Спектроскопія - розділи фізики та аналітичної хімії, присвячені вивченню спектрів взаємодії випромінювання (в тому числі, електромагнітного випромінювання, акустичних хвиль та ін.) з речовиною.
У фізиці спектроскопічні методи використовуються для вивчення всіляких властивостей цих взаємодій. В аналітичній хімії - для виявлення і визначення речовин за допомогою вимірювання їх характеристичних спектрів, тобто методами спектрометрії.
Вивчення взаємодії між світлом і атомами речовини лягло в основу важливої галузі експериментально-прикладної науки, яка називається спектроскопія, або спектральний аналіз.
Оскільки ядра атомів різних елементів містять різну кількість протонів, електрони в цих атомах розташовуються на відрізняються один від одного дозволених орбітах (або, якщо дотримуватися сучасної, більш складної картини будови атома, - орбиталях, визначають вірогідність знаходження електрона в певній галузі, а не його точне місцезнаходження).
Це означає, що в атомах різних хімічних елементів енергії квантових стрибків між дозволеними орбиталями відрізняються, і вони будуть випромінювати світло з різними довжинами хвиль.
Так, у видимому спектрі випромінювання натрію спостерігаються лише дві близько розташовані лінії в жовтій частині спектра (ось чому вуличні натрієві лампи денного світла можна дізнатися по характерному жовтуватому світінню), а у ртуті спектральні лінії припадають на синьо-блакитну область (відповідно, якщо лампа вуличного освітлення світиться блакитним світлом, значить це ртутна лампа).
Простий, здавалося б, факт, що ми можемо судити про атомний склад речовини по довжині хвиль випромінюваного ним світла, дав початок цілої галузі експериментальних і прикладних досліджень - спектроскопії. Набір ліній в спектрі кожного хімічного елемента унікальний.
Далі, якщо атом ионизирован, цей набір спектральних ліній зміщується і утворює нову характерну серію в спектрі. Таким чином, виявивши серію спектральних ліній (або набір випромінюваних частот, що, по суті, те ж саме) досліджуваного тіла або речовини (наприклад, при прожарюванні невідомого матеріалу невідомого нам хімічного складу в полум'я пальника Бунзена), ми можемо з упевненістю судити про присутність або відсутності відповідних хімічних елементів у складі досліджуваного матеріалу.
Це основа так званої емісійної спектроскопії. Порівнюючи інтенсивність випромінювання спектральних ліній, характерних для різних елементів, ми можемо розрахувати їх кількісне співвідношення в речовині і визначити його хімічний склад.
Завдяки цьому нам навіть не треба досліджувати речовину в хімічній лабораторії, і ми можемо судити про хімічний склад об'єктів, що світяться, наприклад зірок і галактик, що знаходяться на колосальному видаленні від них.
Подібним чином працює і абсорбційна спектроскопія. У цьому випадку через досліджуване речовина пропускається білий світ (що представляє із себе суцільний спектр світлових частот), і виявляються лінії поглинання, відповідні частотам і довжинах хвиль квантових переходів електронів на більш високі орбіталі.
Відповідно, розглядаючи спектральну картину такого світла, пропущеного через речовину, ми побачимо темні лінії поглинання і можемо судити про склад речовини.
Абсорбційна спектроскопія широко застосовується в астрофізиці для дослідження хімічного складу планет, туманностей, газопилових хмар і інших космічних об'єктів, що не володіють власним світінням, по темних лініях в спектрі білих зірок-джерел, що знаходяться за ними.
До істотних переваг спектроскопії можна віднести можливість діагностики in situ, тобто безпосередньо в "середовищі існування" об'єкта, безконтактно, дистанційно, без будь-якої спеціальної підготовки об'єкта. Тому вона отримала широкий розвиток, наприклад, в астрономії.
За діапазону довжин хвиль (або частот) електромагнітного випромінювання виділяють радіоспектроскопія, мікрохвильову спектроскопію, оптичну спектроскопію, рентгенівську спектроскопію і гамма-спектроскопію.
Оптичну спектроскопію на практиці іноді ототожнюють зі спектрофотометрією. У кожному розділі спектроскопії використовуються свої прилади для одержання, реєстрації та вимірювання спектрів.
Відповідно до відмінності конкретних експериментальних методів виділяють спеціальні розділи спектроскопії, наприклад Фур'є-спектроскопія, лазерна спектроскопія.
Систематичне вивчення спектрів почалося в 2-й половині 19 століття.
У 1859 Г. Р. Кірхгоф сформулював принципи спектрального аналізу. Н. Бор в 1913 пояснив закономірності в розташуванні спектральних ліній. Вивчення спектрів атомів послужило основою створення квантової механіки. За спектрами були відкриті кілька хімічних елементів.
Методи спектроскопії використовують для дослідження рівнів енергії атомів, молекул і освічених з них макроскопічних систем, вивчення будови і властивостей химичес сполук, для проведення якісного та кількісного аналізу речовин.
Завдання спектроскопії
Пряма задача спектроскопії - пророкування виду спектра речовини з знань про його будову, склад та інше.
Зворотній завдання спектроскопії - визначення характеристик речовини (що не є безпосередньо спостерігаються величинами) за властивостями його спектрів (які спостерігаються безпосередньо і прямо залежать як від обумовлених характеристик, так і від зовнішніх факторів).
Джерела:
- - енциклопедичне визначення спектроскопії.
- - спектроскопія у Вікіпедії.
- - історія виникнення спектроскопії.