ออฟติคอลสเปกโตรสโกปีคืออะไร?

Optical สเปกโทรสโกเป็นวิธีการศึกษาคุณสมบัติของวัตถุทางกายภาพตามการวัดว่าวัตถุปล่อยออกมาและโต้ตอบกับแสง มันสามารถใช้ในการวัดคุณสมบัติเช่นองค์ประกอบทางเคมีอุณหภูมิและความเร็วของวัตถุ มันเกี่ยวข้องกับแสงที่มองเห็นรังสีอัลตราไวโอเลตหรืออินฟราเรดเพียงอย่างเดียวหรือเป็นการรวมกันและเป็นส่วนหนึ่งของเทคนิคสเปคโตรสโคปขนาดใหญ่ที่เรียกว่า Optical spectroscopy เป็นเทคนิคสำคัญในสาขาวิทยาศาสตร์สมัยใหม่เช่นเคมีและดาราศาสตร์

วัตถุสามารถมองเห็นได้ด้วยการเปล่งหรือสะท้อนโฟตอนและความยาวคลื่นของโฟตอนเหล่านี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของวัตถุพร้อมกับคุณลักษณะอื่น ๆ เช่นอุณหภูมิ ดวงตาของมนุษย์รับรู้ถึงการมีอยู่และการขาดความยาวคลื่นที่แตกต่างกันเป็นสีที่ต่างกัน ยกตัวอย่างเช่นโฟตอนที่มีความยาวคลื่น 620 ถึง 750 นาโนเมตรถูกมองว่าเป็นสีแดงดังนั้นวัตถุที่เปล่งหรือสะท้อนโฟตอนในช่วงนั้นจะมีสีแดงเป็นหลัก การใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าสเปกโตรมิเตอร์สามารถวิเคราะห์แสงได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น การวัดที่แม่นยำนี้รวมกับความเข้าใจในคุณสมบัติต่าง ๆ ของแสงที่สารต่าง ๆ ผลิตสะท้อนหรือดูดซับภายใต้เงื่อนไขต่าง ๆ เป็นพื้นฐานของออปติคัลสเปคโทรสโคป

องค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันและสารประกอบแตกต่างกันไปในวิธีที่พวกเขาปล่อยหรือโต้ตอบกับโฟตอนเนื่องจากความแตกต่างทางกลเชิงควอนตัมในอะตอมและโมเลกุลที่ประกอบขึ้นมา แสงที่วัดโดยสเปกโตรมิเตอร์หลังจากแสงถูกสะท้อนผ่านผ่านหรือถูกปล่อยออกมาจากวัตถุที่กำลังศึกษามีสิ่งที่เรียกว่าเส้นสเปกตรัม เส้นเหล่านี้มีความไม่ต่อเนื่องของแสงหรือความมืดที่คมชัดซึ่งระบุว่าโฟตอนของความยาวคลื่นที่เฉพาะเจาะจงสูงหรือต่ำผิดปกติ สารที่แตกต่างกันจะสร้างเส้นสเปกตรัมที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งสามารถใช้เพื่อระบุพวกมัน เส้นสเปกตรัมเหล่านี้ยังได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่าง ๆ เช่นอุณหภูมิและความเร็วของวัตถุดังนั้นสเปกโทรสโกปีจึงสามารถใช้ในการวัดสิ่งเหล่านี้ได้เช่นกัน นอกเหนือจากความยาวคลื่นแล้วคุณลักษณะอื่นของแสงเช่นความเข้มของแสงยังสามารถให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์

สเปคตรัมออฟติคัลสามารถทำได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับสิ่งที่กำลังศึกษา สเปกโตรมิเตอร์ส่วนบุคคลเป็นอุปกรณ์พิเศษที่มุ่งเน้นการวิเคราะห์ที่แม่นยำของชิ้นส่วนที่แคบและเฉพาะเจาะจงของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า จึงมีอยู่หลากหลายประเภทสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน

