spettrografo

spettrografo

spettrògrafo [Comp. di spettro- e -grafo] [OTT] Apparecchio per produrre e registrare lo spettro di emissione di una sorgente di radiazioni meccaniche ed elettromagnetiche o corpuscolari oppure lo spettro di assorbimento di una sostanza; nel caso dello spettro d'emissione di radiazioni elettromagnetiche, che è il più importante, è costituito schematicamente da un dispersore (un prisma oppure un reticolo di diffrazione: rispettiv., s. a prisma e s. a reticolo), che produce lo spettro della radiazione inviatavi, e da un dispositivo per registrare (fotograficamente oppure, con vari artifici, elettricamente) tale spettro. Se è destinato alla sola osservazione visuale, si chiama propr. spettroscopio, mentre se è congegnato per misurare, a lettura diretta su una scala graduata (o su un dispositivo analogo), la lunghezza d'onda di righe spettrali o l'energia di particelle componenti di una radiazione (senza e anche con la registrazione), si chiama propr. spettrometro; nell'uso corrente i tre termini sono spesso usati, impropr., l'uno per l'altro e quindi, per avere un quadro generale, occorre riferirsi alle tre voci relative, da considerare quasi sinonimiche. Ogni s. è specializzato per una data radiazione (s. acustico, per il visibile, per l'infrarosso, per raggi X, ecc., per neutroni, per raggi gamma, ecc.), in partic. (nel campo ottico) per un dato intervallo di lunghezze d'onda oppure (nel campo corpuscolare) per un dato tipo di particelle, o per la natura del segnale d'uscita o della tecnica di registrazione (s. fotoelettrico, fotografico, grafico, a registrazione magnetica digitale, ecc.). ◆ [ACS] S. acustico: strumento per determinare lo spettro di una radiazione acustica, detto più spesso spettrometro acustico. ◆ [FNC] S. di massa: strumento per determinare la composizione isotopica di un campione di sostanza: v. unità e misurazione della massa atomica: VI 411 b. ◆ [FSN] S. di neutroni: v. oltre: S. per particelle. ◆ [OTT] S. ottico: opera nel campo propr. ottico, cioè nell'intervallo di lunghezze d'onda tra 400 e 800 nm (eventualmente allargato all'ultravioletto vicino e all'infrarosso vicino, cioè all'incirca tra 200 e 1000 nm: v. spettrografia ottica. ◆ [FSN] S. per particelle: strumenti per ricavare la caratteristica spettrale di una radiazione corpuscolare, cioè la distribuzione dell'intensità in funzione dell'energia (o della lunghezza d'onda associata). Quelli per particelle cariche (elettroni o raggi β, raggi α, protoni, ecc.) si basano sulla focalizzazione delle particelle medesime effettuata mediante campi elettrici o magnetici, secondo principi analoghi a quelli sui quali è basato lo s. di massa. Un sistema partic. semplice ed efficiente, detto a focalizzazione semicircolare, è quello schematizzato nella fig., usato spec. per raggi β. Nel campo magnetico uniforme esistente nel traferro di un elettromagnete (le linee di induzione magnetica sono ortogonali al piano della fig.) è una scatola a vuoto in cui è posta la sorgente dei raggi β da analizzare; gli elettroni costituenti tali raggi percorrono una traiettoria circolare il cui diametro vale 2(2m E)1/2/Bq, essendo E l'energia degli elettroni, m e q la loro massa e la loro carica, B l'induzione magnetica; come indica la fig., elettroni di ugua-le energia emessi dalla sorgente all'incirca nella stessa direzione (selezionati mediante opportune fenditure) vengono focalizzati sensibilmente nello stesso punto: su una lastra fotografica gli elettroni incidenti determinano un'immagine latente costituita da una serie di lineette (immagini della prima fenditura), la cui posizione e la cui densità fotografica danno conto della distribuzione spettrale degli elettroni medesimi. In luogo della lastra fotografica, può essere usato, negli s. a registrazione grafica, un rivelatore di raggi β. Poteri risolutivi partic. grandi possono essere ottenuti effettuando la focalizzazione mediante lenti magnetiche o settori magnetici spec. negli s. detti a doppia focalizzazione,con campi magnetici a simmetria cilindrica. Un tipo particolare di s. a doppia focalizzazione è quello detto ad arancio, nel quale più focalizzatori agiscono sul fascio di particelle, focheggiandole su un unico rivelatore. Su principi completamente diversi, e precis. su fenomeni di diffrazione a opera di strutture cristalline, riposa invece il funzionamento degli s. per neutroni (→ spettroscopia: S. neutronica), mentre artifizi particolari (per uno dei quali → raggio: R. molecolari) sono messi in opera nel caso di molecole o atomi. ◆ [ELT] S. per radioonde: apparecchi per determinazioni spettrografiche nel campo delle onde radio, e in partic. nel campo delle microonde. Se ne hanno per il rilievo di caratteristiche spettrali sia di emissione sia di assorbimento. Gli s. di emissione sono costituiti, assai schematicamente, da un'antenna direttiva, seguita da un adatto radioricevitore, provvisto di un misuratore