Spektroskopie

Z Multimediaexpo.cz

(Rozdíly mezi verzemi)

Aktuální verze z 2. 9. 2024, 10:22

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

1 Historie
2 Dělení
3 Druhy
4 Literatura
5 Externí odkazy

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
Gama záření (γ)	10⁸ - 10¹⁰	3·10¹⁸ Hz - 3·10²⁰ Hz	10⁶ - 10⁸	Rozpady atomových jader
Rentgenové záření (RTG)	10⁶ - 10⁸	3·10¹⁶ Hz - 3·10¹⁸ Hz	10⁴ - 10⁶	Ionizace
Ultrafialové záření (UV)	10⁴ - 10⁶	3·10¹⁴ Hz - 3·10¹⁶ Hz	100 - 10⁴	Přechody elektronů
Viditelné záření (VIS)	100 - 10⁴	3·10¹² Hz - 3·10¹⁴ Hz	1 - 100	Přechody elektronů
Infračervené záření (IR)	1 - 100	30 GHz - 3·10¹²	0,01 -1	Vibrace molekul
Mikrovlnné záření (MW)	0,01 - 1	300 MHz - 30 GHz	10^-4 - 0,01	Rotace molekul
Rádiové záření (LW)	10^-4 - 0,01	3 MHz - 300 MHz	10^-6 - 10^-4	Přechody 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

Spektroskopická analýza NGC 1333

Elektromagnetická spektroskopie – měření intenzity elektromagnetického záření v závislosti na frekvenci resp. vlnové délce. Do této oblasti spadá řada spektrálních oblastí a měřicích technik.

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.
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.
Infračervená spektroskopie
UV/VIS spektroskopie
Zeslabený úplný odraz
Atomová absorpční spektroskopie
Rentgenová fluorescence

Hmotnostní spektroskopie – měření poměru hmotnosti a náboje iontů
Spektroskopie využívající jaderné magnetické rezonance – určuje rozložení atomů v okolí jader s nenulovým jaderným spinem (¹H, ¹³C, ³¹P, …)
Spektroskopie využívající elektronové paramagnetické rezonance – měření částic obsahujících nepárové elektrony.

Literatura

Prosser, Václav, Experimentální metody biofyziky, 1. vyd. Praha : Academia, 1989, ISBN 80-200-0059-3.
Seriál o detektivní chemii v brožuře KSICHTu

Externí odkazy

Náklady na energie a provoz naší encyklopedie prudce vzrostly. Potřebujeme vaši podporu... Kolik ?? To je na Vás. Náš FIO účet — 2500575897 / 2010
Informace o článku. Článek je převzat z Wikipedie, otevřené encyklopedie, do které přispívají dobrovolníci z celého světa. Tento text je dostupný za podmínek Creative Commons 3.0 Unported – creativecommons.org. Originální článek na české Wikipedii

@@ Řádka 1: / Řádka 1: @@
-[[Soubor:Light dispersion conceptual.gif|200px|right|thumb|Animace rozkladu [[světlo|světla]] pomocí [[optický hranol|optického hranolu]].]]
+[[Soubor:Light dispersion conceptual.gif|240px|thumb|Animace rozkladu [[světlo|světla]] pomocí [[optický hranol|optického&nbsp;hranolu]].]]
 '''Spektroskopie''' je [[fyzika|fyzikální]] obor zabývající se vznikem a vlastnostmi [[spektrum|spekter]]. Je to metoda založená na interakci [[elektromagnetické záření|elektromagnetického záření]] se vzorkem.
 == Historie ==
@@ Řádka 11: / Řádka 11: @@
 |<center>'''Typ záření'''</center>||<center>'''[[Vlnová délka]]''' (cm<sup>-1</sup>)</center>||<center>'''[[Frekvence]]'''</center>||<center>'''[[Energie]]''' (kJ/mol)</center>||<center>'''Interakce s hmotou'''</center>
 |-
-|[[Záření gama]] (γ)||10<sup>8</sup> - 10<sup>10</sup>||3·10<sup>18</sup> Hz - 3·10<sup>20</sup> Hz||10<sup>6</sup> - 10<sup>8</sup>||Rozpady atomových jader
+|[[Gama záření]] (γ)||10<sup>8</sup> - 10<sup>10</sup>||3·10<sup>18</sup> Hz - 3·10<sup>20</sup> Hz||10<sup>6</sup> - 10<sup>8</sup>||Rozpady atomových jader
 |-
 |[[Rentgenové záření]] (RTG)||10<sup>6</sup> - 10<sup>8</sup>||3·10<sup>16</sup> Hz - 3·10<sup>18</sup> Hz||10<sup>4</sup> - 10<sup>6</sup>||Ionizace
@@ Řádka 29: / Řádka 29: @@
 [[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|200px|right|thumb|Lihový plamen a jeho spektrum]]
+[[Soubor:Spectrum graphic - NGC 1333 IRAS 2A protostar (weic2409b).jpg|thumb|240px|Spektroskopická analýza [[NGC 1333]]]]
-*[[Elektromagnetická spektroskopie]] – měření intenzity [[elektromagnetické záření|elektromagnetického záření]] v závislosti na [[frekvence|frekvenci]] resp. [[vlnová délka|vlnové délce]]. Do této oblasti spadá řada [[elektromagnetické spektrum|spektrálních oblastí]] a měřicích technik.
+* [[Elektromagnetická spektroskopie]] – měření intenzity [[elektromagnetické záření|elektromagnetického záření]] v závislosti na [[frekvence|frekvenci]] resp. [[vlnová délka|vlnové délce]]. Do této oblasti spadá řada [[elektromagnetické spektrum|spektrálních oblastí]] a měřicích technik.
 # '''[[Ramanova spektroskopie]]''' je založena na měření spektra elektromagnetického záření rozptýleného díky '''[[Ramanův jev|Ramanově jevu]]''' (''neelastický rozptyl''), který způsobuje, že rozptýlené záření má mírně odlišnou vlnovou délku od dopadajícího záření kvůli předání části [[energie]] na vibračních přechodech [[molekula|molekuly]]. Tato spektroskopická technika poskytuje informace o struktuře a prostorovém uspořádání molekuly.
 #'''[[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.
@@ Řádka 50: / Řádka 50: @@
 *[http://www.jh-inst.cas.cz/~ftirlab Spektrometrie s Fourierovou transformací]
+{{Článek z Wikipedie}}
 [[Kategorie:Elektromagnetické záření]]
 [[Kategorie:Spektroskopie]]
 [[Kategorie:Forenzní chemie]]
-{{Článek z Wikipedie}}