Gli spettrometri sono strumenti scientifici, utilizzati per identificare o confermare la specie chimica, la struttura chimica o la concentrazione di sostanze in un campione. Esistono molti tipi di spettrometri, con molte possibili variazioni e modifiche che possono specializzare o estendere l'utilità di uno strumento. Nella maggior parte dei casi, un campione sottoposto ad analisi spettrometrica deve essere abbastanza puro per evitare risultati confondenti.

Materia ed energia

La spettrometria si basa sulle interazioni tra materia ed energia. Un campione stimolato con un tipo specifico di energia risponderà in un modo che è caratteristico del campione. A seconda del metodo, un campione risponde a un input di energia assorbendo energia, rilasciando energia o forse anche subendo un cambiamento fisico permanente. Se un campione non dà risposta in un particolare strumento, ci sono anche informazioni in quel risultato.

Colorimetri

In un colorimetro, un campione è esposto a una singola lunghezza d'onda di luce, oppure digitalizzato con molte diverse lunghezze d'onda della luce. La luce è nella banda visibile dello spettro elettromagnetico. I liquidi colorati riflettono, trasmettono (lascia passare) o assorbono diversi colori della luce a diversi gradi. La colorimetria è utile per determinare la concentrazione di una sostanza nota in soluzione, misurando la trasmittanza o l'assorbanza di un campione a una lunghezza d'onda fissa e confrontando il risultato con una curva di calibrazione. Uno scienziato produce la curva di calibrazione analizzando una serie di soluzioni standard di concentrazione nota.

Spettrometri UV

La spettroscopia ultravioletta (UV) funziona secondo un principio simile a quello della colorimetria, eccetto che usa l'ultravioletto leggero. La spettroscopia UV è anche detta spettroscopia elettronica, poiché i risultati dipendono dagli elettroni nei legami chimici del composto del campione. I ricercatori usano gli spettrometri UV per studiare il legame chimico e per determinare le concentrazioni di sostanze (ad esempio gli acidi nucleici) che non interagiscono con la luce visibile.

Spettrometri IR

I chimici usano gli spettrometri a infrarossi (IR) per misurare la risposta di un campione alla luce infrarossa. Il dispositivo invia un intervallo di lunghezze d'onda IR attraverso il campione per registrare l'assorbanza. La spettroscopia IR è anche detta spettroscopia vibrazionale o rotazionale perché le frequenze vibrazionali e rotazionali degli atomi legati tra loro sono le stesse delle frequenze della radiazione IR. Gli spettrometri IR sono usati per identificare composti sconosciuti o per confermare la loro identità poiché lo spettro IR di una sostanza serve come "impronta digitale" unica.

Spettrometri atomici

Gli spettrometri atomici sono usati per trovare gli elementali composizione dei campioni e per determinare le concentrazioni di ciascun elemento. Esistono due tipi fondamentali di spettrometri atomici: emissione e assorbanza. In entrambi i casi una fiamma brucia il campione, scomporlo in atomi o ioni degli elementi presenti nel campione. Uno strumento di emissione rileva le lunghezze d'onda della luce rilasciata dagli atomi ionizzati. In uno strumento di assorbanza, la luce delle lunghezze d'onda specificate passa attraverso gli atomi eccitati a un rivelatore. Le lunghezze d'onda delle emissioni o delle assorbanze sono caratteristiche degli elementi presenti.

Spettrometri di massa

Gli spettrometri di massa sono utilizzati per analizzare e identificare la struttura chimica delle molecole, soprattutto di quelle grandi e complesse. Un campione viene iniettato nello strumento e ionizzato (chimicamente o con un fascio di elettroni) per eliminare gli elettroni e creare ioni con carica positiva. A volte le molecole del campione sono suddivise in frammenti ionizzati più piccoli nel processo. Gli ioni vengono fatti passare attraverso un campo magnetico, facendo sì che le particelle cariche seguano un percorso curvo per colpire un rivelatore in posizioni diverse. Le particelle più pesanti seguono un percorso diverso rispetto a quelle più leggere e il campione viene identificato confrontando il risultato con quelli prodotti da campioni standard di composizione nota.