Spektroskopie

Z Multimediaexpo.cz

Přejít na: navigace, hledání
Animace rozkladu světla pomocí optického hranolu.

Spektroskopie je fyzikální obor zabývající se vznikem a vlastnostmi spekter. Je to metoda založená na interakci elektromagnetického záření se vzorkem.

Obsah

Historie

Zakladatelem spektroskopie je sir Isaac Newton, který pomocí optického hranolu objevil monochromatické světlo. Také si všiml, že čím čistější monochromatické světlo získává, tím slabší je jeho intenzita. Tato skutečnost je pravdou, kterou překonaly až lasery a synchrotrony. První spektrometr vytvořili Kirchhoff a Bunsen v roce 1860.

Dělení

Spektroskopie se dá rozdělit podle několika hledisek.

  • Prvním hlediskem může být typ interakce záření s hmotou. Atom nebo molekula mohou záření pohltit (absorpce), nebo může naopak uvolnit energii ve formě záření (emise), nebo může záření pohltit a po čase jej opět emitovat (fluorescence a fosforescence). Základní fyzikální vlastností látek je, že se jedná o záření určitých specifických vlnových délek. Absorbované nebo emitované spektrum není spojité, ale skládá se z mnoha linií (čar nebo pásů), které jsou specifické pro každou látku. Neexistují dvě chemicky odlišné látky mající stejné absorpční nebo emisní spektrum. V kapalné a pevné fázi pozorujeme spektra pásová. V plynné fázi mají spektra podobu separovaných linií v případě molekul sdružených do pásů. Ve vzdálené infračervené oblasti odpovídá každá linie změně rotace molekuly. Ve střední a blízké infračervené oblasti změně vibrace a rotace molekuly. Ve viditelné a ultrafialové oblasti spekter dochází k elektronovým změnám (přeskokům z orbitalů různých energií) ve vnějších slupkách molekulových a atomových orbitalů, v oblasti rentgenového záření ke změnám ve vnitřních slupkách atomů. Radioaktivní záření gama vede k přeskokům jaderných částic mezi jednotlivými energetickými hladinami jádra. Jak bylo zmíněno, vlnové délky linií odpovídajících těmto změnám v energii molekul a atomů jsou specifické podle druhu specie.
  • Druhým hlediskem může být použitá vlnová délka, tedy typ záření. Rozdě­lení podle tohoto hlediska ukazuje tabulka:
Typ záření
Vlnová délka (cm-1)
Frekvence
Energie (kJ/mol)
Interakce s hmotou
Záření gama (γ)108 - 10103·1018 Hz - 3·1020 Hz106 - 108Rozpady atomových jader
Rentgenové záření (RTG)106 - 1083·1016 Hz - 3·1018 Hz104 - 106Ionizace
Ultrafialové záření (UV)104 - 1063·1014 Hz - 3·1016 Hz100 - 104Přechody elektronů
Viditelné záření (VIS)100 - 1043·1012 Hz - 3·1014 Hz1 - 100Přechody elektronů
Infračervené záření (IR)1 - 10030 GHz - 3·10120,01 -1Vibrace molekul
Mikrovlnné záření (MW)0,01 - 1300 MHz - 30 GHz10-4 - 0,01Rotace molekul
Rádiové záření (LW)10-4 - 0,013 MHz - 300 MHz10-6 - 10-4Přechody jaderného spinu

Se zkracující se vlnovou délkou záření se zvyšuje jeho energie a také účinek záření na atomy, či molekuly je znatelnější. Zatímco radiové vlny svým dopadem ovlivní jen orientaci jaderného spinu a účinek na molekulu je téměř nulový, tak gama záření je schopno zničit i atomová jádra. Analytická chemie a forenzní chemie využívají RTG záření, případně UV/VIS nebo IR spektroskopii. Fluorescence se používá například k zobrazování otisků a také k DNA značení při hledání otcovství.

Druhy

Soubor:Spiritusflamme mit spektrum.png
Lihový plamen a jeho spektrum
  1. Ramanova spektroskopie je založena na měření spektra elektromagnetického záření rozptýleného díky Ramanově jevu (neelastický rozptyl), který způsobuje, že rozptýlené záření má mírně odlišnou vlnovou délku od dopadajícího záření kvůli předání části energie na vibračních přechodech molekuly. Tato spektroskopická technika poskytuje informace o struktuře a prostorovém uspořádání molekuly.
  2. Spektrometrie s Fourierovou transformací je založena na matematické transformaci interferogramu (závislosti intenzity signálu na dráhovém rozdílu paprsků) získaného detekcí signálu vystupujícího z interferometru. Interferující paprsky putují přes kyvetu se vzorkem. Spektrometry Fourierova typu jsou v současné době poměrně hodně rozšířeny.
  3. Infračervená spektroskopie
  4. UV/VIS spektroskopie
  5. Zeslabený úplný odraz
  6. Atomová absorpční spektroskopie
  7. Rentgenová fluorescence

Literatura

Externí odkazy