con luce policromatica, dal collimatore emerge un fascio di raggi paralleli i quali incidono tutti con lo stesso angolo sulla faccia CD, ma penetrando nel prisma vengono diversamente rifratti; fra questi uno soltanto di determinata lunghezza d'onda segue il cammino descritto precedentemente e dopo aver seguito una deviazione di 90º entra nel cannocchiale e passa per il centro del reticolo. Ruotando il prisma in modo da far variare l'angolo di incidenza î, varia la lunghezza d'onda e quindi il colore del raggio che si osserva nel centro del reticolo. La rotazione del prisma si ottiene manovrando un tamburo che porta incisa una graduazione a spirale che fornisce direttamente le lunghezze d'onda. Alcuni spettrometri a deviazione costante hanno la scala graduata non in lunghezza d'onda, ma in valori arbitrari; in tal caso occorre procedere alla taratura con una sorgente di radiazioni di lunghezze d'onda note.
Classificazione: spettrometro di Littrow
Lo spettrometro di Littrow è un altro esempio di spettrometro a deviazione costante; in questo caso la deviazione è però di 180º. Spettrometro di Littrow sono usati come monocromatori in spettrofotometri commerciali.
Classificazione: spettrometro di Browning
Lo spettrometro di Browning è un apparecchio tascabile molto comodo, tuttavia non molto preciso, fornito di un prisma di Amici a visione diretta; l'occhio dell'osservatore accomodato all'infinito sostituisce il cannocchiale e vede contemporaneamente sovrapposti lo spettro in esame e l'immagine di una scala illuminata dall'esterno. Una volta tarato lo strumento è quindi possibile leggere direttamente la lunghezza d'onda delle righe in esame.
Classificazione: spettrometri a reticolo
Gli spettrometri a reticolo hanno come mezzo disperdente un reticolo di diffrazione del tipo per trasmissione. Quando un fascio di luce parallela monocromatica viene inviato sul reticolo si generano su uno schermo frange di diffrazione molto strette e nitide. Se la luce è policromatica la figura di diffrazione risulta costituita da una frangia centrale bianca e da righe laterali colorate corrispondenti alle lunghezze d'onda che compongono il fascio considerato. L'insieme delle righe costituisce lo spettro della sostanza in esame; esso presenta una successione di colori in senso inverso a quello ottenuto con un prisma. La separazione delle righe che si può ottenere con uno spettrometro a reticolo è sempre superiore a quella ottenibile con uno spettrometro a prisma.
Classificazione: spettrometri a cristallo
Strumento progettato da W. Bragg intorno al 1910 che consente l'analisi di un fascio di raggi X nelle sue diverse componenti spettrali di definita λ.
Classificazione: spettrometro di massa
Strumento che focalizza ioni di una data massa sull'ingresso di un rivelatore di particelle cariche. L'azione focalizzatrice è indipendente dall'energia cinetica e dall'angolo con cui gli ioni entrano nello strumento ed è ottenuta mediante deflessioni delle traiettorie in campi elettrici e magnetici opportuni. Due fasci di particelle di massa m e m´ immessi successivamente sullo strumento vengono focalizzati sullo stesso punto se le differenze di potenziale, V e V´, applicate allo strumento verificano la relazione
da cui si può dedurre il rapporto fra le masse degli ioni. Strumenti di questo tipo sono usati in chimica per la determinazione dei pesi atomici e molecolari. Nell'uso moderno, e in particolare in chimica organica, lo spettrometro di massa viene largamente utilizzato a scopo analitico, per esempio per individuare e dosare i singoli componenti di miscele complesse, quali gli oli minerali e le benzine, e nelle indagini sulla struttura molecolare di nuovi composti.
Fisica
In fisica delle particelle elementari, strumento per misurare con precisione energia, massa e direzione di emissione delle particelle prodotte in interazioni ad alta energia. Per quanto molto complesso, è basato su un principio analogo a quello dello spettrometro di massa. Ogni spettrometro di questo tipo viene appositamente progettato per un determinato tipo di esperienze condotto con i moderni grandi acceleratori di particelle.