Spektroskopi Introduktion

Spektroskopi är en teknik som använder interaktion av energi med ett prov för att utföra en analys.

Vad är ett spektrum?

Data som erhålls från spektroskopi kallas ett spektrum. Ett spektrum är ett diagram över energinivån som detekteras kontra våglängden (eller massa eller fart eller frekvens etc.) för energin.

Vilken information erhålls?

Ett spektrum kan användas för att erhålla information om atomära och molekylära energinivåer, molekylära geometrier, kemiska bindningar, interaktioner mellan molekyler och relaterade processer. Ofta används spektra för att identifiera komponenterna i ett prov (kvalitativ analys). Spektra kan också användas för att mäta mängden material i ett prov (kvantitativ analys).

Vilka instrument behövs?

Flera instrument används för att utföra spektroskopisk analys. I enklaste termer kräver spektroskopi en energikälla (vanligtvis en laser, men det kan vara en jonkälla eller strålningskälla) och en anordning för att mäta förändringen i energikällan efter att den har interagerat med provet (ofta en spektrofotometer eller interferometer).

Vad är några typer av spektroskopi?

Det finns lika många olika typer av spektroskopi som det finns energikällor! Här är några exempel:

Astronomisk spektroskopi

Energi från himmelsföremål används för att analysera deras kemiska sammansättning, densitet, tryck, temperatur, magnetfält, hastighet och andra egenskaper. Det finns många energityper (spektroskopier) som kan användas i astronomisk spektroskopi.

Atomabsorptionsspektroskopi

Energi som absorberas av provet används för att bedöma dess egenskaper. Ibland orsakar absorberad energi ljus från provet, vilket kan mätas med en teknik såsom fluorescensspektroskopi.

Dämpad total reflektionsspektroskopi

Detta är studien av ämnen i tunna filmer eller på ytor. Provet penetreras av en energistråle en eller flera gånger, och den reflekterade energin analyseras. Dämpad total reflektionsspektroskopi och den relaterade tekniken som kallas frustrerad multipel intern reflektionsspektroskopi används för att analysera beläggningar och ogenomskinliga vätskor.

Paramagnetisk elektronspektroskopi

Detta är en mikrovågsteknik baserad på uppdelning av elektroniska energifält i ett magnetfält. Det används för att bestämma strukturer för prover som innehåller oparade elektroner.

Elektronspektroskopi

Det finns flera typer av elektronspektroskopi, alla förknippade med att mäta förändringar i elektroniska energinivåer.

Fourier Transform Spectroscopy

Detta är en familj av spektroskopiska tekniker där provet bestrålas med alla relevanta våglängder samtidigt under en kort tidsperiod. Absorptionsspektrumet erhålls genom att använda matematisk analys på det resulterande energimönstret.

Gamma-ray spektroskopi

Gamma-strålning är energikällan i denna typ av spektroskopi, som inkluderar aktiveringsanalys och Mossbauer-spektroskopi.

Infraröd spektroskopi

Ett ämnes infraröda absorptionsspektrum kallas ibland dess molekylära fingeravtryck. Även om de ofta används för att identifiera material, kan infraröd spektroskopi också användas för att kvantifiera antalet absorberande molekyler.

Laserspektroskopi

Absorptionsspektroskopi, fluorescensspektroskopi, Ramanspektroskopi och ytförstärkt Ramanspektroskopi använder vanligtvis laserljus som energikälla. Laserspektroskopier ger information om interaktionen mellan sammanhängande ljus och materien. Laserspektroskopi har i allmänhet hög upplösning och känslighet.

Masspektrometri

En masspektrometerkälla producerar joner. Information om ett prov kan erhållas genom att analysera spridningen av joner när de interagerar med provet, i allmänhet med användning av förhållandet mellan massa och laddning.

Multiplex eller frekvensmodulerad spektroskopi

I denna typ av spektroskopi kodas varje optisk våglängd som spelas in med en ljudfrekvens som innehåller den ursprungliga våglängdsinformationen. En våglängdsanalysator kan sedan rekonstruera det ursprungliga spektrumet.

Raman spektroskopi

Ramans spridning av ljus med molekyler kan användas för att ge information om provets kemiska sammansättning och molekylstruktur.

Röntgenspektroskopi

Denna teknik involverar excitation av inre elektroner i atomer, som kan ses som röntgenabsorption. Ett röntgenfluorescensemissionsspektrum kan produceras när en elektron faller från ett högre energitillstånd in i vakansen som skapas av den absorberade energin.