Spektroskopie

Spektroskopie je fyzikální obor, který se zabývá studiem interakce světla s látkou, tedy elektromagnetického záření se vzorkem. Jejím cílem je získat optické spektrum, tedy závislost intenzity látkou absorbovaného, odraženého, emitovaného nebo rozptýleného záření na vlnové délce.

Lineární viditelné spektrum

HistorieEditovat

 
Animace rozkladu světla pomocí optického hranolu.

Zakladatelem spektroskopie je Jan Marek Marci a po něm sir Isaac Newton, který pomocí optického hranolu objevil monochromatické světlo. Také si všiml, že čím čistější monochromatické světlo získává, tím slabší je jeho intenzita. Tuto skutečnost překonaly až lasery a synchrotrony. První spektrometr vytvořili Kirchhoff a Bunsen v roce 1860.

Základní pojmyEditovat

Absorpce a emise zářeníEditovat

 
Lihový plamen a jeho spektrum

Interakce záření s hmotou může nastat několika způsoby. Atom nebo molekula mohou záření pohltit (absorpce), naopak energii uvolnit ve formě záření (emise) nebo mohou záření pohltit a po čase jej opět emitovat (fluorescence a fosforescence).

Vlnová délka zářeníEditovat

Základní fyzikální vlastností látek je, že pohlcují záření určitých vlnových délek. Absorbované nebo emitované spektrum pak není spojité, ale skládá se z mnoha linií (čar nebo pásů), které jsou pro každou látku specifické. Neexistují dvě chemicky odlišné látky, které by měly stejné absorpční nebo emisní spektrum. V plynné fázi mají spektra atomů podobu separovaných linií, v případě molekul sdružených do pásů. V kapalné a pevné fázi pozorujeme spektra pásová.

Ve vzdálené infračervené oblasti odpovídá každá linie spektra změně rotace molekuly. Ve střední a blízké infračervené oblasti odpovídá každá linie spektra změně vibrace a rotace molekuly. Ve viditelné a ultrafialové oblasti spekter dochází k přeskokům elektronů mezi orbitaly různých energií ve vnějších slupkách atomových nebo molekulových orbitalů. V oblasti rentgenového záření dochází ke změnám ve vnitřních slupkách atomů. Radioaktivní záření gama vede k přeskokům jaderných částic mezi jednotlivými energetickými hladinami jádra.

Se zkracující se vlnovou délkou záření se zvyšuje jeho energie a také účinek záření na atomy a molekuly. 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.

Typ záření Vlnočet
(cm−1)
Frekvence Energie
(kJ/mol)
Interakce s hmotou
Záření gama (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

AplikaceEditovat

LiteraturaEditovat

Externí odkazyEditovat