Как правильно выбрать спектрометр

Спектрометр — это прибор, используемый для измерения состава объекта или среды. Спектрометрия объединяет методы анализа, которые позволяют определить состав объекта или среды, изучив спектр взаимодействия материи с излучением. Спектр представляет собой совокупность элементарных частиц объекта и позволяет понять структуру его материала. Существует несколько методов спектрометрии, которые можно разделить на две большие категории: спектрометрия излучения и масс-спектрометрия.

Посмотреть спектрометры

  • Какие существуют типы спектрометров?

    Итак, существует два основных типа спектрометров: спектрометры излучения и массовые спектрометры.

    Рамановский спектрометр Horiba

    Спектрометры излучения

    • Абсорбционные спектрометры: этот тип спектрометров измеряет пропорциональность между интенсивностью поглощенного света и количеством поглощающего материала. В спектрах видны пики, каждый из которых соответствует определенной длине волны, характерной для анализируемого вещества. Этот метод используется либо на молекулах в жидкой или газовой фазе, либо на атомном паре, полученном при термическом разложении жидких или твердых образцов.

     

    • Эмиссионные спектрометры: в спектрометрах этого типа атомы в образце подвергаются воздействию источника возбуждения. В процессе релаксации атомы испускают излучение, характерное для анализируемого соединения.

     

    • Спектрометры комбинационного (рамановского) рассеяния: в них используется принцип неупругого рассеяния падающего излучения на молекулах, из которых состоит анализируемый образец. Разница в частотах между рассеянным и падающим излучением позволяет определить химические связи этих молекул. Наряду с инфракрасной и масс-спектрометрией, рамановская спектрометрия является общепринятым методом для структурного анализа.

     

    • Спектрометры ядерного магнитного резонанса (ЯМР): этот метод использует магнитные свойства атомных ядер. ЯМР вызывает и обнаруживает переход энергии ядерных магнитных моментов с самого низкого энергетического уровня на самый высокий энергетический уровень. Для этого анализируемые атомы помещаются в магнитное поле и подвергаются радиочастотному излучению. Измерение резонансной частоты этого поля позволяет провести анализ молекул.

    Массовые спектрометры

    Массовый спектрометр Thermo Scientific

    Принцип работы массовых спектрометров заключается в разделении в газовой фазе заряженных молекул (ионов) в соответствии с их соотношением масса/заряд (m/z). Массовые спектрометры позволяют определить:

    • Молекулярную массу соединения;
    • Массу фрагментов этого соединения;
    • Количество материала.

     

  • В каких областях применяются спектрометры?

    Спектрометрия используется в самых различных областях. В данном руководстве мы сосредоточимся главным образом на биологическом анализе, исследованиях, фармацевтической промышленности и анализе окружающей среды.

    • Биологический анализ: масс-спектрометрия является оптимальным методом для анализа биологических образцов. Например, масс-спектрометры используются для обнаружения биомаркеров в биологических жидкостях.
    • Исследования: спектрометры используются, в частности, в молекулярной биологии для анализа генетического материала.
    • Фармацевтическая промышленность: спектрометры позволяют проводить проверку состава лекарств, и, главным образом, их активных ингредиентов.
    • Анализ окружающей среды: спектрометры могут использоваться для обнаружения многих веществ, таких как пестициды, летучие органические соединения и ароматические углеводороды.
  • Какие существуют методы абсорбционной спектрометрии?

    Абсорбционный спектрометр Agilent

    В зависимости от типа анализа и метода возбуждения различают следующие методы: атомная абсорбция, молекулярная абсорбция и инфракрасное излучение.

    Атомные-абсорбционные спектрометры

    Эти типы спектрометров используются для проведения анализов на атомном уровне. Этот метод обычно требует предварительного этапа атомизации, при которой молекулы диссоциируют на свободные атомы. Эта форма абсорбционной спектрометрии очень эффективна и поэтому имеет чрезвычайно широкий спектр применения. Точные измерения возможно произвести даже в случае, когда образец состоит из сложного набора химических элементов. Это эталонный метод для анализа микроэлементов в широком спектре образцов, включая биологические образцы. Например, в медицине атомно-абсорбционная спектрометрия позволяет проводить точный анализ образцов крови или тканей, взятых у пациентов.

