Φορητοί φασματογράφοι: τι είναι, είδη, εφαρμογή

Οι φορητοί φασματογράφοι είναι συμπαγείς αναλυτικές συσκευές, σχεδιασμένες για γρήγορη και ακριβή μέτρηση των χαρακτηριστικών μιας ουσίας με βάση τις φασματικές της ιδιότητες. Βρίσκουν ευρεία εφαρμογή σε συνθήκες πεδίου και εργαστηρίου χάρη στην κινητικότητά τους, την υψηλή ευαισθησία και την ευελιξία τους. Σε αντίθεση με τα σταθερά συστήματα, αυτές οι συσκευές παρέχουν άμεση ανάλυση χωρίς την ανάγκη μεταφοράς δειγμάτων σε εξειδικευμένα εργαστήρια.

Αρχή λειτουργίας και χαρακτηριστικά κατασκευής

Η φασματομετρία βασίζεται στη μέτρηση της έντασης του φωτός που ανακλάται, διέρχεται ή εκπέμπεται από το δείγμα σε ένα συγκεκριμένο εύρος μηκών κύματος. Τα αποτελέσματα αυτής της ανάλυσης επιτρέπουν τον προσδιορισμό της σύνθεσης της ουσίας, της παρουσίας προσμείξεων και της συγκέντρωσης των στοιχείων. Οι φορητές συσκευές περιλαμβάνουν πηγή φωτός, οπτικό σύστημα, διασκορπιστικό στοιχείο και φωτοανιχνευτή. Τα σύγχρονα μοντέλα είναι συχνά ενσωματωμένα σε υπολογιστές ή κινητές συσκευές για την άμεση επεξεργασία και οπτικοποίηση των δεδομένων.

Η συμπαγής κατασκευή των φασματομέτρων οφείλεται στη μικροποίηση των οπτικών εξαρτημάτων και στη χρήση ενεργειακά αποδοτικών τεχνολογιών. Ορισμένα μοντέλα είναι εξοπλισμένα με ασύρματες διεπαφές, γεγονός που διευκολύνει τη χρήση τους εκτός εργαστηρίου. Επίσης, μπορούν να εξοπλιστούν με εναλλάξιμα modules, τα οποία επιτρέπουν την προσαρμογή της συσκευής σε συγκεκριμένες εργασίες.

Τύποι φορητών φασματομέτρων

Υπάρχουν διάφοροι τύποι φορητών φασματομέτρων, που διαφέρουν ως προς το φασματικό εύρος, τη μέθοδο ανάλυσης και τη χρήση για την οποία προορίζονται. Κάθε τύπος είναι προσαρμοσμένος σε συγκεκριμένες εργασίες, από τον έλεγχο της ποιότητας των τροφίμων έως τις γεωχημικές έρευνες.

• Οπτικά (UV-Vis, NIR) — αναλύουν το φως στο υπεριώδες, ορατό και εγγύς υπέρυθρο φάσμα.
• Φασματογράφοι Raman — προσδιορίζουν τη δομή της ουσίας με βάση τη διάχυση του φωτός, είναι αποτελεσματικοί για την ανάλυση στερεών και υγρών ουσιών.
• Φθορισμού — καταγράφουν την ακτινοβολία της ουσίας μετά την διέγερση από πηγή φωτός, χρησιμοποιούνται στη βιοχημεία και την ιατρική.
• Ακτινοφθορισμού — χρησιμοποιούνται για την ανάλυση της στοιχειακής σύνθεσης, ειδικά μετάλλων και ορυκτών.
• Μαζικά φασματόμετρα — λιγότερο διαδεδομένα σε φορητή μορφή, αλλά χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση αερίων και πτητικών ενώσεων.

Η επιλογή του κατάλληλου τύπου εξαρτάται από τις ιδιαιτερότητες των μετρήσεων και τις απαιτήσεις ακρίβειας και ευαισθησίας. Ορισμένα ευέλικτα μοντέλα μπορούν να συνδυάζουν ταυτόχρονα διάφορες μεθόδους ανάλυσης.

