Componenti principali:
1.
Sorgente di luce
2.
Selettore di lunghezze d’onda
3.
Contenitore del campione
4.
Rivelatore di radiazioni
5.
Elaboratore del segnale e dispositivo indicatore
SORGENTE
MONOCROMATORE
CAMPIONE
RIVELATORE
SISTEMA DI
ELABORAZONE E
PRESENTAZIONE
DATI
Configurazione per misure di assorbimento in UV-vis
SORGENTE
CAMPIONE
MONOCROMATORE
RIVELATORE
Configurazione per misure di assorbimento in IR
SISTEMA DI
ELABORAZONE E
PRESENTAZIONE
DATI
Per le determinazioni in assorbimento molecolare è necessaria una sorgente continua, la cui
potenza non cambi bruscamente in un intervallo considerevole di l
Sorgenti comuni per misure di assorbimento in UV-vis
Lampada a filamento
di tungsteno (vis)
Lampada a D2 (UV)
Lampade a deuterio
•
•
•
•
Sono lampade a scarica - lo spettro è prodotto da
un arco che si forma mediante eccitazione elettrica
del gas deuterio gas (D2) che riempie la lampada.
Ampio spettro nella regione dell’UV (< 400nm).
Tempi di vita lunghi (oltre 4000 h) ed eccellente
stabilità.
Possono funzionare sia con corrente continua che
alternata.
Sorgenti comuni per misure di assorbimento in IR
Sono costituite da un solido inerte riscaldato elettricamente a T tra 1500-2000 K: la radiazione
continua così prodotta si avvicina a quella di un corpo nero. La massima intensità radiante si
ha intorno a 2 mm poi diminuisce lentamente fino a circa l’1% del massimo a l > 15 mm.
Filamento di Nernst. Cilindretto
di materiale semiconduttore
(ossidi di terre rare) lungo 20
mm e ø 1-2 mm, alle cui
estremità sono
saldati dei
conduttori di Pt per permettere
il passaggio di corrente e il
raggiungimento di T tra 1200 e
2200 K
La sorgente Globar è una
candela di carburo di Si (ø
5mm, lunga 50mm) riscaldata
elettricamente a circa 1500 K.
È necessario raffreddare i
contatti elettrici per evitare la
formazione di un arco. Lo
spettro è simile a quello
prodotto dal filamento di
Nernst, ma ha una maggiore
efficienza a l < 5 mm.
Sorgenti a filo incandescente sono
costituite da una spirle di Ni-Cr
riscaldata elettricamente a 1100K.
Producono radiazioni a intensità
inferiore al filamento di Nernst e alla
Globar, ma sono più resistenti.
Componenti di un monocromtore
Fenditura d’entrata
Elemento collimatore (lente o specchio) che rende parallelo il fascio di radiazioni
Prisma o Reticolo a gradinata come elemento disperdente
Elemento focalizzatore (lente o specchio) che riforma l’immagine della fenditura e la mette a fuoco
su una superficie piana detta piano focale
Fenditura d’uscita che isola la banda spettrale desiderata
Monocromatore a prisma di Bunsen – utilizzato in
vecchi
strumenti.
Prisma
come
elemento
disperdente (dispersione per rifrazione)
Materiale prisma:
UV-vis - quarzo
IR - NaCl
Monocromatore a reticolo di Czerney-Turner – reticolo a gradinata
come elemento disperdente (dispersione per diffrazione)
UV
Visibile
– quarzo
– quarzo
– vetro
– plastica
Infrarosso
– NaCl
– AgCl
– KBr
Scopo del rivelatore è convertire la risposta che giunge dal campione in un segnale misurabile.
S = k P + kd
S = segnale
k = sensibilità del rivelatore
P = potenza radiante che arriva al rivelatore dal campione
kd = corrente di fondo
In UV-vis si possono utilizzare:
• fototubi e fotomoltiplicatori
• fotodiodi
Quando si applica un potenziale ad un cristallo di Si
drogato, si ottengono 2 regioni: n – (ricca di e-); p +
(ricca di buche). All’equilibrio non si ha alcun flusso
netto di corrente, ma quando viene esposto alla luce,
l’equilibrio è perturbato e si ha passaggio di corrente
• array di fotodiodi
Costituito
da
moltissimi
fotodiodi (> 1000 fotodiodi)
spaziati a intervalli regolari su
un chip. Possono rilevare
contemporaneamente molte l.
I rivelatori più semplici per IR sono:
• termocoppie e termistori che sono sensibili a variazioni di T
Termocoppie: costituite da una coppia di giunzioni
tra due metalli diversi. Tra le due giunzioni si
instaura una ddp che dipende dalla differenza di
temperatura.
Termistori: resistenze che cambiano al variare
della temperatura
Esistono diversi tipi di spettrofotometro:
• spettrofotometri monoraggio
• spettrofotometri a doppio raggio
• spettrofotometri multicanale (solo UV-visibile)
Gli spettrofotometri monoraggio, sono usati prevalentemente in analisi quantitativa e
non sono comodi per ottenere spettri di assorbimento. La difficoltà nell'ottenere uno
spettro sta nel fatto che per ogni misura ad ogni l si deve ripetere l'azzeramento
contro il bianco, oppure registrare prima lo spettro del bianco, poi lo spettro del
campione ed infine sottrarre al secondo il primo (procedura che può risultare macchinosa).
Negli spettrofotometri a doppio raggio, si ha invece un sistema che invia due raggi,
identici per frequenza e intensità, uno attraverso il campione e l'altro attraverso il bianco,
per cui si ha un confronto continuo tra l'assorbanza del campione e quella del bianco.
Grazie a queste caratteristiche è possibile effettuare misure direttamente a qualsiasi l
senza ripetere azzeramenti, e soprattutto registrare continuativamente lo spettro. Per
questo motivo il doppio raggio è preferito per le applicazioni qualitative sia in UV che in IR.
Negli spettrofotometri multicanale, un array di fotodiodi è in grado di rilevare
contemporaneamente un ampio range di l. La risoluzione non è molto elevata e dell’ordine
di 1 nm, è però in grado di effettuare un intero spettro in meno di 1 s.