Was ist optische Spektroskopie?
optische Spektroskopie ist ein Mittel, um die Eigenschaften physikalischer Objekte zu untersuchen, basierend auf der Messung der Ausgabe und Interaktion eines Objekts mit Licht. Es kann verwendet werden, um Attribute wie die chemische Zusammensetzung, Temperatur und Geschwindigkeit eines Objekts zu messen. Es umfasst sichtbare, ultraviolette oder Infrarotlicht allein oder in Kombination und ist Teil einer größeren Gruppe von spektroskopischen Techniken, die als elektromagnetische Spektroskopie bezeichnet werden. Die optische Spektroskopie ist eine wichtige Technik in modernen wissenschaftlichen Feldern wie Chemie und Astronomie.
Ein Objekt wird sichtbar, indem Photonen emittieren oder reflektieren, und die Wellenlängen dieser Photonen hängen von der Zusammensetzung des Objekts zusammen mit anderen Attributen wie Temperatur ab. Das menschliche Auge nimmt das Vorhandensein und Fehlen verschiedener Wellenlängen als unterschiedliche Farben wahr. Beispielsweise werden Photonen mit einer Wellenlänge von 620 bis 750 Nanometern als rot wahrgenommen, und so sieht ein Objekt, das Photonen in diesem Bereich ausstrahlt oder widerspiegelt, rot aus. Mit einem GerätLicht, das als Spektrometer bezeichnet wird, kann mit viel mehr Präzision analysiert werden. Diese genaue Messung - zusammen mit einem Verständnis der verschiedenen Eigenschaften von Licht, die verschiedene Substanzen unter verschiedenen Bedingungen produzieren, reflektieren oder absorbieren, ist die Grundlage für die optische Spektroskopie.
Verschiedene chemische Elemente und Verbindungen unterscheiden sich in der Art und Weise, wie sie aufgrund quantenmechanischer Unterschiede in den Atomen und Molekülen, aus denen sie bestehen, mit Photonen emittieren oder interagieren. Das von einem Spektrometer gemessene Licht, das nach dem Licht reflektiert wurde, durch das untersuchte Objekt übergeben oder emittiert wurde, hat sogenannte Spektrallinien. Diese Linien sind scharfe Diskontinuitäten von Licht oder Dunkelheit im Spektrum, die auf ungewöhnlich hohe oder ungewöhnlich niedrige Anzahl von Photonen bestimmter Wellenlängen hinweisen. Unterschiedliche Substanzen erzeugen unterschiedliche spektrale Linien, die verwendet werden können, um sie zu identifizieren. Diese spEktrale Linien werden auch von Faktoren wie Temperatur und Geschwindigkeit des Objekts beeinflusst, sodass auch die Spektroskopie verwendet werden kann, um diese zu messen. Zusätzlich zur Wellenlänge können andere Merkmale des Lichts, wie z. B. seine Intensität, auch nützliche Informationen liefern.
optische Spektroskopie kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden, je nachdem, was untersucht wird. Einzelne Spektrometer sind spezielle Geräte, die sich auf die präzise Analyse spezifischer, schmaler Teile des elektromagnetischen Spektrums konzentrieren. Sie existieren daher in einer Vielzahl von Typen für verschiedene Anwendungen.
Eine Haupttyp der optischen Spektroskopie, die Absorptionsspektroskopie bezeichnet, basiert auf der Identifizierung, welche Wellenlängen von Licht eine Substanz durch Messen der Photonen, die er durchlaufen kann, absorbiert. Das Licht kann speziell für diesen Zweck mit Geräten wie Lampen oder Lasern hergestellt werden oder können aus einer natürlichen Quelle wie Sternenlicht stammen. Es wird am häufigsten bei Gasen verwendet, die diffuse Eno sindUgh mit Licht interagieren und es dennoch zulassen, dass es durchlaufen wird. Absorptionsspektroskopie ist nützlich zur Identifizierung von Chemikalien und kann verwendet werden, um Elemente oder Verbindungen in einem Gemisch zu unterscheiden.
Diese Methode ist auch in der modernen Astronomie äußerst wichtig und wird häufig verwendet, um die Temperatur und chemische Zusammensetzung von himmlischen Objekten zu untersuchen. Die astronomische Spektroskopie misst auch die Geschwindigkeit entfernter Objekte, indem sie den Doppler -Effekt nutzt. Lichtwellen von einem Objekt, das sich zum Beobachter bewegt, scheinen höhere Frequenzen und somit niedrigere Wellenlängen als Lichtwellen eines Objekts im Ruhestand relativ zum Beobachter zu haben, während die Wellen eines Objekts, das sich weg bewegt, niedrigere Frequenzen aufweist. Diese Phänomene werden als Blueshift bzw. Rotverschiebung bezeichnet, da die Häufigkeit einer Welle von sichtbarem Licht es in Richtung Blau/violettes Ende des Spektrums bewegt, während die Frequenz absenkt.
Eine andere wichtige Formder optischen Spektroskopie wird als Emissionsspektroskopie bezeichnet. Wenn Atome oder Moleküle von einer externen Energiequelle wie Licht oder Wärme angeregt werden, erhöhen sie das Energieniveau vorübergehend, bevor sie in ihren Grundzustand zurückfallen. Wenn die angeregten Partikel in ihren Grundzustand zurückkehren, füllen sie die überschüssige Energie in Form von Photonen frei. Wie bei der Absorption emittieren verschiedene Substanzen Photonen unterschiedlicher Wellenlängen, die dann gemessen und analysiert werden können. In einer gemeinsamen Form dieser Technik, die als Fluoreszenzspektroskopie bezeichnet wird, wird das analysierte Subjekt mit Licht, normalerweise ultraviolettem Licht, analysiert. In Atomemissionsspektroskopie wird Feuer, Elektrizität oder Plasma verwendet.
Fluoreszenzspektroskopie wird üblicherweise in Biologie und Medizin verwendet, da sie für biologische Materialien weniger schädlich ist als andere Methoden und weil einige organische Moleküle von Natur aus fluoreszierend sind. Atomabsorptionsspektroskopie wird in der chemischen Analyse verwendet und ist für DETEC besonders wirksamTing -Metalle. Verschiedene Arten von Atomabsorptionsspektroskopie werden für Zwecke verwendet, wie z.