Spektroskop

Spektroskop, uproszczony spektromet, który umożliwia wyłącznie ogląd widma danego rodzaju promieniowania.
Widmo, rozkład natężenia promieniowania w zależności od jego energii, częstotliwości lub długości fali. Wyróżnia się widma: akustyczne, świetlne, radiowe, mikrofalowe, podczerwone, ultrafioletowe, rentgenowskie, promieniowania gamma, alfa i beta, promieniowania korpuskularnego, neutronów, neutrin itd.
Widmo dostarcza wielu informacji o źródle danego promieniowania (tzw. Widmo emisyjne), a często i o ośrodku, przez który ono przenikało (tzw. Widmo absorpcyjne) Badanie widm różnego rodzaju nosi ogólną nazwę spektroskpopii (lub spektrometrii).

Spektrometr optyczny, przyrząd służący do otrzymywania i analizowania widm promieniowania świetlnego (od podczerwieni do ultrafioletu). Najczęściej stosuje się spektrometry optyczne, które tworzą widma w ten sposób, że światło o różnych długościach fali kierowane jest pod różnym kątem (załamanie światła, pryzmat), albo dzięki wykorzystaniu różnicy długości dróg optycznych ugiętych i interferujących ze sobą promieni (siatka dyfrakcyjna).
Istnieją ponadto spektrometry optyczne fourierowskie oraz filtracyjne. Typowy spektrometr optyczny tworzą: kolimator, obiektyw element dyspersyjny (tj. pryzmat, siatka dyfrakcyjna itp.), obiektyw kamery rejestrującej i element rejestracji widma, którym w spektrometrze jest fotometr.
Opis: Zasada działania spektrometru optycznego. A - światło o dłuższej fali, B - światło o krótszej fali. Autor: Mietelski Jerzy Wojciech.


Widmo emisyjne, widmo wybranego typu promieniowania wysyłanego przez dany obiekt. W przypadku fal elektromagnetycznych (od mikrofal po promieniowanie rentgenowskie i gamma) emitowanych przez pojedyncze atomy (lub jądra) widmo emisyjne ma linie widmowe o ściśle określonych energiach.
Jest to rezultatem istnienia skwantowanych poziomów energetycznych - emitowane promieniowanie może mieć tylko pewne dopuszczalne energie, równe różnicy energii dwóch stanów kwantowych układu (świecenie ciał). Powstające widmo, tzw. widmo liniowe, niesie informacje o składzie chemicznym, także izotopowym (w przypadku widma emisyjnego promieniowania gamma lub alfa), źródła, co jest wykorzystywane do wykonywania analiz jego składu chemicznego (i izotopowego).
W pewnych obszarach widma emisyjnego, przy gęstej strukturze linii, obserwuje sie tzw. widma pasmowe - struktura pasm dostarcza informacji o budowie cząstek (np. widmo emisyjne podczerwone cząsteczek organicznnych). Przy zlaniu się poziomów energetycznych w szerokie pasma (jak w przypadku promieniowania cieplnego ciał stałych lub gazu w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem), obserwuje się widma ciągłe (np. widmo emisyjne światła żarówki lub Słońca).
Widmo absorpcyjne, widmo powstające przy przenikaniu promieniowania przez materię dla niego przezroczystą. W przypadku fal elektromagnetycznych atomy ośrodka pochłaniają rezonansowo promieniowanie o energii odpowiadającej swojej strukturze energetycznej i natychmiast potem spontanicznie emitują światło, przy czym emisja owa zachodzi izotropowo.
W kierunku rozchodzenia się padającej fali elektromagnetycznej w widmie absorpcyjnym obserwuje się bardzo silne zaniki natężenia dla energii właściwych danej substancji. Umożliwia to badanie składu chemicznego absorbenta.

