Приборы для спектрального анализа

Для проведения химического анализа материалов лабораториям требуются специальные приборы — спектрометры. Принцип работы всех анализаторов спектра схож: они разлагают излучение в спектр, позволяя измерить его интенсивность, длину, волну, частоту и другие параметры. Существует несколько типов спектрометров. В этой статье разбираемся, как выбрать прибор для спектрального анализа под конкретные лабораторные задачи.

Виды спектрометров

Атомно-эмиссионные спектрометры (АЭС)

Приборы для элементного анализа, которые регистрируют спектры испускания свободных атомов и ионов в газообразной форме. Как правило, они регистрируют волны длиной от 200 до 900 нм.

АЭС — наиболее высокоточный метод определения примесей в веществах, находящихся в жидком агрегатном состоянии. В том числе метод позволяет работать с высокочистыми веществами. Используется в промышленности, науке, технике, при поиске и переработке полезных ископаемых, биологии, медицине, экологии.

Преимущества:

• высокая чувствительность;
• возможность работы с малой массой пробы;
• возможность обнаруживать большое число элементов в широком интервале концентраций с высокой точностью.

Атомно-абсорбционные спектрометры (ААС)

Это приборы, применяемые для количественного анализа элементного состава вещества по атомным спектрам поглощения. Обычно их используют, чтобы определить содержание металла в его растворе. ААС измеряет степень поглощения света, когда тот проходит через атомный пар пробы. Атомный пар образуется при воздействии на исследуемое вещество атомизатора.

Приборы применяются в экологии, металлургии, нефтехимии, пищевой промышленности, в горнодобывающей отрасли, медицине, криминалистике и т.д.

Преимущества:

• высокая чувствительность;
• высокая селективность;
• отсутствие жёстких требований к условиям атомизации.

Минусы:

• возможен только последовательный анализ нескольких элементов;
• пробные вещества требуется переводить в раствор.

Спектрофотометры

Позволяют анализировать растворы и твёрдые вещества, определять цветность. Прибор сравнивает интенсивность входящих потоков света и пропущенных через образец. С помощью спектрофотометров можно измерять поглощение/пропускание в непрерывном спектре длин волн, что позволяет получать уникальный спектр поглощения образца.

Приборы используются в медицине, фармацевтике, химической промышленности, биологии и т.д.

Преимущества:

• возможность определять элементы в сложных пробах без химического разделения;
• высокая точность спектрального анализа;
• возможность определения примесей;
• простота использования.

Недостатки:

• подверженность влиянию примесей на точность результата;
• невозможность анализа веществ с неустановленными спектрами поглощения.

Спектрофлуориметры

Лабораторные анализаторы, которые позволяют фиксировать спектры флуоресценции и спектры её возбуждения. Флуоресценция представляет собой быстро затухающее излучение вещества, что вызывается переходом из возбуждённого состояния в основное. Длина волны и время, в течение которого сохраняется возбуждённое состояние, относятся к индивидуальным характеристикам флуорофора, что и позволяет определить его.

Спектрофлуориметры используются в геологии, экологии, медицине, нефтяной промышленности, пищевом производстве и т.д.

Преимущества:

• высокая чувствительность;
• высокая скорость анализа;
• возможность работы в широком спектральном диапазоне;
• можно работать с нестабильными образцами.

ИК-Фурье спектрометры

Это прибор, используемый для количественного и качественного анализа содержания вещества в образце. Для этого используется инфракрасное излучение, которое проходит через исследуемый объект. В результате образец частично поглощает излучение. Спектр излучения/поглощения уникален для определённого вещества, что и позволяет безошибочно определить его в ходе анализа.

ИК-Фурье спектрометры используются в фармацевтике, химической и полимерной промышленности, в научных лабораториях и т.д.

Преимущества:

• высокая точность измерений, не требующая внешней калибровки;
• высокая чувствительность и скорость сканирования;
• большое оптическое пропускание;
• простая пробоподготовка;
• неразрушающий метод контроля;
• простота использования прибора.

Спектрометры ЯМР низкого разрешения

Спектрометры ЯМР (ядерного магнитного резонанса) используются для исследования структуры и свойств материалов. Работа прибора основывается на разности скоростей магнитной релаксации протонов в разных компонентах образца, что позволяет точно установить соотношение компонентов, их подвижность в исследуемом материале и иные характеристики.

ЯМР спектрометры используются в пищевой, текстильной, полимерной промышленности, нефтехимии, фармацевтике, производстве косметических продуктов, в различных исследованиях.

Преимущества:

• высокая информативность результатов;
• малые затраты времени на исследование;
• неразрушающий анализ;
• низкая вероятность ошибок.

Недостатки:

• высокая стоимость приборов;
• более низкая чувствительность по сравнению с другими методами спектрометрии.

Спектрометры комбинационного рассеяния

Приборы для рамановской спектроскопии, позволяющие изучать структуру материала или его характеристики на основе взаимодействия света с веществом. Метод похож на ИК-Фурье спектроскопию, только при рамановской спектроскопии изучается рассеянный свет, а в инфракрасной — поглощение света.

Спектрометры комбинационного рассеяния используются в химическом синтезе, изучении реакций полимеризации и гидрогенизации, для мониторинга биологических процессов, изучения различных реакций синтеза и т.д.

Преимущества:

• чувствительность ко многим функциональным группам;
• неразрушающее воздействие (хотя возможно негативное влияние на некоторые образцы);
• высокая эффективность при изучении сложных процессов.

Недостатки:

• слабый рамановский эффект требует оптимизации оптических компонентов прибора и правильной юстировки;
• из-за склонности органических молекул к флуоресценции при коротковолновом излучении обычно приходится использовать источники с более длинной волной.

Искровые ОЭС

Искровые оптико-эмиссионные спектрометры используются для анализа элементного состава металлов. В ходе работы применяется высокоэнергетический искровой заряд, который зажигает плазму в атмосфере аргона между электродом из меди или серебра и исследуемым образцом. Затем измеряется образовавшееся световое излучение, что позволяет за доли секунды количественно исследовать все химические элементы.

Прибор используется преимущественно в металлургии, машиностроении, а также в сфере контроля качества продукции и других областях.

Преимущества:

• высокая скорость получения результата;
• точность элементного анализа.

Недостатки:

• высокий расход аргона;
• требуется источник энергии для искры.

Как выбрать спектрометр

Выбор лабораторного оборудования зависит от сферы деятельности предприятия. Для правильного подбора необходимо понимать спектр задач, которые планируется решать:

1. Тип спектрометрии: атомарная или молекулярная?
2. Количество определяемых элементов или какие задачи планируется решать на оборудовании?
3. Агрегатное состояние пробы?
4. Лабораторный или экспресс анализ?
5. Как часто проводятся измерения и в каком количестве?
6. Аккредитованная лаборатория или нет?
7. Есть ли опыт работы на подобном оборудовании?

Выбрать спектрометр для ваших задач помогут специалисты компании «Миллаб». У нас только сертифицированное лабораторное, испытательное, аналитическое и технологическое оборудование для предприятий разного профиля.