ספקטרוסקופיה: סוגים ומאפיינים

La ספקטרוסקופיה זוהי טכניקה המשמשת בענפי מדע שונים כדי לחקור את האינטראקציה בין קרינה אלקטרומגנטית לחומר. הוא מבוסס על ניתוח מפורט של אור או צורות אחרות של קרינה אלקטרומגנטית, פירוקם למרכיביהם האישיים ובחינת המאפיינים הספציפיים של כל אחד מהם.

במאמר זה אנו הולכים לספר לכם מהי ספקטרוסקופיה, מאפייניה וחשיבותה.

מהי ספקטרוסקופיה

במילים פשוטות, אנו יכולים להבין אור כשילוב של צבעים או אורכי גל שונים. ספקטרוסקופיה מאפשרת לנו לשבור את האור לתוך הספקטרום שלו, שנע בין אורכי גל קצרים יותר, כגון קרני רנטגן וקרני גמא, ועד לאורכי גל ארוכים יותר, כגון גלי מיקרו וגלי רדיו. לכל אחד מהאזורים הללו של הספקטרום האלקטרומגנטי יש תכונות והתנהגויות שונות.

ספקטרוסקופיה משמשת בדיסציפלינות מדעיות רבות, כמו פיזיקה, כימיה, אסטרונומיה וביולוגיה, בין היתר. הוא מספק מידע חיוני על הרכבו, המבנה והתכונות של החומר. על ידי לימוד ספקטרום הקרינה הנפלטת, נספגת או מפוזרת על ידי חומר, נוכל לקבל מידע על האטומים, המולקולות או החלקיקים המרכיבים את החומר הזה.

ישנן טכניקות שונות של ספקטרוסקופיה, כל אחד מהם משמש לניתוח סוגים שונים של קרינה אלקטרומגנטית ולהשגת מטרות שונות. כמה טכניקות נפוצות כוללות ספקטרוסקופיה של ספיגה, ספקטרוסקופיה של פליטה, ספקטרוסקופיה פלואורסצנטית וספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית גרעינית, אם להזכיר כמה.

סוגי ספקטרוסקופיה

ספקטרוסקופיה משמשת להבנת התכונות של כימיקלים על ידי ניתוח כמות האור שהם סופגים. זֶה עוזר לנו לקבוע מהו הרכב החומר. יש לנו כמה סוגים של ספקטרוסקופיה, תלוי למה אנחנו משתמשים בה. אלה הידועים ביותר:

• ספקטרוסקופיה מסה
• ספקטרוסקופיה של ספיגה אטומית.
• ספקטרוסקופיה של ראמאן
• ספקטרוסקופיה אינפרא אדומה

ספקטרומטריית מסה (או ספקטרומטריית מסה אטומית) היא שיטה המשמשת לקביעת המסה האטומית של אטומים או מולקולות בדגימה על ידי יינון כימיקלים וסיווג היונים על סמך היחס, המסה או המטען שלהם.

רוב ספקטרומטרי המסה משתמשים בטכניקה הנקראת יינון השפעת אלקטרונים. טכניקה זו משתמשת בקרן אלקטרונים כדי להסיר אלקטרון (או אלקטרונים) ממולקולה, ויוצרים קטיון רדיקלי. קטיונים רדיקליים כאלה ידועים גם בתור יוני אב או יונים מולקולריים.

גרף מראה עוצמת האות של הגלאי לעומת המסה האטומית של היונים נקראת ספקטרום המסה. איזוטופים הם אטומים של אותו יסוד בעלי אותו מספר פרוטונים (מספר אטומי) אך מספרי מסה שונים (מספר שונה של נויטרונים).

ספקטרוסקופיה של ספיגה אטומית

ספקטרוסקופיה קליטה אטומית היא תהליך של ניתוח הספקטרום הנראה או האולטרה סגול כדי לקבוע כמותית את האור הכימי הנפלט על ידי אטומים גזים. זהו התהליך המשמש בכימיה כדי לקבוע את הריכוז של אנליט, שהוא אלמנט ספציפי בדגימה.

