La espectroscòpia és una tècnica utilitzada en diverses branques de la ciència per estudiar la interacció entre la radiació electromagnètica i la matèria. Es basa en l'anàlisi detallada de la llum o altres formes de radiació electromagnètica, descomponent-les en els seus components individuals i examinant les característiques específiques de cadascun.
En aquest article explicarem què és espectroscòpia, les seves característiques i importància.
Què és l'espectroscòpia
En termes simples, podem entendre la llum com a combinació de diferents colors o longituds d'ona. L'espectroscòpia ens permet descompondre la llum al seu espectre, que inclou des de longituds d'ona més curtes, com ara els raigs X i els raigs gamma, fins a longituds d'ona més llargues, com ara les microones i les ones de ràdio. Cadascuna d'aquestes regions de l'espectre electromagnètic té diferents propietats i comportaments.
L'espectroscòpia es fa servir en moltes disciplines científiques, com la física, la química, l'astronomia i la biologia, entre d'altres. Proporciona informació crucial sobre la composició, estructura i propietats de la matèria. En estudiar l'espectre de la radiació emesa, absorbida o dispersada per una substància, podem obtenir informació sobre els àtoms, les molècules o les partícules que componen aquesta substància.
Hi ha diferents tècniques d'espectroscòpia, cadascuna de les quals es fa servir per analitzar diferents tipus de radiació electromagnètica i assolir diferents objectius. Algunes tècniques comunes inclouen l'espectroscòpia d'absorció, l'espectroscòpia d'emissió, l'espectroscòpia de fluorescència i l'espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear per nomenar-ne algunes.
Tipus d'espectroscòpia
L'espectroscòpia es fa servir per comprendre les propietats dels productes químics mitjançant l'anàlisi de la quantitat de llum que absorbeixen. Això ens ajuda a determinar quina és la composició de la substància. Tenim diversos tipus d'espectroscòpia, depenent de per què l'estiguem usant. Aquestes són les més conegudes:
- Espectroscòpia de masses
- Espectroscòpia dabsorció atòmica.
- Espectroscòpia Raman
- Espectroscòpia infraroja
L'espectrometria de masses (o espectrometria de masses atòmiques) és un mètode utilitzat per determinar la massa atòmica d'àtoms o molècules en una mostra mitjançant la ionització de productes químics i la classificació dels ions segons la relació, la massa o la càrrega.
La majoria dels espectròmetres de masses utilitzen una tècnica anomenada ionització per impacte d'electrons. Aquesta tècnica utilitza un feix delectrons per eliminar un electró (o electrons) duna molècula, formant un catió radical. Aquests cations radicals també es coneixen com a ions originals o ions moleculars.
Un gràfic que mostra la intensitat del senyal del detector davant de la massa atòmica dels ions s'anomena espectre de masses. Els isòtops són àtoms d'un mateix element que tenen el mateix nombre de protons (nombre atòmic), però diferent nombre de massa (diferent nombre de neutrons).
Espectroscòpia d'absorció atòmica
L'espectroscòpia d'absorció atòmica és el procés d'anàlisi de l'espectre visible o ultraviolat per determinar quantitativament la llum química emesa pels àtoms gasosos. Aquest és el procés utilitzat en química per determinar la concentració dun analit, que és un element específic en una mostra.
Vegem ara com funciona l'espectroscòpia d'absorció atòmica. La tècnica es basa en la llei de Beer-Lambert, que relaciona l´absorció de llum per part d´un element i la relaciona amb les propietats d´un element en particular. Els electrons es poden moure a nivells d'energia més alts perquè absorbeixen energia. Aquesta, alhora, correspon a llum amb longituds d'ona específiques, gràcies a ella podem saber quins elements hi ha a la mostra, ja que cada longitud d'ona correspon a un element específic.
Espectroscòpia Raman
L'espectroscòpia de Raman és una tècnica que es fa servir per analitzar la interacció entre la llum i la matèria. Aquesta tècnica es basa en l'efecte Raman, descobert pel científic indi CV Raman el 1928, que involucra el canvi en lenergia de la llum quan interactua amb una mostra.
Quan la llum incideix en una mostra, part de la llum es dispersa i en canvia l'energia. Aquest canvi en lenergia es deu a la interacció dels fotons de la llum amb les molècules de la mostra. Alguns fotons guanyen energia, mentre que altres la perden. Aquesta dispersió de la llum es denomina dispersió Raman, i la llum dispersada es coneix com a llum Raman.
L'espectroscòpia de Raman aprofita aquest fenomen per obtenir informació sobre la composició i estructura molecular d'una mostra. La llum Raman dispersada té una longitud d'ona lleugerament diferent de la llum incident, i aquesta diferència es coneix com a desplaçament Raman. El desplaçament Raman proporciona informació sobre les vibracions moleculars i els modes de rotació de les molècules a la mostra.
Per dur-la a terme, es fa servir un instrument anomenat espectròmetre Raman. Aquest instrument consta d‟un làser d‟alta potència que emet llum monocromàtica, que es dirigeix cap a la mostra. Quan la llum del làser interactua amb les molècules de la mostra, es produeix la dispersió Raman. La llum Raman dispersada es recull i es dirigeix cap a un detector, que registra la intensitat de la llum en funció de la longitud d'ona.
Espectroscòpia infraroja
L'espectroscòpia infraroja és una tècnica analítica utilitzada per identificar grups funcionals en molècules orgàniques. Hi ha dos tipus d'espectròmetres utilitzats a l'espectroscòpia infraroja: espectròmetres de radiació infraroja dispersiva i espectròmetres de radiació infraroja transformada de Fourier.
Durant el procés d'espectroscòpia infraroja es duen a terme els passos següents:
- Un feix de radiació travessa la mostra.
- Una mostra en un espectròmetre absorbeix radiació infraroja.
- Un cop detectada i analitzada l'absorció, l'espectre d'absorció s'imprimeix o es mostra en un ordinador.
Tots els compostos orgànics absorbeixen radiació infraroja en diferents longituds d'ona mitjançant enllaços entre molècules. Quan els àtoms s'emparellen, vibren constantment. Quan les molècules orgàniques absorbeixen la radiació infraroja, els enllaços entre els diferents àtoms vibren més. A causa d'això, els enllaços covalents a les molècules també vibren i es veuen obligats a estirar-se, doblegar-se o torçar-se. Totes les molècules vibren a una freqüència específica. Cada enllaç dins una molècula té una freqüència natural única de vibració.
Espero que amb aquesta informació pugueu conèixer més sobre l'espectroscòpia i les seves característiques.