Co to jest spektroskopia optyczna?

Spektroskopia optyczna jest sposobem na badanie właściwości obiektów fizycznych w oparciu o pomiar, w jaki sposób obiekt emituje i oddziałuje ze światłem. Można go użyć do pomiaru atrybutów, takich jak skład chemiczny obiektu, temperatura i prędkość. Obejmuje to widoczne, ultrafioletowe lub światło podczerwieni, same lub w kombinacji, i jest częścią większej grupy technik spektroskopowych zwanych spektroskopią elektromagnetyczną. Spektroskopia optyczna jest ważną techniką we współczesnych dziedzinach naukowych, takich jak chemia i astronomia.

Obiekt staje się widoczny przez emitujące lub odbijające fotony, a długości fal tych fotonów zależą od składu obiektu, wraz z innymi atrybutami, takimi jak temperatura. Ludzkie oko postrzega obecność i brak różnych długości fal jako różnych kolorów. Na przykład fotony o długości fali od 620 do 750 nanometrów są postrzegane jako czerwone, a zatem obiekt, który przede wszystkim emituje lub odzwierciedla fotony w tym zakresie, wygląda na czerwony. Za pomocą urządzeniaNazywany spektrometr, światło można analizować z znacznie większą precyzją. Ten precyzyjny pomiar - połączony ze zrozumieniem różnych właściwości światła, które różne substancje wytwarzają, odzwierciedlają lub wchłaniają w różnych warunkach - jest podstawą spektroskopii optycznej.

Różne elementy chemiczne i związki różnią się tym, jak emitują lub oddziałują z fotonami z powodu kwantowych różnic mechanicznych w atomach i cząsteczkach, które je tworzą. Światło mierzone przez spektrometr po odbijaniu światła, przeszedł lub emitowanych przez badany obiekt ma tak zwane linie spektralne. Linie te są ostre nieciągłości światła lub ciemności w spektrum, które wskazują niezwykle wysoką lub niezwykle małą liczbę fotonów o określonych długościach fali. Różne substancje wytwarzają charakterystyczne linie widmowe, które można zastosować do ich identyfikacji. Te spNa linie ektracyjne mają również wpływ na takie czynniki, jak temperatura i prędkość obiektu, więc do pomiaru ich można również zastosować spektroskopię. Oprócz długości fali inne cechy światła, takie jak jego intensywność, mogą również dostarczyć przydatnych informacji.

Spektroskopia optyczna można wykonać na kilka różnych sposobów, w zależności od tego, co jest badane. Poszczególne spektrometry to wyspecjalizowane urządzenia, które koncentrują się na precyzyjnej analizie określonych, wąskich części widma elektromagnetycznego. Dlatego istnieją w różnych typach dla różnych aplikacji.

Jeden główny rodzaj spektroskopii optycznej, zwany spektroskopią absorpcyjną, opiera się na określeniu, które długości fali światła wchłaniają substancję poprzez pomiar fotonów, przez które pozwala przejść. Światło można w tym celu wytwarzać specjalnie ze sprzętem takimi jak lampy lub lasery lub może pochodzić z naturalnego źródła, takiego jak Starlight. Jest najczęściej stosowany z gazami, które są rozproszone ENOUGH, aby wchodzić w interakcje ze światłem, jednocześnie pozwalając mu przejść. Spektroskopia absorpcyjna jest przydatna do identyfikacji chemikaliów i może być stosowana do różnicowania pierwiastków lub związków w mieszaninie.

Ta metoda jest również niezwykle ważna we współczesnej astronomii i jest często stosowana do badania temperatury i składu chemicznego obiektów niebieskich. Spektroskopia astronomiczna mierzy również prędkość odległych obiektów, wykorzystując efekt Dopplera. Fale świetlne z obiektu, który zmierza w kierunku obserwatora, wydają się mieć wyższe częstotliwości, a zatem niższe długości fali niż fale światła z obiektu w spoczynku względem obserwatora, podczas gdy fale z obiektu, który odsuwa się, wydają się mieć niższe częstotliwości. Zjawiska te nazywane są odpowiednio BlueShift i Sufor Shift, ponieważ podniesienie częstotliwości fali światła widzialnego porusza ją w kierunku niebieskiego/fioletowego końca widma, jednocześnie obniżając częstotliwość w kierunku czerwonego.

Kolejna ważna formaspektroskopii optycznej nazywa się spektroskopią emisji. Gdy atomy lub cząsteczki są wzbudzone przez zewnętrzne źródło energii, takie jak światło lub ciepło, tymczasowo zwiększają poziom energii, zanim spadną do stanu podstawowego. Kiedy cząsteczki wzbudzone wracają do stanu podstawowego, uwalniają nadmiar energii w postaci fotonów. Podobnie jak w przypadku absorpcji, różne substancje emitują fotony o różnych długościach fali, które można następnie zmierzyć i analizować. W jednej wspólnej formie tej techniki, zwanej spektroskopią fluorescencyjną, analizowany pacjent jest energetyzowany światłem, zwykle światłem ultrafioletowym. W spektroskopii emisji atomowej stosuje się ogień, elektryczność lub osocze.

Spektroskopia fluorescencyjna jest powszechnie stosowana w biologii i medycynie, ponieważ jest mniej szkodliwa dla materiałów biologicznych niż inne metody, a ponieważ niektóre cząsteczki organiczne są naturalnie fluorescencyjne. Spektroskopia absorpcji atomowej jest stosowana w analizie chemicznej i jest szczególnie skuteczna w przypadku DETCMetale tingowe. Do celów takich jak identyfikacja cennych minerałów w rudach stosuje się różne rodzaje spektroskopii absorpcji atomowej, analizowanie dowodów ze scen przestępczych i utrzymanie kontroli jakości w metalurgii i przemysłu.