כעת נראה כיצד פועלת ספקטרוסקופיה של ספיגה אטומית. הטכניקה מבוססת על חוק באר למברט, המקשר את בליעת האור על ידי יסוד ומקשר אותו לתכונותיו של יסוד מסוים. אלקטרונים יכולים לעבור לרמות אנרגיה גבוהות יותר מכיוון שהם סופגים אנרגיה. זה, בתורו, מתאים לאור עם אורכי גל ספציפיים, שבזכותו נוכל לדעת אילו אלמנטים נמצאים בדוגמה, שכן כל אורך גל מתאים ליסוד מסוים.

ספקטרוסקופיה של ראמאן

ספקטרוסקופיה של ראמאן היא טכניקה המשמשת לניתוח האינטראקציה בין אור וחומר. טכניקה זו מבוססת על אפקט רמאן, שהתגלה על ידי המדען ההודי CV Raman בשנת 1928, הכרוך בשינוי באנרגיה של האור כאשר הוא יוצר אינטראקציה עם דגימה.

כאשר אור נופל על דגימה, חלק מהאור מתפזר והאנרגיה שלו משתנה. שינוי זה באנרגיה נובע מאינטראקציה של פוטונים של אור עם מולקולות הדגימה. פוטונים מסוימים צוברים אנרגיה, בעוד שאחרים מאבדים אותה. פיזור האור הזה נקרא פיזור רמאן, והאור המפוזר מכונה אור רמאן.

ספקטרוסקופיה של ראמאן מנצלת את התופעה הזו כדי לקבל מידע על ההרכב והמבנה המולקולרי של דגימה. לאור רמאן מפוזר יש אורך גל שונה במקצת מאשר אור בולט., וההבדל הזה ידוע בתור משמרת ראמן. משמרת רמאן מספקת מידע על התנודות המולקולריות ואופני הסיבוב של המולקולות בדגימה.

כדי לבצע זאת, נעשה שימוש במכשיר הנקרא ספקטרומטר ראמאן. מכשיר זה מורכב מלייזר בעל עוצמה גבוהה הפולט אור מונוכרומטי, המופנה לכיוון המדגם. כאשר האור מהלייזר יוצר אינטראקציה עם המולקולות בדגימה, מתרחש פיזור רמאן. אור הרמאן המפוזר נאסף ומופנה לעבר גלאי, המתעד את עוצמת האור כפונקציה של אורך הגל שלו.

ספקטרוסקופיה אינפרא אדומה

ספקטרוסקופיה אינפרא אדום היא טכניקה אנליטית המשמשת לזיהוי קבוצות פונקציונליות במולקולות אורגניות. ישנם שני סוגים של ספקטרומטרים המשמשים בספקטרוסקופיה אינפרא אדום: ספקטרומטרי קרינה אינפרא אדום מפזרים וספקטרומטרי קרינה אינפרא אדום טרנספורמציה פורייה.

במהלך תהליך ספקטרוסקופיה אינפרא אדום מתבצעים השלבים הבאים:

• קרן קרינה עוברת דרך המדגם.
• דגימה בספקטרומטר סופגת קרינה אינפרא אדומה.
• לאחר זיהוי וניתוח הקליטה, ספקטרום הקליטה מודפס או מוצג במחשב.

כל התרכובות האורגניות סופגות קרינה אינפרא אדומה באורכי גל שונים באמצעות קשרים בין מולקולות. כאשר אטומים מתאחדים, הם רוטטים ללא הרף. כאשר מולקולות אורגניות סופגות קרינה אינפרא אדומה, הקשרים בין האטומים השונים רוטטים יותר. בשל כך, גם הקשרים הקוולנטיים במולקולות רוטטים ונאלצים להימתח, להתכופף או להתפתל. כל המולקולות רוטטות בתדר מסוים. לכל קשר בתוך מולקולה יש תדר טבעי ייחודי של רטט.

אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על ספקטרוסקופיה ומאפייניה.