Πεδία εφαρμογής

Τα φορητά φασματόμετρα βρίσκουν εφαρμογή σε διάφορους τομείς της επιστήμης και της βιομηχανίας. Τα κύρια πλεονεκτήματά τους είναι η ταχύτητα, η δυνατότητα ανάλυσης επί τόπου και η απουσία ανάγκης για πολύπλοκη προετοιμασία δειγμάτων. Αυτό τα καθιστά ιδιαίτερα χρήσιμα σε συνθήκες πεδίου, στον έλεγχο ποιότητας και σε καταστάσεις που απαιτούν άμεση αντίδραση.

• Έλεγχος ποιότητας προϊόντων (ανάλυση πρώτων υλών και τελικών προϊόντων για συμμόρφωση με τα πρότυπα).
• Οικολογική παρακολούθηση (προσδιορισμός ρύπων στον αέρα, το νερό και το έδαφος).
• Αρχαιολογία και τέχνες (μη καταστρεπτική ανάλυση υλικών και χρωστικών ουσιών).
• Ιατρική και φαρμακευτική (έλεγχος της σύνθεσης φαρμάκων και διάγνωση βιολογικών υγρών).
• Γεωλογία και εξόρυξη (προσδιορισμός της σύνθεσης πετρωμάτων και μεταλλευμάτων απευθείας στο κοίτασμα).
• Ασφάλεια και εγκληματολογία (γρήγορη ανάλυση ύποπτων ουσιών και υλικών στον τόπο του συμβάντος).

Η υψηλή ακρίβεια των μετρήσεων και η ευελιξία επιτρέπουν τη χρήση φορητών φασματομέτρων τόσο στην επιστημονική έρευνα όσο και σε εφαρμοσμένες εργασίες. Χρησιμοποιούνται επίσης για εκπαιδευτικούς σκοπούς, για την εκμάθηση των μεθόδων φασματικής ανάλυσης στους φοιτητές.

Πλεονεκτήματα και περιορισμοί

Παρά τις ευρείες δυνατότητες, τα φορητά φαστόμετρα έχουν τόσο πλεονεκτήματα όσο και μειονεκτήματα. Η επιλογή τους απαιτεί να ληφθούν υπόψη οι ιδιαιτερότητες της εργασίας, οι συνθήκες λειτουργίας και οι απαιτήσεις για τα αποτελέσματα της ανάλυσης. Πλεονεκτήματα των φορητών συσκευών:

• Συμπαγής μέγεθος και ελαφρότητα: επιτρέπουν τη χρήση της συσκευής σε δυσπρόσιτα μέρη.
• Γρήγορη προετοιμασία για λειτουργία: δεν απαιτεί περίπλοκες ρυθμίσεις και βαθμονόμηση.
• Αυτονομία: λειτουργεί με μπαταρίες, συχνά διαθέτει ενσωματωμένη μνήμη και ασύρματες διεπαφές.

Μεταξύ των μειονεκτημάτων των φορητών φασματομέτρων μπορούν να επισημανθούν τα εξής:

• Περιορισμένη ευαισθησία: υπολείπεται των εργαστηριακών αναλόγων σε ακρίβεια κατά την ανάλυση σύνθετων μειγμάτων.
• Περιορισμένο φασματικό εύρος: κάθε μοντέλο είναι προσαρμοσμένο σε συγκεκριμένα εύρη μήκους κύματος.

Έτσι, τα φορητά φασματόμετρα είναι ένα βολικό εργαλείο για γρήγορη ανάλυση, ειδικά σε συνθήκες πεδίου και παραγωγής. Ωστόσο, για πιο σύνθετες έρευνες, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιούνται σταθερές εργαστηριακές εγκαταστάσεις.