ออปติคัลสเปคโทรสประเภทหลักประเภทหนึ่งเรียกว่าสเปคโทรสโคปแบบดูดกลืนนั้นขึ้นอยู่กับการระบุความยาวคลื่นของแสงที่สารดูดซับโดยการวัดโฟตอนที่ยอมให้ผ่าน แสงสามารถผลิตโดยเฉพาะสำหรับจุดประสงค์นี้ด้วยอุปกรณ์เช่นหลอดไฟหรือเลเซอร์หรืออาจมาจากแหล่งธรรมชาติเช่นแสงดาว ส่วนใหญ่จะใช้กับก๊าซซึ่งแพร่กระจายเพียงพอที่จะโต้ตอบกับแสงในขณะที่ยังคงให้ผ่าน Absorption Spectroscopy มีประโยชน์ในการระบุสารเคมีและสามารถใช้แยกองค์ประกอบหรือสารประกอบในส่วนผสม

วิธีนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในดาราศาสตร์สมัยใหม่และมักใช้เพื่อศึกษาอุณหภูมิและองค์ประกอบทางเคมีของวัตถุท้องฟ้า สเปคตรัมทางดาราศาสตร์ยังวัดความเร็วของวัตถุที่อยู่ไกลออกไปด้วยการใช้ประโยชน์จากเอฟเฟ็กต์ดอปเลอร์ คลื่นแสงจากวัตถุที่เคลื่อนที่เข้าหาผู้สังเกตดูเหมือนจะมีความถี่สูงและความยาวคลื่นต่ำกว่าคลื่นแสงจากวัตถุที่เหลือเมื่อเปรียบเทียบกับผู้สังเกตการณ์ขณะที่คลื่นจากวัตถุที่เคลื่อนที่ออกไปดูเหมือนจะมีความถี่ต่ำกว่า ปรากฏการณ์เหล่านี้เรียกว่า blueshift และ redshift ตามลำดับเนื่องจากการเพิ่มความถี่ของคลื่นแสงที่มองเห็นจะเคลื่อนไปทางปลายฟ้า / สีม่วงของสเปกตรัมในขณะที่การลดความถี่เคลื่อนไปทางสีแดง

สเปคโทรสโคปแบบแสงที่สำคัญอีกรูปแบบหนึ่งเรียกว่า เมื่ออะตอมหรือโมเลกุลตื่นเต้นกับแหล่งพลังงานภายนอกเช่นแสงหรือความร้อนพวกมันจะเพิ่มระดับพลังงานชั่วคราวก่อนที่จะถอยกลับไปสู่สภาพพื้นดิน เมื่ออนุภาคที่น่าตื่นเต้นกลับสู่สภาพพื้นดินพวกมันจะปลดปล่อยพลังงานส่วนเกินในรูปของโฟตอน ในกรณีที่มีการดูดซับสารต่าง ๆ จะปล่อยโฟตอนที่มีความยาวคลื่นต่างกันซึ่งสามารถวัดและวิเคราะห์ได้ ในรูปแบบทั่วไปของเทคนิคนี้เรียกว่าสเป็กโตรฟลูออเรสเซนต์สสารที่วิเคราะห์ถูกรวมเข้ากับแสงโดยปกติแล้วแสงอัลตราไวโอเลต ในการปล่อยสเปคโทรสของอะตอมจะใช้ไฟไฟฟ้าหรือพลาสมา

โดยทั่วไปจะใช้ในการสเปคโทรฟลูออเรสเซนซ์ชีววิทยาและการแพทย์เพราะมันเป็นอันตรายน้อยกว่าวัสดุทางชีววิทยาและวิธีการอื่น ๆ เพราะโมเลกุลของสารอินทรีย์บางอย่างเป็นธรรมชาติ อะตอมมิกแอบซอร์พชันสเปกโทรสโกปีใช้ในการวิเคราะห์ทางเคมีและมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจจับโลหะ สเปคตรัมการดูดกลืนแสงของอะตอมชนิดต่าง ๆ ถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์เช่นการระบุแร่ธาตุที่มีค่าในแร่การวิเคราะห์หลักฐานจากที่เกิดเหตุและการบำรุงรักษาการควบคุมคุณภาพในโลหะและอุตสาหกรรม