    Существует два типа атомно-абсорбционных спектрометров:

    • Атомно-абсорбционные спектрометры (ААС): возбуждение электромагнитным излучением;
    • Рентгеновские абсорбционные спектрометры (РАС): возбуждение рентгеновскими лучами без необходимости предварительного этапа атомизации.

    Спектрометр УФ-видимого диапазона Spectronic Camspec

    Молекулярно-абсорбционные спектрометры

    Данные спектрометры используются для проведения анализов на молекулярном уровне. Это наиболее широко используемый метод качественного и количественного анализа веществ. Испускаемые фотоны находятся в УФ-видимом спектральном диапазоне. Преимущество молекулярной абсорбционной спектроскопии заключается в том, что она простая в использовании, неразрушающая и быстрая. Однако она применима только к образцам низкой сложности: ширина полос молекулярного поглощения недостаточно точна, чтобы конкретно определить все компоненты сложного состава.

    В зависимости от способа возбуждения различают:

    Инфракрасные спектрометры

    Инфракрасный спектрометр Bruker

    Инфракрасные спектры поглощения позволяют определить природу химических связей в молекуле, и, таким образом, подтвердить структурные гипотезы.

    Таким образом, инфракрасная спектрометрия позволяет устранить неясности относительно структуры молекулы. Тем не менее, этот метод менее точен, если молекула содержит много атомов: спектр быстро становится сложным, и к интерпретации данных нужно подходить с осторожностью. Это особенно характерно для органических соединений. В таком случае предпочтительнее использовать абсорбционную спектрометрию.

  • Какие существуют методы эмиссионной спектрометрии?

    Эмиссионные спектрометры в основном используются для количественного и качественного анализа на атомном уровне. При таком анализе образец возбуждается и испускает излучение. Количественное измерение этого излучения от стимулированных атомов позволяет определить концентрацию вещества.

    Обозначим несколько особенностей, связанных с данным типом спектрометров:

    • Очень широкий и динамический диапазон измерений;
    • Качественный и количественный анализ нескольких элементов за одно измерение;
    • Высокая точность и чувствительность;
    • Высокая скорость;
    • Отсутствие химических помех.

    В зависимости от типа возбуждения и эмиссии различают:

    Флуоресцентные спектрометры

    Флуоресцентный спектрометр Edinburgh Instruments

    Эмиссия флуоресценции наблюдается при возбуждении частицы электромагнитным излучением. Испускаемое излучение специфично для анализируемой частицы. Таким образом, преимущество данного метода заключается в высокой точности и специфичности, что делает его особенно подходящим для измерения очень низких концентраций. Тем не менее, этот метод более сложен в реализации, чем абсорбционная спектрометрия.

    Если возбуждение осуществляется рентгеновским излучением, то говорят о рентгеновской флуоресценции.

    Атомно-эмиссионные спектрометры

    При данном методе атомы возбуждаются термическим путем, подвергаясь воздействию высоких температур. Однако возбуждение производится не селективно, а безразборно на все частицы, составляющие образец. Каждая линия излучения соответствует определенному элементу, а спектр излучения позволяет обнаружить и количественно оценить все атомы или молекулы, присутствующие в образце.

  • Какие существуют методы масс-спектрометрии?

    Масс-спектрометрия используется для определения молекулярной массы вещества и получения его структурных данных.

    Для проведения масс-спектрометрического анализа необходимо, чтобы образец прошел через этап испарения и ионизации. Образовавшийся молекулярный ион разделяется на фрагменты, которые сортируются в анализаторе в соответствии с соотношением масса/заряд и затем собираются детектором. В результате получается масс-спектр, характерный для состава образца.

    Это чрезвычайно чувствительный метод обнаружения и идентификации. В частности, этот метод широко используется для анализа белков.

    Данный метод имеет следующие преимущества и особенности:

    • Очень широкий диапазон применения: анализ как очень маленьких молекул (молекулярная масса 100 000 Да);
    • Очень точный метод определения молекулярного веса с точностью до единицы;
    • Этот метод можно сочетать с другими аналитическими методами (например, c хроматографией) для достижения еще большей точности.
Похожие руководства
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet)
Загрузка...
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *