Spettroscopio

Che cos'è e come funziona uno spettroscopio?

La spettroscopia è quel ramo della chimica che studia gli spettri degli atomi e delle molecole, cioè la distribuzione, in funzione della frequenza (v), della lunghezza d'onda (λ) o del numero d'onda (cioè il numero di lunghezze d'onda della radiazione considerata comprese in un centimetro) dell'energia elettromagnetica emessa o assorbita da atomi e molecole.

Tra gli strumenti designati a questo scopo vi sono gli spettroscopi, strumenti per osservare gli spettri della radiazione ottica.

Schema di principio di uno spettroscopio

Uno spettroscopio è costituito da un apparato disperdente, come un prisma o un reticolo di diffrazione, a cui le onde della radiazione da analizzare pervengono di solito mediante un collimatore: un cannocchiale riceve le onde disperse e permette di osservarle ed eventualmente anche di misurarne la lunghezza d'onda.

Il collimatore è costituito da un obiettivo, generalmente un doppietto acromatico, nel cui fuoco è posta un fessura di larghezza regolabile micrometricamente. Questa viene illuminata mediante la radiazione di cui si vuol vedere lo spettro.

Le onde divergenti dalla fenditura arrivano all'obiettivo, lo attraversano, ne escono parallele e così arrivano sull'apparato disperdente, il quale le devia e le fa uscire, sempre parallele, con una direzione diversa a seconda della diversa lunghezza d'onda λ.

Ogni onda piana monocromatica penetra nell'obiettivo del cannocchiale e nel piano focale produce un'immagine della fenditura che viene osservata mediante l'oculare del cannocchiale stesso.

Tante sono le onde monocromatiche emergenti dall'apparato disperdente, tante sono le immagini della fenditura che si vedono nel campo del cannocchiale.

Questa successione di righe colorate costituisce appunto lo "spettro" della radiazione che ha illuminato la fenditura.

Se tale radiazione è costituita da alcune onde monocromatiche, si vedono alcune righe e si dice che si ha uno "spettro di righe"; se invece nella radiazione si hanno tutte le λ comprese in un certo intervallo (che può essere anche tutto quello delle spettro del visibile), le immagini monocromatiche della fenditura nel campo del cannocchiale sono disposte una accanto all'altra: si dice che lo spettro è continuo.

Naturalmente, perché si abbia un comportamento del genere, la fenditura deve essere parallela allo spigolo del prisma o ai tratti del reticolo o, comunque, perpendicolare alla direzione in cui le righe vengono via via spostate per effetto della dispersione.

Struttura spettroscopio

Schema di principio di uno spettroscopio: a sinistra il collimatore, al centro il prisma, a destra l'obiettivo con l'oculare o una lastra fotografica (inserendo quest'ultima nella posizione indicata anziché uno spettroscopio si ha uno spettrografo).

Altri strumenti derivati dallo spettroscopio

Gli spettroscopi hanno largo uso; tuttavia, salvo che per le operazioni molto rapide, si preferisce generalmente sostituire l'osservazione visuale mediante la registrazione fotografica: gli spettrografi sono gli strumenti che servono a questo scopo.

Essi sono del tutto simili agli spettroscopi, salvo che lo spettro, nel piano focale dell'obiettivo del cannocchiale, anziché essere osservato mediante l'oculare, viene ripreso direttamente su una lastra fotografica sistemata nella posizione indicata nella figura precedente.

In altri tipi di apparecchi, detti spettrofotometri, la registrazione avviene mediante celle fotoelettriche.

Una volta sostituito l'occhio con altri rivelatori, è più facile misurare con precisione l'intensità delle diverse righe spettrali sia in emissione sia in assorbimento; inoltre l'osservazione non viene più limitata alle sole radiazioni ottiche, ma può essere estesa alle radiazioni limitrofe: l'infrarosso e l'ultravioletto.

È necessario in questo caso disporre di apparati disperdenti trasparenti per queste radiazioni e pure trasparenti devono essere gli obiettivi. Si usa pertanto quarzo cristallino per l'ultravioletto, mentre per l'infrarosso si usano specchi concavi invece di obiettivi e prismi di salgemma o di altri composti molto trasparenti per le radiazioni che interessano caso per caso.

Strumenti derivati dallo spettroscopio sono anche gli spettrometri: prende il nome di spettrometro uno spettroscopio il cui cannocchiale è imperniato su un asse parallelo agli spigoli del prisma ed è munito di un cerchio graduato, che permette di misurare gli angoli di cui sono deviate le onde emergenti dal prisma stesso; esso viene usato soprattutto per misurare gli indici di rifrazione delle sostanze.

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