光分光法とは何ですか？

光学分光法は、物体がどのように光を放出し相互作用するかを測定することに基づいて、物理的な物体の特性を研究する手段です。 オブジェクトの化学組成、温度、速度などの属性を測定するために使用できます。 それは、可視光、紫外光、または赤外光を単独または組み合わせて含み、電磁分光法と呼ばれる分光技術のより大きなグループの一部です。 光学分光法は、化学や天文学などの現代の科学分野で重要な技術です。

物体は、光子を放出または反射することで可視になり、これらの光子の波長は、温度などの他の属性とともに、物体の組成に依存します。 人間の目は、異なる波長の有無を異なる色として認識します。 たとえば、620〜750ナノメートルの波長の光子は赤と認識されるため、その範囲の光子を主に放射または反射するオブジェクトは赤に見えます。 分光計と呼ばれるデバイスを使用すると、光をはるかに高い精度で分析できます。 この正確な測定は、さまざまな条件下でさまざまな物質が生成、反射、または吸収する光のさまざまな特性を理解することと組み合わせて、光学分光法の基礎となります。

さまざまな化学元素と化合物は、それらを構成する原子と分子の量子力学的違いにより、光子の放出または相互作用の方法が異なります。 研究対象の物体から光が反射、通過、または放射された後に分光計で測定された光には、スペクトル線と呼ばれるものがあります。 これらの線は、特定の波長の異常に高いまたは異常に低い数の光子を示す、スペクトルの光または暗さの鋭い不連続です。 異なる物質は、それらを識別するために使用できる特徴的なスペクトル線を生成します。 これらのスペクトル線は、オブジェクトの温度や速度などの要因の影響も受けるため、分光法もこれらの測定に使用できます。 波長に加えて、その強度など、光の他の特性も有用な情報を提供できます。

光学分光法は、研究対象に応じていくつかの異なる方法で実行できます。 個々の分光計は、電磁スペクトルの特定の狭い部分の正確な分析に焦点を当てた特殊なデバイスです。 したがって、それらはさまざまなアプリケーションに対応する多種多様なタイプで存在します。

吸収分光法と呼ばれる光学分光法の1つの主要なタイプは、通過できる光子を測定することにより、物質が吸収する光の波長を識別することに基づいています。 この目的のために、ランプやレーザーなどの機器で光を生成することも、星明かりなどの自然光源から光を生成することもできます。 最も一般的に使用されるのは、光を通過させながら光と相互作用するのに十分な拡散性のガスです。 吸収分光法は、化学物質を識別するのに役立ち、混合物中の元素または化合物を区別するために使用できます。

この方法は、現代の天文学でも非常に重要であり、天体の温度と化学組成の研究によく使用されます。 天文分光法では、ドップラー効果を利用して遠くの物体の速度も測定します。 観測者に向かって移動しているオブジェクトからの光波は、観測者に対して静止しているオブジェクトからの光波よりも高い周波数と低い波長を持っているように見えますが、離れている物体からの波は低い周波数を持っています。 これらの現象は、それぞれ青方偏移および赤方偏移と呼ばれます。可視光の波の周波数を上げるとスペクトルの青/紫の端に向かって移動し、周波数を下げると赤の方向に移動するためです。

光学分光法のもう1つの重要な形式は、発光分光法と呼ばれます。 原子または分子が光や熱などの外部エネルギー源によって励起されると、基底状態に戻る前に一時的にエネルギーレベルが増加します。 励起された粒子が基底状態に戻ると、過剰なエネルギーを光子の形で放出します。 吸収の場合と同様に、さまざまな物質がさまざまな波長の光子を放出し、それらを測定および分析できます。 蛍光分光法と呼ばれるこの手法の一般的な形式の1つでは、分析対象の被写体に光、通常は紫外線を照射します。 原子発光分光法では、火、電気、またはプラズマが使用されます。

蛍光分光法は、他の方法よりも生物学的材料への損傷が少なく、一部の有機分子が自然に蛍光性であるため、生物学および医学で一般的に使用されています。 原子吸光分析は化学分析で使用され、金属の検出に特に効果的です。 鉱石中の貴重な鉱物の特定、犯罪現場からの証拠の分析、冶金および産業の品質管理の維持などの目的で、さまざまな種類の原子吸光分光法が使用されます。