O que é espectroscopia óptica?
A espectroscopia óptica é um meio de estudar as propriedades de objetos físicos com base na medição de como um objeto emite e interage com a luz. Ele pode ser usado para medir atributos como composição química, temperatura e velocidade de um objeto. Envolve luz visível, ultravioleta ou infravermelha, isoladamente ou em combinação, e faz parte de um grupo maior de técnicas espectroscópicas chamadas espectroscopia eletromagnética. A espectroscopia óptica é uma técnica importante nos campos científicos modernos, como química e astronomia.
Um objeto se torna visível emitindo ou refletindo fótons, e os comprimentos de onda desses fótons dependem da composição do objeto, juntamente com outros atributos, como a temperatura. O olho humano percebe a presença e ausência de diferentes comprimentos de onda como cores diferentes. Por exemplo, fótons com comprimento de onda de 620 a 750 nanômetros são percebidos como vermelhos e, portanto, um objeto que emite ou reflete principalmente fótons nessa faixa parece vermelho. Usando um dispositivo chamado espectrômetro, a luz pode ser analisada com muito maior precisão. Essa medição precisa - combinada com a compreensão das diferentes propriedades da luz que diferentes substâncias produzem, refletem ou absorvem sob várias condições - é a base da espectroscopia óptica.
Diferentes elementos e compostos químicos variam em como emitem ou interagem com fótons devido a diferenças mecânicas quânticas nos átomos e moléculas que os compõem. A luz medida por um espectrômetro após a luz ter sido refletida, passada ou emitida pelo objeto que está sendo estudado tem o que é chamado de linhas espectrais. Essas linhas são nítidas descontinuidades de luz ou escuridão no espectro que indicam um número extraordinariamente alto ou extraordinariamente baixo de fótons de comprimentos de onda específicos. Diferentes substâncias produzem linhas espectrais distintas que podem ser usadas para identificá-las. Essas linhas espectrais também são afetadas por fatores como temperatura e velocidade do objeto, de modo que a espectroscopia também pode ser usada para medi-las. Além do comprimento de onda, outras características da luz, como sua intensidade, também podem fornecer informações úteis.
A espectroscopia óptica pode ser feita de várias maneiras diferentes, dependendo do que está sendo estudado. Os espectrômetros individuais são dispositivos especializados que se concentram na análise precisa de partes específicas e estreitas do espectro eletromagnético. Portanto, eles existem em uma ampla variedade de tipos para diferentes aplicações.
Um tipo principal de espectroscopia óptica, chamado espectroscopia de absorção, baseia-se na identificação de quais comprimentos de onda da luz uma substância absorve medindo os fótons que ela permite passar. A luz pode ser produzida especificamente para esse fim com equipamentos como lâmpadas ou lasers ou pode vir de uma fonte natural, como a luz das estrelas. É mais comumente usado com gases, que são difusos o suficiente para interagir com a luz e ainda assim permitir a passagem. A espectroscopia de absorção é útil para identificar produtos químicos e pode ser usada para diferenciar elementos ou compostos em uma mistura.
Este método também é extremamente importante na astronomia moderna e é frequentemente usado para estudar a temperatura e a composição química dos objetos celestes. A espectroscopia astronômica também mede a velocidade de objetos distantes, aproveitando o efeito Doppler. As ondas de luz de um objeto que está se movendo em direção ao observador parecem ter frequências mais altas e, portanto, comprimentos de onda mais baixos do que as ondas de luz de um objeto em repouso em relação ao observador, enquanto as ondas de um objeto que está se afastando parecem ter frequências mais baixas. Esses fenômenos são chamados de desvio de blues e desvio para o vermelho, respectivamente, porque o aumento da frequência de uma onda de luz visível a move em direção ao extremo azul / violeta do espectro, enquanto a redução da frequência a move em direção ao vermelho.
Outra forma importante de espectroscopia óptica é chamada espectroscopia de emissões. Quando átomos ou moléculas são excitados por uma fonte de energia externa, como luz ou calor, eles aumentam temporariamente o nível de energia antes de voltar ao estado fundamental. Quando as partículas excitadas retornam ao estado fundamental, elas liberam o excesso de energia na forma de fótons. Como é o caso da absorção, diferentes substâncias emitem fótons de diferentes comprimentos de onda que podem ser medidos e analisados. Em uma forma comum dessa técnica, chamada espectroscopia de fluorescência, o sujeito que está sendo analisado é energizado com luz, geralmente luz ultravioleta. Nas emissões atômicas, espectroscopia, fogo, eletricidade ou plasma são usados.
A espectroscopia de fluorescência é comumente usada em biologia e medicina, pois é menos prejudicial aos materiais biológicos do que outros métodos e porque algumas moléculas orgânicas são naturalmente fluorescentes. A espectroscopia de absorção atômica é usada em análises químicas e é particularmente eficaz na detecção de metais. Diferentes tipos de espectroscopia de absorção atômica são usados para fins como identificar minerais valiosos em minérios, analisar evidências de cenas de crimes e manter o controle de qualidade em metalurgia e indústria.