Spektrometr alfa, przyrząd służący do otrzymywania i analizowania widma promieniowania alfa danej substancji (alfa cząstka).
Wyróżnia się spektometry alfa: magnetyczne (o konstrukcji i zasadzie działania analogicznej do spektrometrów beta), jonizacyjne (wykorzystujące komorę jonizacyjną), spektrometry ciekłoscyntylacyjne, półprzewodnikowe i scyntylacyjne (o konstrukcji i zasadzie działania analogicznej do spektrometrów gamma, wykorzystujące półprzewodnikowe detektory krzemowe lub scyntylacyjne detektory ZnS).
Mała przenikliwość promieniowania alfa powoduje konieczność stosowania urządzeń próżniowych oraz uzyskiwania metodami radiochemicznymi cienkich źródeł promieniotwórczych.
Spektrometr beta, przyrząd służący do rejestrowania widma promieniowania beta danej substancji (beta cząstka). Typowym spektometrem beta jest spektrometr magnetyczny złożony z komory próżniowej, silnego elektromagnesu, źródła elektronów, detektora oraz elektronicznego układu sterowania i rejestrowania.
Elektrony z rozpadów cząstek beta, zachodzących w źródle, po przeniknięciu przez szczelinę poruszają się po zakrzywionym torze dzięki prostopadłemu do kierunku ruchu elektronów jednorodnemu polu magnetycznemu. Przy danej wartości indukcji tego pola, do detektora docierają elektrony o określonej energii.
Zmieniając położenie detektora lub wartość indukcji pola magnetycznego można rejestrować wielkość strumienia elektronów o różnych energiach, czyli otrzymać widmo promieniowania beta danej substancji. W spektrometrii promieniowania beta stosuje się również spektrometry ciekłoscyntylacyjne.
Spektrometr ciekłoscyntylacyjny, spektrometr LSC, rodzaj spektrometru scyntylacyjnego służącego do pomiarów promieniowania beta lub alfa (rzadziej gamma) - wykorzystuje się w nim próbkę zawierającą radioizotop zmieszaną z ciekłym scyntylatorem. Widmo promieniowania próbki rejestrowane tu jest analogicznie jak w spektrometrze gamma.
W zaawansowanych spektrometrach ciekłoscyntylacyjnych wyspecjalizowany układ elektroniczny rozróżnia sygnały pochodzące od cząstek alfa i cząstek beta, dzięki czemu możliwa jest równoczesna rejestracja widm alfa i beta danej próbki.
Spektrometr ciekłoscyntylacyjny pozwala też wykonywać pomiary z wykorzystaniem efektu Czerenkowa wywoływanego przez wysokoenergetyczne elektrony pochodzące z niektórych rozpadów beta - w technice tej nie stosuje się ciekłych scyntylatorów, lecz jedynie roztwory wodne danej próbki.
Spektrometr gamma, przyrząd służący do otrzymywania i analizowania widm promieniowania gamma. Zbudowany jest z: analizatora wielokanałowego amplitudy (analizator amplitudy), konwertera analogowo-cyfrowego, elektronicznego przedwzmacniacza i wzmacniacza, zasilacza wysokiego napięcia oraz detektora promieniowania gamma: licznika scyntylacyjnego (np. ze scyntylatorem NaI) lub detektora półprzewodnikowego (germanowego).
Kwant promieniowania gamma przenikający przez detektor wytwarza w nim sygnał proporcjonalny do energii pozostawianej w detektorze, sygnał w postaci impulsu prądu elektrycznego jest wzmacniany, a jego amplituda analizowana i rejestrowana. Powstaje w ten sposób widmo promieniowania gamma będące rejestrem ilości kwantów gamma o energiach należących do kolejnych, względnie małych przedziałów energii przenikających detektor w określonym czasie.
Istnieją ponadto magnetyczne spektrometry gamma będące rodzajem spektrometrów beta (spektrometr par) oraz spektrometry krystaliczne promieniowania gamma, działające na takiej zasadzie jak dyspersyjne spektrometry rentgenowskie.