Електромагнитна спектроскопия
от Уикипедия, свободната енциклопедия
Електромагнитна спектроскопия е разлагането и анализирането на спектри, които възникват при поглъщане или излъчване на кванти електромагнитно излъчване. Електромагнитната спектроскопия включва използването на спектроскоп, спектрограф или спектрофотометър.
Съдържание |
[редактиране] Видове измервани електромагнитни излъчвания
Измерването може да бъде във всеки един обхват на дължини на вълната:
- Радиовълни
- Микровълни
- Инфрачервена светлина
- Видима светлина
- Ултравиолетови лъчи
- Рентгенови лъчи
- Гама лъчи
[редактиране] Видове електромагнитна спектроскопия
[редактиране] Емисионна спектроскопия
Емисионната спектроскопия изследва електромагнитния спектър на излъчване изпускан от атоми или молекули, които претърпяват преход към по-ниско квантово ниво. Такъв процес се нарича флуоресценция или при определени условия фосфоресценция. Обикновено емисионната спектроскопия засяга видимата светлина и по-къси дължини на вълните, тъй като флуоресценцията е по-малко вероятно да възникне при дълги дължини на вълните. Виж още: спонтанна емисия. Примери:
- Флуоресцентна спектроскопия
- Емисионна спектроскопия на пламък
- Лазерна спектроскопия
- Рентгенова флуоресцентна спектроскопия
- Спектроскопия на звезди
[редактиране] Абсорбционна спектроскопия
Абсорбционната спектроскопия е изучаването на електромагнитните спектри, погълнати от атоми или молекули, които променят енергийното си състояние. Обикновено се използва като аналитична техника, например специфични химични съединения имат специфичен спектър на поглъщане, което се използва като "детектор" на изследваното вещество. Oще повече, интензивността на поглъщане на дадена спектрална линия, ивица и др. е свързана с количеството на даденото химично съеднинение в изследваното вещество. Абсорбционната спектроскопия може да се използва за определяне на концентрацията на химически елементи и съединения в мостри.
Примери за абсорбционна спектроскопия:
- Вибрационна спектроскопия - абсорбция на инфрачервено излъчване, използва се като аналитично средство
- Атомна абсорбционна спектроскопия - използва се като аналитично средство
- УВ/(светлинна) спектроскопия - поглъщане на ултравиолетови лъчи и видима светлина, използва се като аналитично средство
- Мьосбауерова спектроскопия - Измерва поглъщането на гама лъчи от свързани атоми (в твърди тела) като функция на енергията на гама лъчите. Това не е аналитична техника, а средство за изучаването на определени процеси в материята.
[редактиране] Други техники
Електромагнитното излъчване може да взаимодейства с материята и по по-различни начини от простото поглъщане (абсорбция) или излъчване (емисия). Съществуват следните спектроскопски методи:
- Спектроскопия на базата на кръгов дихроизъм- измерва ефекти на мострата върху поляризирането на светлината.
- Магнитен кръгов дихроизъм
- Ядрен магнитен резонанс - измерва резонантната абсорбция на радиочестотното излъчване на ядра в силно магнитно поле. Абсорбционният пик съответства на преходи в спиновите състояния на ядрата на изследваните молекули.
- Електронно-спинов резонанс - подобен на ядрения магнитен, но детектиращ електрони.
- Раманова спектроскопия - Една молекула може да абсорбира част от енергията на фотона, по-точно поглъща фотон с една енергия, а излъчва друг фотон с по-ниска енергия. Количеството абсорбирана енергия, съответства на инфрачервения преход на молекулата, въпреки че фотона може да има дължина на вълната във видимата част на спектъра.
- Спектроскопия на Щарк - изследва ефекти на електрическото поле върху спектъра.
[редактиране] Примери
[редактиране] Спектър на слънчевата светлина
Изложената на електромагнитно излъчване материя, абсорбира, отразява и разсейва части от електромагнитния спектър на излъчването. В зависимост от цветната температура на светлинния източник, човек възприема един обект с различен цвят. Цветната температура на всеки светлинен източник се определя според закона на Планк. За всяка електрическа крушка например се определя цветна температура в [K]. 2800 К е цветната температура на светлината в стая за живеене, 6000 К е на светъл слънчев ден.
Колкото е по-висока температурата, толкова по-къса е средната видима дължина на вълната. Слънцето, което има температура около 6000 K, излъчва най-силно във видимата част от спектъра. Определени дължини на вълните липсват от слънчевия спектър, което е резултат на химичните елементи в хромосферата на слънцето, които поглъщат тези дължини на вълните. От точните дължини на вълните на тези липсващи от спектъра части или "абсорбционни спектрални линии", може да заключим кои елементи се съдържат в слънцето. Факта, че тези елементи са абсорбирали излъчването означава, че хромосферата е по-студена от фотосферата. Абсорбционните спектри обаче не могат да дадат информация за наличието (изобилието) на (някои) различни елементи. Това е така защото водорода и хелия (главните съставки на слънцето) се нуждаят от много повече енергия за да се възбудят достатъчно, че да абсорбират радиация отколкото другите елементи (например като калция, който също присъства). Така, въпреки, че хелийя и водорода са в изобилие, много малък процент от тях се възбужда достатъчно за да произведе голям интензитет. За да се получи по-добро разбиране за наличието на тези елементи е необходимо изуаването на емисионние спектър на елементите в хромосферата. Това е възможно да се оцени само когато светлинното излъчване е напълно закрито по време на слънчево затъмнение. По това време емисионния спектър на хромосферата е преобладаващо водороден, който е главна съставна част на слънцето.
[редактиране] Абсорбция от атмосферата
Веществата в Земната атмосфера поглъщат част от слънчевата светлина която минава през нея. Това е измервано на морското равнище и на различни височини. Прави се оценка на приликата на спектъра над атмосферата и поглъщането в атмосферата. Конкретните измервания над атмосферата изискват измервания от космически апарати. Това е показано на следните диаграми.