Սպեկտրաչափ

Սպեկտրոմետր կամ սպեկտրաչափ, գիտական գործիք, որը կիրառվում է որևէ ֆիզիկական երևույթի սպեկտրային բաղադրիչները բաժանելու և չափելու համար։ «Սպեկտրոմետր» տերմինը լայն հասկացություն է, որը հաճախ օգտագործվում է այն գործիքները նկարագրելու համար, որոնք չափում են երևույթի շարունակական փոփոխականը, որտեղ սպեկտրային բաղադրիչները խառնված են։ Տեսանելի լույսի դեպքում սպեկտրոմետրը կարող է բաժանել սպիտակ լույսը և չափել գույների առանձին նեղ գոտիները, որոնք կոչվում են սպեկտր։ Մասս-սպեկտրոմետրը չափում է գազում առկա ատոմների կամ մոլեկուլների զանգվածային սպեկտրերը։ Առաջին սպեկտրոմետրերը օգտագործվել են լույսը գույների շարանի բաժանելու համար։ Սպեկտրոմետրերը զարգացել և կատարելագործվել են ֆիզիկական, աստղագիտական և քիմիական ուսումնասիրությունների ժամանակ։ Սպեկտրասկոպիայի նյութի քիմիական կազմը որոշելու կարողությունը խթանեց դրա զարգացումը և մինչ օրս մնում է դրա հիմնական կիրառություններից մեկը։ Սպեկտրոմետրերը կիրառվում են աստղագիտության մեջ՝ ուսումնասիրելու աստղերի և մոլորակների քիմիական կազմը, ինչպես նաև տիեզերքի ծագման վերաբերյալ տվյալներ հավաքելու համար։

Սպեկտրոմետրերի օրինակներ են այն սարքերը, որոնք բաժանում են տարրական մասնիկները, ատոմները և մոլեկուլները ըստ իրենց զանգվածի, ինպուլսի կամ էներգիայի։ Այս տեսակի սպեկտրոմետրերը կիրառվում են քիմիական վերլուծության և տարրական մասնիկների ֆիզիկայում^[1]:

Սպեկտրոմետրերի տեսակները

Օպտիկական սպեկտրոմետրեր կամ օպտիկական արտազատման սպեկտրոմետրեր

Օպտիկական կլանման սպեկտրոմետրեր

Օպտիկական սպեկտրոմետրերը (հաճախ պարզապես «սպեկտրոմետրեր») ցույց են տալիս լույսի ինտենսիվությունը՝ որպես ալիքի երկարության կամ հաճախականության ֆունկցիա։ Տարբեր ալիքային երկարությունները բաժանվում են պրիզմայի միջով ռեֆրակցիայի կամ դիֆրակցիոն ցանցի միջով դիֆրակցիայի միջոցով։ Ուլտրամանուշակագույն–տեսանելի սպեկտրոսկոպիան դրա օրինակն է։

Այս սպեկտրոմետրերը օգտագործում են օպտիկական դիսպերսիայի երևույթը։ Աղբյուրի լույսը կարող է բաղկացած լինել շարունակական սպեկտրից, արտազատման սպեկտրից (պայծառ գծեր) կամ կլանման սպեկտրից (մութ գծեր)։ Քանի որ յուրաքանչյուր տարր թողնում է իր սպեկտրային ստորագրությունը դիտվող գծային պատկերում, սպեկտրային վերլուծությունը կարող է բացահայտել ուսումնասիրվող օբյեկտի նյութի կազմը^[2]:

Օպտիկական արտազատման սպեկտրոմետրեր

Օպտիկական արտազատման սպեկտրոմետրերը (հաճախ կոչվում են ատոմային էմիսիոն կամ կայծային սպեկտրոմետրեր) կիրառվում են մետաղների քիմիական կազմը չափազանց բարձր ճշգրտությամբ որոշելու նպատակով։ Մակերեսին կիրառվում է բարձր լարման կայծ, որը մասնիկները գոլորշիացնում է պլազմայի։ Մասնիկներն ու իոնները ճառագայում են, որը չափվում է տվիչներով (ֆոտոմուլտիպլիկատոր խողովակներ) տարբեր բնորոշ ալիքային երկարություններում^[3]:

Մագնիսական ռեզոնանսային սպեկտրոսկոպիա

Քանի որ պրոտոնները, էլեկտրոնները և բազմաթիվ այլ մասնիկներ ունեն զուտ մագնիսական մոմենտ, նրանք փոխազդում են արտաքին կիրառված մագնիսական դաշտի հետ։ Սա կիրառվում է բարձր լուծաչափով հեղուկ միջուկային մագնիսական ռեզոնանս սպեկտրոսկոպիայում, որտեղ միջուկի յուրահատուկ մագնիսական միջավայրը փոփոխվում է այն շրջապատող էլեկտրոնների միջոցով՝ հնարավորություն տալով ստանալ տվյալ նմուշի քիմիական բաղադրության մասին տեղեկություն։ Նույն ձևով չզույգված էլեկտրոնները փոխազդում են մագնիսական դաշտերի հետ, որի արդյունքում ստացվում է էլեկտրոնային պարամագնիսական ռեզոնանս մեթոդը։

Էլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիա

Սպեկտրոսկոպիայի որոշ տեսակներ ուսումնասիրում են ոչ թե ֆոտոնների, այլ էլեկտրոնների էներգիան։ Ռենտգենյան ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիան դրա օրինակն է^[4]:

Մասս-սպեկտրոմետր

Մասս-սպեկտրաչափը վերլուծական սարք է, որը կիրառվում է նմուշում առկա քիմիական նյութերի քանակն ու տեսակը որոշելու համար՝ չափելով գազային իոնների զանգված-լիցք հարաբերակցությունը և առատությունը^[5]:

Թռիչքի ժամանակի սպեկտրոմետր

Նշված զանգված ունեցող մասնիկների էներգետիկ սպեկտրները հնարավոր է չափել՝ որոշելով թռիչքի ժամանակը երկու տվիչների միջև (և, հետևաբար, արագությունը) թռիչքի ժամանակի սպեկտրոմետրում։ Հակառակը, եթե մասնիկի էներգիան հայտնի է, ապա զանգվածները կարելի է որոշել թռիչքի ժամանակի մասս-սպեկտրոմետրում։

Մագնիսական սպեկտրոմետր

Դրական լիցքավորված մասնիկ, որը շրջանաձև է շարժվում Լորենցի ուժի ազդեցության տակ F

Երբ արագ լիցքավորված մասնիկը (լիցք՝ q, զանգված՝ m) մուտք է գործում հաստատուն մագնիսական դաշտ B՝ ուղղահայաց անկյան տակ, այն շեղվում է շրջանաձև ուղու՝ շառավիղով r, Լորենցի ուժի ազդեցությամբ։ Մասնիկի շարժման քանակը (իմպուլսը) տրվում է հետևյալ բանաձևով՝

p=mv=qBr

,

Մագնիսական կիսաշրջանաձև սպեկտրոմետրի ֆոկուսը

որտեղ m և v-ն մասնիկի զանգվածն ու արագությունն են^[6]: Ամենահին և պարզագույն մագնիսական սպեկտրոմետրի (կիսաշրջանաձև սպեկտրոմետրի)^[7]^[8] կենտրոնացման սկզբունքը ցույց է տրված ձախ կողմում։ Հաստատուն մագնիսական դաշտը գտնվում է էջին ուղղահայաց։ Շարժման քանակով p լիցքավորված մասնիկները, որոնք անցնում են ճեղքով, շեղվում են շրջանաձև ուղիներով՝ շառավիղով r = p/qB։ Արդյունքում դրանք բոլորը գրեթե նույն տեղում են խփում հորիզոնական գծին՝ կիզակետին, որտեղ պետք է տեղադրվի մասնիկների հաշվիչը։ Փոփոխելով B, հնարավոր է չափել ալֆա-մասնիկների էներգետիկ սպեկտրները՝ ալֆա մասնիկների սպեկտրոմետրով, բետա-մասնիկների սպեկտրները՝ բետա մասնիկների սպեկտրոմետրով^[9], մասնիկների (օր.՝ արագ իոնների) սպեկտրները՝ մասնիկների սպեկտրոմետրով, կամ չափել տարբեր զանգվածների հարաբերական պարունակությունը մասս-սպեկտրոմետրում։

Հետագայում կիսաշրջանաձև տիպից ավելի բարդ բազմաթիվ մագնիսական սպեկտրոմետրերի տեսակներ են մշակվել^[9]:

Լուծաչափ

Ընդհանուր առմամբ, սարքի լուծաչափը ցույց է տալիս, թե որքան լավ է հնարավոր տարբերակել երկու մերձակա էներգիաներ (կամ ալիքի երկարություններ, հաճախականություններ կամ զանգվածներ)։ Ընդհանուր առմամբ, մեխանիկական ճեղքերով սարքերի համար ավելի բարձր լուծաչափը կնշանակի ավելի ցածր արտաբերման ինտենսիվություն^[10]:

Տես նաև

Օպտիկական սպեկտրոմետր

Ծանոթագրություններ

↑ «Web of Science». www.webofscience.com. Վերցված է 2024 թ․ նոյեմբերի 17-ին.
↑ OpenStax, Astronomy. OpenStax. 13 October 2016. <http://cnx.org/content/col11992/latest/>
↑ Yang, Jiahui; Luo, Yijing; Su, Yubin; Li, Yuanyuan; Lin, Yao; Zheng, Chengbin (2022 թ․ օգոստոս). «Direct coupling of liquid–liquid extraction with 3D-printed microplasma optical emission spectrometer for speciation analysis of mercury in fish oil». Microchemical Journal. 179: 107569. doi:10.1016/j.microc.2022.107569.
↑ Gale, W.F.; Totemeier, T.C., eds. (2004). «X-ray analysis of metallic materials». Smithells Metals Reference Book. doi:10.1016/B978-075067509-3/50007-5. ISBN 978-0-7506-7509-3.
↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "Mass spectrometer". doi:10.1351/goldbook.M03732
↑ Aguilar, M.; և այլք: (2021 թ․ փետրվար). «The Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) on the international space station: Part II — Results from the first seven years». Physics Reports. 894: 1–116. Bibcode:2021PhR...894....1A. doi:10.1016/j.physrep.2020.09.003. hdl:10281/287394.
↑ Danysz, J. (1912). «Sur les rayons β de la famille du radium». Le Radium. 9 (1): 1–5. doi:10.1051/radium:01912009010100.
↑ Danysz, Jean (1913). «Sur les rayons β des radiums B, C, D, E». Le Radium. 10 (1): 4–6. doi:10.1051/radium:019130010010401.
↑ ^9,0 ^9,1 Siegbahn, Kai (1965). Alpha- Beta- and Gamma-ray Spectroscopy. North-Holland Publishing Company. ISBN 978-0-444-10695-7.
↑ «Web of Science». www.webofscience.com. Վերցված է 2024 թ․ նոյեմբերի 17-ին.

[1] «Web of Science». www.webofscience.com. Վերցված է 2024 թ․ նոյեմբերի 17-ին.

[openstax-astro-2] OpenStax, Astronomy. OpenStax. 13 October 2016. <http://cnx.org/content/col11992/latest/>

[3] Yang, Jiahui; Luo, Yijing; Su, Yubin; Li, Yuanyuan; Lin, Yao; Zheng, Chengbin (2022 թ․ օգոստոս). «Direct coupling of liquid–liquid extraction with 3D-printed microplasma optical emission spectrometer for speciation analysis of mercury in fish oil». Microchemical Journal. 179: 107569. doi:10.1016/j.microc.2022.107569.

[4] Gale, W.F.; Totemeier, T.C., eds. (2004). «X-ray analysis of metallic materials». Smithells Metals Reference Book. doi:10.1016/B978-075067509-3/50007-5. ISBN 978-0-7506-7509-3.

[5] IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "Mass spectrometer". doi:10.1351/goldbook.M03732

[6] Aguilar, M.; և այլք: (2021 թ․ փետրվար). «The Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) on the international space station: Part II — Results from the first seven years». Physics Reports. 894: 1–116. Bibcode:2021PhR...894....1A. doi:10.1016/j.physrep.2020.09.003. hdl:10281/287394.

[7] Danysz, J. (1912). «Sur les rayons β de la famille du radium». Le Radium. 9 (1): 1–5. doi:10.1051/radium:01912009010100.

[8] Danysz, Jean (1913). «Sur les rayons β des radiums B, C, D, E». Le Radium. 10 (1): 4–6. doi:10.1051/radium:019130010010401.

[Siegbahn-9] 9,0 ^9,1 Siegbahn, Kai (1965). Alpha- Beta- and Gamma-ray Spectroscopy. North-Holland Publishing Company. ISBN 978-0-444-10695-7.

[10] «Web of Science». www.webofscience.com. Վերցված է 2024 թ․ նոյեմբերի 17-ին.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]