La спектроскопия Това е техника, използвана в различни клонове на науката за изследване на взаимодействието между електромагнитното излъчване и материята. Базира се на подробния анализ на светлината или други форми на електромагнитно излъчване, разделяйки ги на отделни компоненти и изследвайки специфичните характеристики на всеки от тях.
В тази статия ще ви кажем какво е спектроскопия, нейните характеристики и значение.
Какво е спектроскопия
С прости думи, можем да разберем светлината като комбинация от различни цветове или дължини на вълните. Спектроскопията ни позволява да разделим светлината в нейния спектър, който варира от по-къси дължини на вълните, като рентгенови лъчи и гама лъчи, до по-дълги дължини на вълните, като микровълни и радиовълни. Всяка от тези области на електромагнитния спектър има различни свойства и поведение.
Спектроскопията се използва в много научни дисциплини, включително физика, химия, астрономия, биология и други. Той предоставя важна информация за състава, структурата и свойствата на материята. Чрез изучаване на спектъра на излъчване, погълнато или разпръснато от дадено вещество, можем да получим информация за атомите, молекулите или частиците, които изграждат това вещество, а също и за интересни явления във Вселената, като напр. астрономически обекти.
Има различни техники на спектроскопия, всяка от които се използва за анализиране на различни видове електромагнитно излъчване и постигане на различни цели. Някои често срещани техники включват абсорбционна спектроскопия, емисионна спектроскопия, флуоресцентна спектроскопия и ядрено-магнитна резонансна спектроскопия, за да назовем само няколко. За повече информация относно различните видове материали и тяхното проучване можете да се консултирате с други статии на клонове на физиката.
видове спектроскопия
Спектроскопията се използва за разбиране на свойствата на химикалите чрез анализиране на количеството светлина, което те абсорбират. Това ни помага да определим какъв е съставът на веществото. Имаме няколко вида спектроскопия, в зависимост от това за какво я използваме. Това са най-известните:
- масспектроскопия
- Атомно-абсорбционна спектроскопия.
- Раманова спектроскопия
- инфрачервена спектроскопия
Масспектрометрия (или атомна масспектрометрия) е метод, използван за определяне на атомната маса на атоми или молекули в проба чрез йонизиране на химикали и класифициране на йоните въз основа на тяхното съотношение, маса или заряд.
Повечето масспектрометри използват техника, наречена йонизация с електронен удар. Тази техника използва електронен лъч за отстраняване на електрон (или електрони) от молекула, образувайки радикален катион. Такива радикални катиони са известни също като родителски йони или молекулни йони.
Графика, показваща интензитетът на сигнала на детектора спрямо атомната маса на йоните се нарича масов спектър. Изотопите са атоми на един и същи елемент, които имат еднакъв брой протони (атомен номер), но различни масови числа (различен брой неутрони). За да разберете по-добре изотопите, можете да се консултирате с информация за деутерий, което е забележителен изотоп.
атомно-абсорбционна спектроскопия
Атомно-абсорбционната спектроскопия е процесът на анализиране на видимия или ултравиолетов спектър за количествено определяне на химическата светлина, излъчвана от газообразни атоми. Това е процесът, използван в химията за определяне на концентрацията на аналита, който е специфичен елемент в пробата.
Сега нека видим как работи атомно-абсорбционната спектроскопия. Техниката се основава на закона на Beer-Lambert, който свързва поглъщането на светлина от даден елемент и го свързва със свойствата на определен елемент. Електроните могат да се преместят на по-високи енергийни нива, защото абсорбират енергия. Това от своя страна съответства на светлина със специфични дължини на вълната, благодарение на които можем да знаем какви елементи има в пробата, тъй като всяка дължина на вълната съответства на определен елемент. Както в случая с елементите, присъстващи в астероиди които могат да бъдат анализирани чрез спектроскопия.
Раманова спектроскопия
Рамановата спектроскопия е техника, използвана за анализиране на взаимодействието между светлина и материя. Тази техника се основава на ефекта на Раман, открит от индийския учен CV Raman през 1928 г. което включва промяната в енергията на светлината, когато тя взаимодейства с пробата.
Когато светлината падне върху проба, част от светлината се разпръсква и нейната енергия се променя. Тази промяна в енергията се дължи на взаимодействието на фотоните на светлината с молекулите на пробата. Някои фотони получават енергия, докато други я губят. Това разсейване на светлината се нарича раманово разсейване, а разсеяната светлина е известна като раманова светлина.
Рамановата спектроскопия се възползва от това явление, за да получи информация за състава и молекулярната структура на пробата. Разсеяната раманова светлина има малко по-различна дължина на вълната от падащата светлина.и тази разлика е известна като рамановото изместване. Рамановото изместване предоставя информация за молекулярните вибрации и начините на въртене на молекулите в пробата.
За извършването му се използва инструмент, наречен Раманов спектрометър. Този инструмент се състои от високомощен лазер, който излъчва монохроматична светлина, насочена към пробата. Когато лазерната светлина взаимодейства с молекулите в пробата, възниква Раманово разсейване. Разсеяната раманова светлина се събира и насочва към детектор, който записва интензитета на светлината като функция от нейната дължина на вълната. Това е от съществено значение за разбирането на процеси като тези, които се случват в Нютонова призма.
инфрачервена спектроскопия
Инфрачервената спектроскопия е аналитична техника, използвана за идентифициране на функционални групи в органични молекули. Има два вида спектрометри, използвани в инфрачервената спектроскопия: дисперсионни спектрометри за инфрачервено лъчение и спектрометри за инфрачервено лъчение с трансформация на Фурие.
По време на процеса на инфрачервена спектроскопия се извършват следните стъпки:
- Сноп радиация преминава през пробата.
- Проба в спектрометър абсорбира инфрачервено лъчение.
- След като абсорбцията бъде открита и анализирана, спектърът на абсорбция се отпечатва или показва на компютър.
Всички органични съединения абсорбират инфрачервено лъчение при различни дължини на вълната чрез връзки между молекулите. Когато атомите се сдвоят, те вибрират постоянно. Когато органичните молекули абсорбират инфрачервеното лъчение, връзките между различните атоми вибрират повече. Поради това ковалентните връзки в молекулите също вибрират и са принудени да се разтягат, огъват или усукват. Всички молекули вибрират на определена честота. Всяка връзка в една молекула има уникална естествена честота на вибрация. Това е от съществено значение за разбирането на структурата на съединения като тези, намерени в вселена.
Надявам се, че с тази информация можете да научите повече за спектроскопията и нейните характеристики.