Что такое спектральный датчик?

Что такое спектральный датчик?

Спектральный датчик — это общее название аналитического оборудования, которое может исследовать состав и свойства вещества путем измерения света, излучаемого или поглощаемого веществом.

Устройство в основном состоит из источника света, спектрального датчика, образца и детектора. Существуют различные типы спектральных датчиков в зависимости от типа используемого источника света и механизма устройства.

В частности, существуют УФ-видимые спектрофотометры (УФ-Вис), Инфракрасные спектрофотометры (ИК), Атомно-эмиссионный спектрометр с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС), Атомно-абсорбционный спектрометр (ААС), Рентгеновско-флуоресцентный спектрометр (РФС), Рентгеновско-фотоэлектронный спектрометр (РФЭС) и другие. Поскольку аналитические возможности каждого прибора различаются, необходимо выбрать тот, который лучше всего подходит для ваших целей.

Применение спектральных датчиков

Спектральные датчики используются в различных областях. Ниже приведены некоторые типичные области применения. Это всего лишь несколько примеров; Спектральные датчики используются в широком спектре областей.

1. Химия и биохимия

Контроль качества синтезированных химикатов путем проверки их молекулярных структур, скоростей реакций и содержания примесей, структурного анализа белков и ДНК, а также измерения ферментативных реакций являются примерами.

2. Науки об окружающей среде

Обнаружение и анализ загрязняющих веществ в воде и воздухе.

3. Медицинские и фармацевтические науки

Измерение массы лекарственных препаратов, измерение компонентов в крови, диагностика заболеваний и т. д.

4. Пищевая промышленность

Количественный анализ питательных компонентов и добавок в продуктах питания, контроль качества, анализ состава материалов, измерение свойств поверхности и исследование реакций окисления.

Принцип работы спектрального датчика

Рисунок 1. Структура спектроскопического датчика

Спектральные датчики используются для идентификации и количественного определения веществ в образце путем облучения образца каким-либо светом и анализа поглощенного, отраженного или испускаемого образцом света. Результаты анализа выводятся в виде диаграммы формы волны, называемой спектром.

Анализируя эти спектральные данные, можно выполнить, например, качественный и количественный анализ образцов, оценку молекулярных структур и оценку свойств материалов. Принцип измерения отличается от одного прибора к другому, и принципы измерения шести репрезентативных приборов, упомянутых выше, кратко описаны ниже.

1. УФ-видимый спектрофотометр

Когда образец облучается светом вплоть до УФ/видимых длин волн, свет поглощается или отражается веществами, содержащимися в образце. Измеряя интенсивность поглощенного или пропущенного света на каждой длине волны падающего света, можно определить и количественно проанализировать молекулярную структуру компонентов, содержащихся в образце.

2. Инфракрасный спектрофотометр

Когда образец облучается инфракрасным светом, образец поглощает или отражает инфракрасный свет. Поглощенное или отраженное инфракрасное излучение зависит от типа соединения в образце и состояния связи. Разделив инфракрасный свет на различные длины волн с помощью спектрального датчика и измерив интенсивность света с помощью детектора, можно определить тип и состояние связи соединений в образце.

3. Атомно-эмиссионный спектральный датчик с индуктивно связанной плазмой

Образец вводится в пламя, называемое «плазмой», которое образуется при сжигании вещества при высокой температуре, и наблюдается свечение для определения состава вещества. Когда образец помещается в плазму, он распадается на атомы и ионы.

Во время этого процесса атомы и ионы в плазме поглощают энергию и испускают свет, когда они ее выделяют. Это световое излучение состоит из света с различными длинами волн, и путем измерения интенсивности и длины волны света можно определить компоненты в образце.

4. Атомно-абсорбционный спектральный датчик

Свет, испускаемый специальным источником света, освещает образец. Поскольку элементы поглощают свет на длинах волн, специфичных для элемента, количество элемента в образце можно определить, измерив интенсивность поглощенного света на каждой длине волны.

5. Рентгенофлуоресцентный анализатор

Когда рентгеновские лучи попадают на образец, элементы в образце поглощают энергию и испускают ее, производя рентгеновские лучи флуоресценции.

Поскольку энергия этой рентгеновской флуоресценции различается в зависимости от типа элемента, энергию рентгеновской флуоресценции можно измерить, чтобы определить, какие элементы содержатся в образце.

6. Рентгеновский фотоэлектронный спектральный датчик

Когда твердая поверхность подвергается воздействию рентгеновских лучей, атомы и молекулы ионизируются, и в результате ионизации испускаются электроны. Испускаемые электроны имеют различную энергию в зависимости от элемента и его химического состояния.

Изменяя энергию рентгеновских лучей, можно исследовать поверхность образца на разных глубинах.

Типы спектральных датчиков

Рисунок 2. Типы света

Существуют различные типы спектральных датчиков, каждый из которых может анализировать разные вещи. Вот краткое описание шести типичных типов инструментов.

1. Ультрафиолетово-видимый спектрофотометр (UV-Vis)

Этот прибор использует ультрафиолетовый или видимый свет в качестве источника света для исследования света, прошедшего, поглощенного или отраженного от вещества. Его можно использовать для качественного и количественного анализа компонентов в образце.

2. Инфракрасный спектрофотометр (IR)

Этот прибор использует инфракрасные лучи в качестве источника света для исследования света, проходящего через материал и отраженного от него. Его можно использовать для оценки структуры и количественного анализа компонентов в образце.

3. Атомно-эмиссионный спектральный датчик с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES)

Это устройство, которое обнаруживает явление люминесценции, возникающее при введении образца в индуктивно связанную плазму. Он чрезвычайно чувствителен и может использоваться для качественного и количественного анализа следовых элементов.

4. Атомно-абсорбционный спектральный датчик (AAS)

Это устройство может выполнять качественный и количественный анализ следовых элементов, используя явление, при котором атомы поглощают свет на определенных длинах волн.

5. Рентгенофлуоресцентный анализатор (XRF)

Это устройство может выполнять элементный анализ материалов, используя рентгеновские лучи в качестве источника света. Он может выполнять качественный и количественный анализ образцов, измеряя флуоресцентные рентгеновские лучи, характерные для каждого элемента.

6. Рентгеновский фотоэлектронный спектральный датчик (XPS)

Это устройство использует рентгеновские лучи в качестве источника света для получения информации об атомах и молекулах, составляющих поверхность твердого тела.