La spektroszkópia A tudomány különböző ágaiban alkalmazott technika az elektromágneses sugárzás és az anyag közötti kölcsönhatás tanulmányozására. Alapja a fény vagy az elektromágneses sugárzás egyéb formáinak részletes elemzése, egyedi komponensekre bontása és mindegyik sajátosságainak vizsgálata.
Ebben a cikkben elmondjuk, mi a spektroszkópia, jellemzői és fontossága.
Mi a spektroszkópia
Egyszerűen, a fényt különböző színek vagy hullámhosszak kombinációjaként érthetjük. A spektroszkópia lehetővé teszi számunkra, hogy a fényt a spektrumára bontsuk, amely a rövidebb hullámhosszaktól, például a röntgen- és gammasugárzástól a hosszabb hullámhosszig, például a mikrohullámú és rádióhullámokig terjed. Az elektromágneses spektrum ezen régióinak mindegyike eltérő tulajdonságokkal és viselkedéssel rendelkezik.
A spektroszkópiát számos tudományterületen használják, például a fizikában, kémiában, csillagászatban és biológiában. Fontos információkkal szolgál az anyag összetételéről, szerkezetéről és tulajdonságairól. Az anyag által kibocsátott, elnyelt vagy szórt sugárzás spektrumának tanulmányozásával információkat kaphatunk az adott anyagot alkotó atomokról, molekulákról vagy részecskékről.
Különféle spektroszkópiai technikák léteznek, amelyek mindegyike különböző típusú elektromágneses sugárzás elemzésére és különböző célok elérésére szolgál. Néhány elterjedt technika közé tartozik az abszorpciós spektroszkópia, az emissziós spektroszkópia, a fluoreszcencia spektroszkópia és a mágneses magrezonancia spektroszkópia, hogy csak néhányat említsünk.
spektroszkópia típusai
A spektroszkópiát a vegyi anyagok tulajdonságainak megértésére használják az általuk elnyelt fény mennyiségének elemzésével. Ez segít meghatározni az anyag összetételét. Többféle spektroszkópiával rendelkezünk, attól függően, hogy mire használjuk. Ezek a legismertebbek:
- tömegspektroszkópia
- Atomabszorpciós spektroszkópia.
- Raman spektroszkópia
- infravörös spektroszkópia
A tömegspektrometria (vagy atomtömeg-spektrometria) a mintában lévő atomok vagy molekulák atomtömegének meghatározására szolgáló módszer vegyszerek ionizálásával, és az ionok osztályozása arányuk, tömegük vagy töltésük alapján.
A legtöbb tömegspektrométer az elektronütődéses ionizációnak nevezett technikát alkalmazza. Ez a technika elektronsugarat használ az elektron (vagy elektronok) eltávolítására a molekulából, gyökkationt képezve. Az ilyen gyökkationokat szülőionoknak vagy molekulaionoknak is nevezik.
Egy grafikon, amelyen látható a detektor jelének intenzitását az ionok atomtömegével szemben tömegspektrumnak nevezzük. Az izotópok ugyanannak az elemnek az atomjai, amelyek azonos számú protonnal (atomszámmal) rendelkeznek, de különböző tömegszámmal (különböző számú neutronnal) rendelkeznek.
atomabszorpciós spektroszkópia
Az atomabszorpciós spektroszkópia a látható vagy ultraibolya spektrum elemzésének folyamata a gázatomok által kibocsátott kémiai fény mennyiségi meghatározására. Ez az a folyamat, amelyet a kémiában egy analit koncentrációjának meghatározására használnak, amely a mintában lévő specifikus elem.
Most pedig nézzük meg, hogyan működik az atomabszorpciós spektroszkópia. A technika a Beer-Lambert törvényen alapul, amely egy elem fényelnyelését és egy adott elem tulajdonságaihoz viszonyítja. Az elektronok magasabb energiaszintekre mozoghatnak, mert energiát nyelnek el. Ez pedig meghatározott hullámhosszú fénynek felel meg, aminek köszönhetően tudhatjuk, hogy milyen elemek vannak a mintában, hiszen minden hullámhossz egy adott elemnek felel meg.
Raman spektroszkópia
A Raman-spektroszkópia a fény és az anyag közötti kölcsönhatás elemzésére használt technika. Ez a technika a Raman-effektuson alapul, amelyet CV Raman indiai tudós fedezett fel 1928-ban. amely magában foglalja a fény energiájának változását, amikor kölcsönhatásba lép a mintával.
Amikor fény esik egy mintára, a fény egy része szétszóródik, és energiája megváltozik. Ez az energiaváltozás a fény fotonjainak és a minta molekuláinak kölcsönhatásának köszönhető. Egyes fotonok energiát nyernek, míg mások elveszítik. Ezt a fényszóródást Raman-szórásnak, a szórt fényt pedig Raman-fénynek nevezik.
A Raman-spektroszkópia ezt a jelenséget használja ki, hogy információt szerezzen a minta összetételéről és molekulaszerkezetéről. A szórt Raman fény hullámhossza kissé eltér a beeső fényétől., és ez a különbség Raman-eltolás néven ismert. A Raman-eltolás információt nyújt a mintában lévő molekulák molekuláris rezgéseiről és forgási módozatairól.
Ennek végrehajtásához egy Raman spektrométer nevű műszert használnak. Ez a műszer egy nagy teljesítményű lézerből áll, amely monokromatikus fényt bocsát ki, amely a minta felé irányul. Amikor a lézer fénye kölcsönhatásba lép a mintában lévő molekulákkal, Raman-szórás lép fel. A szórt Raman-fényt összegyűjtik és egy detektor felé irányítják, amely rögzíti a fény intenzitását a hullámhosszának függvényében.
infravörös spektroszkópia
Az infravörös spektroszkópia egy analitikai módszer, amelyet szerves molekulákban lévő funkcionális csoportok azonosítására használnak. Az infravörös spektroszkópiában kétféle spektrométert használnak: diszperzív infravörös sugárzás spektrométerek és Fourier transzformációs infravörös sugárzás spektrométerek.
Az infravörös spektroszkópiai folyamat során a következő lépéseket hajtják végre:
- A mintán sugárnyaláb halad át.
- A spektrométerben lévő minta elnyeli az infravörös sugárzást.
- Az abszorpció észlelése és elemzése után az abszorpciós spektrumot kinyomtatják vagy megjelenítik a számítógépen.
Valamennyi szerves vegyület különböző hullámhosszú infravörös sugárzást nyel el a molekulák közötti kötéseken keresztül. Amikor az atomok párba állnak, folyamatosan rezegnek. Amikor a szerves molekulák elnyelik az infravörös sugárzást, a különböző atomok közötti kötések jobban rezegnek. Emiatt a molekulák kovalens kötései is vibrálnak, és kénytelenek nyúlni, hajlítani vagy csavarni. Minden molekula meghatározott frekvencián rezeg. A molekulán belüli minden kötésnek egyedi, természetes rezgési frekvenciája van.
Remélem, hogy ezen információk birtokában többet megtudhat a spektroszkópiáról és jellemzőiről.