In fisica il termine spettrofotometria designa lo studio degli spettri elettromagnetici. Si tratta di un termine più specifico del termine generale spettroscopia elettromagnetica, in quanto la spettrofotometria si occupa di luce visibile, di ultravioletto-vicino e di infrarosso-vicino. Inoltre il termine non comprende le tecniche di spettroscopia risolta nel tempo.
 |
Fig.: Uno spettrofotometro
La
spettrofotometria richiede l'uso
di spettrofotometri. Uno
di tali strumenti è un
fotometro, cioè un
dispositivo per la misura
dell'intensità luminosa, che può
determinare l'intensità come
funzione del colore, o in
termini più fisici, della
lunghezza d'onda della
radiazione luminosa. Sono
disponibili molti generi di
spettrofotometri.
Tra le
distinzioni più importanti
adottate per classificarli vi
sono gli intervalli di lunghezze
d'onda nei quali operano, le
tecniche di misurazione che
adottano, le modalità secondo le
quali acquisiscono uno spettro e
le sorgenti dell'intensità
luminosa variabile per la cui
misura sono stati progettati.
Altri aspetti importanti degli
spettrofotometri includono la
loro banda spettrale e il loro
intervallo di linearità.
L'applicazione forse più comune
degli spettrofotometri è la
misurazione dell'assorbimento
luminoso, ma essi possono essere
progettati anche per misurare la
riflettanza diffusa o speculare.
In termini strettamente fisici,
anche la mezza emissione di uno
strumento a luminescenza
costituisce una specie di
spettrofotometro.
Vi
sono due maggiori categorie di
spettrofotometri; quelli a
fascio singolo e quelli a fascio
doppio.
Uno spettrofotometro a
fascio doppio misura il rapporto
dell'intensità luminosa di due
diversi percorsi della luce,
mentre uno spettrofotometro a
fascio singolo misura una
intensità luminosa assoluta.
Sebbene le misure di rapporti
siano più facili, e in genere
più stabili, gli strumenti a
fascio singolo presentano dei
vantaggi; ad esempio possono
avere degli intervalli dinamici
più estesi.
Spettrofotometri
della regione del visibile
La
spettrofotometria della regione
del visibile, tra ca. 400 e ca.
700
nm, viene usata estesamente
nella
colorimetria scientifica. I
produttori di inchiostri, le
aziende della stampa, i
produttori di tessili e molte
altri tipi di imprese
necessitano di dati ottenibili
attraverso la colorimetria.
Solitamente, nella
spettrofotometria del visibile
si effettuano misurazioni ad
intervalli di lunghezza d'onda
di 10 nanometri e si produce una
curva di riflettanza spettrale.
Queste curve possono essere
utilizzate per controllare i
lotti di coloranti per
verificare se soddisfano i
requisiti specifici. Gli
spettrofotometri del visibile
tradizionali non riescono a
rilevare se un colorante
presenta fluorescenza. Questo
rende loro impossibile operare
correttamente sui colori quando
qualcuno degli inchiostri da
stampa analizzato è
fluorescente. Per i coloranti
che presentano fluorescenza
occorre usare uno
spettrometro fluorescente
bispettrale. Sono
disponibili due assetti
principali per gli
spettrofotometri per lo spettro
visibile chiamati
rispettivamente d/8 o sferici e
0/45. Questi termini sono
derivati dalla geometria della
sorgente luminosa,
dell'osservatore e dell'interno
della camera di misurazione.
Spettroradiometri
 |
Rappresentazione spettrografica
dell'emissione luminosa di una
lampada ad incandescenza
(sinistra)
e di una
lampada fluorescente
(destra)
Gli spettroradiometri sono apparecchiature che operano in modo molto simile agli spettrofotometri per la regione delle radiazioni visibili e sono designati a misurare le distribuzioni della potenza spettrale di dispositivi ed impianti di illuminazione; i costruttori li usano per valutare e categorizzare i dispositivi che pongono in vendita e i loro clienti per garantire che quanto acquistano soddisfi le loro esigenze.
Spettrofotometri
UV e IR
Gli
spettrofotometri più comuni sono
usati nelle regioni
UV e
visibile dello spettro;
alcuni di questi strumenti
operano altrettanto bene nella
regione dell'infrarosso
vicino. Gli spettrofotometri
progettati per la regione
principale dell'infrarosso sono
molto differenti, a causa delle
esigenze tecniche delle
misurazioni in questa parte
dello spettro. Uno dei fattori
principali è il tipo di
fotosensori che sono efficaci
nelle diverse regioni spettrali,
ma le misurazioni
nell'infrarosso risultano
impegnative anche perché
virtualmente tutti gli oggetti
emettono radiazioni IR in
conseguenza di fenomeni termici,
specialmente a lunghezze d'onda
superiori ai 5 μm.
Molti spettrofotometri per analizzare lo spettro usano un monocromatore a prisma o a reticolo; sono però disponibili anche spettrofotometri che usano sequenze di fotosensori e, specialmente nell'infrarosso, vi sono spettrofotometri che utilizzano una tecnica di trasformata di Fourier per acquisire le informazioni spettrali; tale tecnica è conosciuta con la sigla FTIR.
Lo spettrofotometro misura quantitativamente la frazione di luce che attraversa una determinata soluzione. In uno spettrofotometro, una luce proveniente da una lampada nella regione vicino-IR/VIS/UV (tipicamente una lampada a scarica in gas deuterio per l'UV/VIS e particolari lampade ad incandescenza per l'IR) viene guidata attraverso un monocromatore che separa dallo spettro complessivo la radiazione di una particolare lunghezza d'onda. Questa luce passa attraverso il campione che deve essere sottoposto alla misurazione. Attraversato il campione, l'intensità rimanente della radiazione viene misurata mediante un rivelatore costituito da un fotodiodo o da un altro sensore luminoso; questo consente di calcolare la trasmittanza della lunghezza d'onda in esame.
Mentre gli assorbimenti di lunghezze d'onda che cadono nell'ambito dell'UV/VIS danno luogo a variazioni di energia elettronica, gli assorbimenti nella regione infrarossa sono invece legati a variazione dell'energia vibrazionale delle molecole. Tali effetti, che stanno alla base di una misura spettrofotometrica, vengono comunemente sfruttati in chimica per determinazioni qualitative, quantitative ed inerenti lo studio della struttura e legame chimico.
-
The Science of Spectroscopy - sito supportato dalla NASA. Wiki educativo sulla spettroscopia e films - Introduzione alla luce; Suoi utilizzi presso la NASA; scienza spaziale; astronomia; medicina e salute; ricerca sull'ambiente; prodotti di consumo.