La maggior parte degli spettrometri misura l'intensità della luce emessa o trasmessa a una determinata lunghezza d'onda; altri spettrometri, chiamati spettrometri di massa, misurano invece la massa di piccole particelle cariche. Entrambi i tipi di spettrometri sono strumenti inestimabili per i chimici e godono di un'ampia gamma di usi negli esperimenti scientifici.

Misurazione della concentrazione

"Spettrofotometria" è una tecnica sperimentale comune nei laboratori chimici e biochimici. L'assorbimento della luce a una determinata lunghezza d'onda è legato alla concentrazione del soluto sotto la legge di Beer, A = ε b C, dove "C" è la concentrazione di un soluto, "b" è la lunghezza del percorso che la luce deve percorrere quando attraversa la soluzione, e "ε" è una costante specifica per il soluto e la lunghezza d'onda della luce utilizzata. Regolando l'angolo di un prisma o reticolo di diffrazione si seleziona una specifica lunghezza d'onda della luce, che passa attraverso il campione; un rilevatore sull'altro lato misura l'intensità della luce, e da questo è possibile calcolare l'assorbanza, o "A." Il calcolo di ε può essere eseguito utilizzando altre soluzioni della stessa sostanza la cui concentrazione è già nota.

Identificazione dei gruppi funzionali

La spettroscopia a infrarossi è un'altra tecnica spettrometrica utile. Uno spettrometro IR passa la luce a infrarossi attraverso un campione e misura l'intensità della luce trasmessa sull'altro lato. I dati vengono raccolti da un computer, che prepara un grafico che mostra la quantità di luce infrarossa assorbita a diverse lunghezze d'onda. Alcuni modelli di assorbimento rivelano la presenza di specifici tipi di gruppi in una molecola. Un ampio picco di assorbimento a circa 3.300-3.500 centimetri inversi, ad esempio, suggerisce la presenza di un gruppo funzionale alcolico, o "-OH".

Identificazione delle sostanze

Diversi elementi e composti hanno spettri di assorbimento unici, nel senso che assorbono la radiazione elettromagnetica a determinate lunghezze d'onda specifiche di quel composto. Lo stesso vale per gli spettri di emissione (le lunghezze d'onda emesse quando l'elemento è riscaldato). Questi spettri sono un po 'come un'impronta digitale nel senso che possono essere utilizzati per identificare l'elemento o il composto. Questa tecnica ha una grande varietà di usi; gli astronomi, ad esempio, spesso analizzano gli spettri di emissione per determinare quali tipi di elementi sono presenti in stelle lontane.

Spettrometria di massa

Gli spettrometri di massa sono molto diversi dagli altri spettrometri in quanto misurano la massa di particelle, piuttosto che l'emissione o l'assorbimento della luce. In uno spettrometro di massa, un composto viene vaporizzato in una camera di volatilizzazione e una piccola quantità viene lasciata filtrare in una camera sorgente, dove viene colpita da un fascio di elettroni ad alta energia. Questo fascio di elettroni ionizza le molecole del composto, rimuovendo un elettrone in modo che le molecole abbiano una carica positiva. Inoltre romperà alcune delle molecole in frammenti. Gli ioni e i frammenti sono ora spinti dalla camera sorgente da un campo elettrico; da lì passano attraverso un campo magnetico. Le particelle più piccole vengono deviate più di quelle più grandi, quindi la dimensione di ogni particella può essere determinata quando colpisce un rivelatore. Lo spettro di massa risultante offre ai chimici preziosi indizi sulla composizione e sulla struttura del composto.