16. SPETTROSCOPIO DI KIRCHOFF-BUNSEN
G. Kirchoff (1824-1887) fisico tedesco. R. Bunsen (1811-1889) chimico tedesco. Entrambi operanti ad Heidelberg vengono soltamente considerati gli inventori della spettroscopia. Kirchoff consigliò a Bunsen l'uso di prismi di vetro per la dispersione delle radiazioni emesse dalla materia. Nel 1859 pubblicarono sul Poggendorf Annalen due memorie sull'analisi chimica basata sull'osservazione degli spettri con cui si aprì un nuovo capitolo nella storia della chimica analtica in quanto largamente innovativa ed originale rispetto ai contributi precedenti.
Lo spettroscopio a prisma utilizza il fenomeno della dispersione come mezzo di analisi spettrale della luce, traendo spunto dalla celebre esperienza eseguita da Newton.
Disponendo una lente convergente di fronte a una fenditura illuminata da luce monocromatica e collocando un prisma sul cammino dei raggi uscenti da essa, è infatti possibile ottenere (in condizioni di deviazione minima) una immagine reale della fenditura medesima su di uno schermo posizionato a distanza opportuna, immagine che si presenta sotto forma di una riga luminosa (riga spettrale). Nel caso in cui la sorgente sia costituita da luce bianca, sullo schermo si disegnerà invece uno spettro continuo, dovuto alle diverse componenti in frequenza della radiazione luminosa. Lo spettroscopio è uno strumento formato da un collimatore, un cannocchiale, un piattino, una piattaforma e due noni. Il collimatore è un tubo metallico fisso al cui interno sono disposte in maniera opportuna lenti convergenti. È regolabile in lunghezza e inclinabile mediante viti, e termina da un lato con una fessura di larghezza regolabile. L’altro termine si affaccia sul piattino dove si trova il reticolo o il prisma. Anche il piattino è regolabile in inclinazione mediante due viti e in altezza allungando o accorciando l’asta che lo sorregge, ed è libero di ruotare. Sotto l’asta che sorregge il piattino si trova un goniometro con i due noni. Il cannocchiale è simile al collimatore ma è libero di ruotare ed è provvisto di oculare per l’individuazione del raggio deviato. Il cannocchiale può essere fissato con delle viti per renderlo più stabile ai movimenti accidentali, e può essere regolato con regolamento fine da una manopola di metallo.
Un esempio di spettrometro moderno, è quello realizzato dal Public Lab. Gli ingredienti di base sono tre: un materiale rifrangente, un sensore di luminosità (fotometro) con un’apposita superficie sensibile e una procedura di calibrazione. Quest’ultima è necessaria per definire una volta per tutte a quale punto del fotometro corrisponde una data frequenza della luce incidente. All’interno di queste coordinate si muove ogni scelta di struttura e materiali per la costruzione di uno spettrometro. La struttura esterna è resistente e compatta, con due ampi fori uno per l’ingresso della luce e uno per il passaggio dei cavi. La forma a pistola permette di impugnare comodamente lo strumento e indirizzarlo verso la fonte luminosa. All’interno si monta una piccola struttura di cartone nero che limita il più possibile l’ingresso di luce spuria (cioè non proveniente dal campione) e costringe la luce a passare attraverso una sottile fessura. L’elemento diffrattore, con il compito cioè di indirizzare le onde luminose in punti diversi del fotometro in base alla loro frequenza, è di una semplicità disarmante: la superficie di un cd vergine! Serve smontarlo in qualche modo, eliminando la superficie riflettente e mantenendo solo lo strato interno trasparente, in modo che la luce possa attraversarlo. Il sensore è invece una classica webcam con una risoluzione full hd, quindi 1920 x 1080 pixel. Completa il kit un piccolo supporto di legno per fissa la telecamera, un cavo usb per collegarla al pc, scotch biadesivo e un foglietto di istruzioni. Quindi, rispetto al vecchio spettroscopio, questo è molto più pratico e facile da utilizzare.
Schema della struttura di uno spettrometro per analisi di spettri da assorbimento, cioè prodotti da luce bianca (contenente tutte le frequenze) che ha attraversato un campione semi-trasparente. Ciò che alla fine si raccoglie è la luce che non è stata assorbita dal campione e da essa se ne possono quindi ricavare le caratteristiche chimico-fisiche.