Hva er optisk spektroskopi?

Optisk spektroskopi er et middel til å studere egenskapene til fysiske objekter basert på å måle hvordan et objekt avgir og samhandler med lys. Det kan brukes til å måle attributter som et objekts kjemiske sammensetning, temperatur og hastighet. Det innebærer synlig, ultrafiolett eller infrarødt lys, alene eller i kombinasjon, og er en del av en større gruppe spektroskopiske teknikker kalt elektromagnetisk spektroskopi. Optisk spektroskopi er en viktig teknikk innen moderne vitenskapelige felt som kjemi og astronomi.

Et objekt blir synlig ved å avgi eller reflektere fotoner, og bølgelengdene til disse fotonene avhenger av objektets sammensetning, sammen med andre attributter som temperatur. Det menneskelige øyet oppfatter tilstedeværelsen og fraværet av forskjellige bølgelengder som forskjellige farger. For eksempel oppfattes fotoner med en bølgelengde på 620 til 750 nanometer som er rødt, og derfor ser et objekt som først og fremst avgir eller reflekterer fotoner i det området rødt ut. Bruke en enhetKalt et spektrometer, kan lys analyseres med mye større presisjon. Denne nøyaktige målingen - kombinert med en forståelse av de forskjellige lysegenskapene som forskjellige stoffer produserer, reflekterer eller absorberer under forskjellige forhold - er grunnlaget for optisk spektroskopi.

Ulike kjemiske elementer og forbindelser varierer i hvordan de avgir eller interagerer med fotoner på grunn av kvantemekaniske forskjeller i atomer og molekyler som komponerer dem. Lyset målt med et spektrometer etter at lyset har blitt reflektert fra, gått gjennom eller avgitt av objektet som studeres har det som kalles spektrale linjer. Disse linjene er skarpe diskontinuiteter av lys eller mørke i spekteret som indikerer uvanlig høye eller uvanlig lave antall fotoner med bestemte bølgelengder. Ulike stoffer produserer særegne spektrale linjer som kan brukes til å identifisere dem. Disse spEktrallinjer påvirkes også av faktorer som objektets temperatur og hastighet, slik at spektroskopi også kan brukes til å måle disse også. I tillegg til bølgelengde, kan andre egenskaper ved lyset, for eksempel intensitet, også gi nyttig informasjon.

Optisk spektroskopi kan gjøres på flere forskjellige måter, avhengig av hva som studeres. Individuelle spektrometre er spesialiserte enheter som fokuserer på presis analyse av spesifikke, smale deler av det elektromagnetiske spekteret. De eksisterer derfor i en lang rekke typer for forskjellige applikasjoner.

En hovedtype optisk spektroskopi, kalt absorpsjonsspektroskopi, er basert på å identifisere hvilke bølgelengder av lys et stoff absorberes ved å måle fotonene den tillater å passere gjennom. Lyset kan produseres spesielt for dette formålet med utstyr som lamper eller lasere eller kan komme fra en naturlig kilde, for eksempel Starlight. Det brukes ofte med gasser, som er diffus enough å samhandle med lys mens den fremdeles lar det passere gjennom. Absorpsjonsspektroskopi er nyttig for å identifisere kjemikalier og kan brukes til å skille elementer eller forbindelser i en blanding.

Denne metoden er også ekstremt viktig i moderne astronomi og brukes ofte til å studere temperaturen og den kjemiske sammensetningen av himmelske gjenstander. Astronomisk spektroskopi måler også hastigheten til fjerne objekter ved å dra nytte av Doppler -effekten. Lysbølger fra et objekt som beveger seg mot observatøren ser ut til å ha høyere frekvenser og dermed lavere bølgelengder enn lysbølger fra et objekt i ro i forhold til observatøren, mens bølgene fra et objekt som beveger seg bort ser ut til å ha lavere frekvenser. Disse fenomenene kalles henholdsvis Blueshift og Redshift, fordi det å øke frekvensen av en bølge av synlig lys beveger den mot den blå/fiolette enden av spekteret, mens de senker frekvensen beveger den mot rød.

en annen viktig formav optisk spektroskopi kalles utslippsspektroskopi. Når atomer eller molekyler blir begeistret av en energikilde som lys eller varme eller varme, øker de midlertidig i energinivået før de faller tilbake til grunntilstanden. Når de spente partiklene går tilbake til grunntilstanden, frigjør de overflødig energi i form av fotoner. Som tilfellet er med absorpsjon, avgir forskjellige stoffer fotoner med forskjellige bølgelengder som deretter kan måles og analyseres. I en vanlig form for denne teknikken, kalt fluorescensspektroskopi, blir motivet analysert energisk med lys, vanligvis ultrafiolett lys. I atomutslippsspektroskopi brukes brann, strøm eller plasma.

Fluorescensspektroskopi brukes ofte i biologi og medisin, da det er mindre skadelig for biologiske materialer enn andre metoder og fordi noen organiske molekyler er naturlig lysstoffrør. Atomabsorpsjonsspektroskopi brukes i kjemisk analyse og er spesielt effektiv for detecting metaller. Ulike typer atomabsorpsjonsspektroskopi brukes til formål som å identifisere verdifulle mineraler i malmer, analysere bevis fra kriminalitetsscener og opprettholde kvalitetskontroll i metallurgi og industri.