dell'intensità del segnale, sintonizzabile, con manovra manuale oppure automatica, in un determinato intervallo di frequenze. Gli s. d'assorbimento ripetono questa disposizione, salvo il fatto che v'è una sorgente campione, costituita da un oscillatore elettrico sintonizzato automaticamente con il radioricevitore; la sostanza della quale si vuole ricavare lo spettro di assorbimento è posta tra questa sorgente e il collettore del ricevitore. ◆ [FNC] S. per raggi alfa: v. sopra: S. per particelle. ◆ [FNC] S. per raggi beta: v. sopra: S. per particelle. ◆ [OTT] S. per raggi gamma: servono per determinare la distribuzione dell'intensità di una sorgente di raggi γ in funzione dell'energia. Come tali possono essere usati dispositivi costituiti da un rivelatore a scintillazione, avente la proprietà di fornire impulsi di ampiezza proporzionale all'energia dei fotoni γ assorbiti, e da un analizzatore che fornisce il diagramma del numero di impulsi al secondo in funzione dell'ampiezza degli impulsi, immagine dello spettro di emissione γ della sorgente in esame. ◆ [OTT] S. per raggi X: sono costituiti da una fenditura (fig. 1) in una lastrina di materiale opaco ai raggi X, destinata a delimitare il fascio di raggi proveniente dalla sorgente in esame, da un dispersore e da un rivelatore; il dispersore, che in realtà è un diffrattore, è costituito da una lamina cristallina. Fra tutte le radiazioni che costituiscono il fascio incidente sulla lamina, è diffratta coerentemente soltanto quella avente lunghezza d'onda λ che soddisfi la relazione di Bragg nλ=2d sinϑ, dove n è l'ordine di diffrazione, d è la distanza fra due piani cristallini adiacenti e ϑ è l'angolo sotto cui la radiazione incide sulla lamina; la radiazione diffratta emerge dal dispersore formando un angolo 2ϑ con la direzione del fascio incidente; rotando il cristallo vengono a essere diffratte successiv. le diverse radiazioni costituenti il fascio incidente. Il rivelatore è generalm. a scintillazione; per avere lo spettro nitido della sorgente è necessario che il rivelatore venga rotato con velocità angolare doppia rispetto a quella con cui viene rotato il cristallo e che esso e la fenditura d'ingresso siano equidistanti dall'asse di rotazione della lamina cristallina. Esistono anche apparecchi in cui, come rivelatore, è usata una lastra o una pellicola fotografica, disposta secondo una superficie cilindrica avente per asse l'asse di rotazione del cristallo e raggio pari alla distanza della fenditura d'ingresso dal cristallo. Appunto di tipo fotografico sono lo s. di Bragg e quello di Seeman, da esso derivato, due strumenti piuttosto noti. Per raggi di lunghezza d'onda maggiore di circa 2 nm, e fino a 40 nm, non possono più usarsi reticoli cristallini come dispersori: in tal caso si ricorre a reticoli di diffrazione di tipo ottico, usati ad angoli di incidenza radente in montaggi simili a quello degli spettroscopi a reticolo concavo. È da osservare che con il nome di s. per raggi X sono indicati, oltre che apparecchi del tipo descritto, che servono per studiare lo spettro d'emissione di una sorgente di raggi X, anche apparecchi che servono per studiare la struttura di sostanze cristalline mediante l'esame della figura di diffrazione prodotta da tali sostanze investite da raggi X; poiché il fenomeno su cui questi dispositivi si basano è ancora la diffrazione di raggi X a opera di reticoli cristallini, si tratta di apparecchi concettualmente e anche costruttivamente simili ai precedenti, salvo il modo di operare: la sorgente in esame è qui sostituita da un generatore monocromatico di raggi X (un tubo Coolidge, alimentato a 10÷100 kV) e il cristallo diffrattore è ricavato dalla sostanza da analizzare. Si hanno tre disposizioni tipiche. La prima è analoga a quella dello s. a cristallo rotante (fig. 1), in cui il rivelatore è costituito da una striscia di pellicola fotografica tutt'intorno al campione in esame; sui vari punti della pellicola vanno a incidere, via via che il cristallo in esame ruota, i raggi diffratti. Nella seconda disposizione, dovuta a M. von Laue (fig. 2), il campione in esame è fisso e i raggi X diffratti sono raccolti su una pellicola (metodo per trasmissione; alternativamente, nel metodo per riflessione, la pellicola o la lastra fotografica, è sistemata vicino e parallelamente alla fenditura, in modo da raccogliere i raggi diffratti per riflessione del cristallo); sulla pellicola i raggi diffratti danno luogo a una figura di diffrazione (lauediagramma), caratteristica della simmetria cristallina del campione. È poi da considerare la disposizione di Debye-Scherrer, nota anche come camera (o metodo) delle polveri, con cui si ha la possibilità di analizzare campioni policristallini, in forma polverulenta o no: → Debye, Peter Joseph: Camera di D.-Scherrer. ◆ [ACS] S. sonoro: s. acustico operante nel campo sonoro, cioè nell'intervallo di frequenze tra 16 e 20 000 Hz; è detto anche sonografo.