Co je optická spektroskopie?

Optická spektroskopie je prostředek ke studiu vlastností fyzických objektů založených na měření toho, jak objekt emituje a interaguje se světlem. Může být použit k měření atributů, jako je chemické složení objektu, teplota a rychlost. Zahrnuje viditelné, ultrafialové nebo infračervené světlo, samotné nebo v kombinaci a je součástí větší skupiny spektroskopických technik zvaných elektromagnetická spektroskopie. Optická spektroskopie je důležitou technikou v moderních vědeckých oborech, jako je chemie a astronomie. Lidské oko vnímá přítomnost a nepřítomnost různých vlnových délek jako různých barev. Například fotony s vlnovou délkou 620 až 750 nanometrů jsou vnímány jako červené, a proto objekt, který primárně emituje nebo odráží fotony v tomto rozsahu, vypadá červeně. Pomocí zařízeníSvětlo, které se nazývá spektrometr, lze analyzovat s mnohem větší přesností. Toto přesné měření - kombinované s porozuměním různých vlastností světla, které různé látky produkují, odrážejí nebo absorbují za různých podmínek - je základem optické spektroskopie.

Různé chemické prvky a sloučeniny se liší v tom, jak emitují nebo interagují s fotony kvůli kvantovému mechanickému rozdílu v atomech a molekulách, které je tvoří. Světlo měřené spektrometrem po odrazu světla, projíždějícího nebo emitováno studovaným objektem má to, co se nazývá spektrální linie. Tyto linie jsou ostré diskontinuity světla nebo tmy ve spektru, které naznačují neobvykle vysoký nebo neobvykle nízký počet fotonů konkrétních vlnových délek. Různé látky vytvářejí výrazné spektrální linie, které lze použít k jejich identifikaci. Tyto spEktrální linie jsou také ovlivněny faktory, jako je teplota a rychlost objektu, takže k jejich měření lze také použít spektroskopii. Kromě vlnové délky mohou i další vlastnosti světla, jako je jeho intenzita, také poskytovat užitečné informace.

Optická spektroskopie může být provedena několika různými způsoby, v závislosti na tom, co se studuje. Jednotlivé spektrometry jsou specializovaná zařízení, která se zaměřují na přesnou analýzu specifických úzkých částí elektromagnetického spektra. Proto existují v široké škále typů pro různé aplikace.

Jeden hlavní typ optické spektroskopie, nazývaný absorpční spektroskopie, je založen na identifikaci, které vlnové délky světla látka absorbuje měřením fotonů, kterým umožňuje procházet. Světlo může být vyrobeno konkrétně za tímto účelem zařízením, jako jsou lampy nebo lasery, nebo může pocházet z přirozeného zdroje, jako je hvězdné světlo. Nejčastěji se používá s plyny, které jsou difúzní enoUgh interagovat se světlem a zároveň mu umožnit projít. Absorpční spektroskopie je užitečná pro identifikaci chemikálií a lze ji použít k rozlišení prvků nebo sloučenin ve směsi.

Tato metoda je také nesmírně důležitá v moderní astronomii a často se používá ke studiu teploty a chemického složení nebeských objektů. Astronomická spektroskopie také měří rychlost vzdálených objektů využitím Dopplerova efektu. Zdá se, že světlé vlny z objektu, který se pohybuje směrem k pozorovateli, mají vyšší frekvence, a tedy nižší vlnové délky než světelné vlny z objektu v klidu vzhledem k pozorovateli, zatímco vlny z objektu, který se pohybuje pryč, se zdají být nižší frekvence. Tyto jevy se nazývají blueshift a redshift, protože zvyšování frekvence vlny viditelného světla ji pohybuje směrem k modrému/fialovému konci spektra, přičemž se snižuje frekvence směrem k červené.

Další důležitá formaOptické spektroskopie se nazývá emisní spektroskopie. Pokud jsou atomy nebo molekuly excitovány vnějším zdrojem energie, jako je světlo nebo teplo, dočasně se zvýší hladinu energie, než klesnou zpět do jejich pozemního stavu. Když se vzrušené částice vrátí do svého pozemního stavu, uvolňují přebytečnou energii ve formě fotonů. Stejně jako v případě absorpce, různé látky emitují fotony různých vlnových délek, které pak lze měřit a analyzovat. V jedné společné formě této techniky, nazývanou fluorescenční spektroskopie, je analyzovaný subjekt pod napětím světlem, obvykle ultrafialovým světlem. V atomové emisní spektroskopii se používá požár, elektřina nebo plazma.

Fluorescenční spektroskopie se běžně používá v biologii a medicíně, protože je méně škodlivé pro biologické materiály než jiné metody a protože některé organické molekuly jsou přirozeně fluorescenční. Atomová absorpční spektroskopie se používá v chemické analýze a je zvláště účinná pro detekcikovy. Různé typy atomové absorpční spektroskopie se používají pro účely, jako je identifikace cenných minerálů v rudách, analýza důkazů ze scén zločinu a udržování kontroly kvality v metalurgii a průmyslu.