Was ist die optische Spektroskopie?

Die optische Spektroskopie ist ein Mittel, um die Eigenschaften physikalischer Objekte zu untersuchen, basierend auf der Messung dessen, wie ein Objekt mit Licht emittiert und interagiert.Es kann verwendet werden, um Attribute wie die chemische Zusammensetzung, Temperatur und Geschwindigkeit der Objekte zu messen.Es umfasst sichtbare, ultraviolette oder Infrarotlicht allein oder in Kombination und ist Teil einer größeren Gruppe spektroskopischer Techniken, die als elektromagnetische Spektroskopie bezeichnet werden.Die optische Spektroskopie ist eine wichtige Technik in modernen wissenschaftlichen Bereichen wie Chemie und Astronomie.

Ein Objekt wird sichtbar, indem Photonen emittieren oder reflektieren, und die Wellenlängen dieser Photonen hängen von der Zusammensetzung der Objekte zusammen mit anderen Attributen wie Temperatur ab.Das menschliche Auge nimmt das Vorhandensein und Fehlen verschiedener Wellenlängen als unterschiedliche Farben wahr.Beispielsweise werden Photonen mit einer Wellenlänge von 620 bis 750 Nanometern als rot wahrgenommen, und so sieht ein Objekt, das Photonen in diesem Bereich hauptsächlich emittiert oder widerspiegelt, rot aus.Mit einem Gerät, das als Spektrometer bezeichnet wird, kann Licht mit viel mehr Präzision analysiert werden.Diese präzise Messung mdash; kombiniert mit einem Verständnis der verschiedenen Eigenschaften von Licht, die verschiedene Substanzen unter verschiedenen Bedingungen produzieren, reflektieren oder absorbieren; ist die Grundlage der optischen Spektroskopie.Aufgrund quantenmechanischer Unterschiede in den Atomen und Molekülen, aus denen sie bestehen.Das von einem Spektrometer gemessene Licht, das nach dem Licht reflektiert wurde, durch das untersuchte Objekt übergeben oder emittiert wurde, hat sogenannte Spektrallinien.Diese Linien sind scharfe Diskontinuitäten von Licht oder Dunkelheit im Spektrum, die auf ungewöhnlich hohe oder ungewöhnlich niedrige Anzahl von Photonen bestimmter Wellenlängen hinweisen.Unterschiedliche Substanzen erzeugen unterschiedliche spektrale Linien, die verwendet werden können, um sie zu identifizieren.Diese Spektrallinien werden auch von Faktoren wie der Temperatur und Geschwindigkeit der Objekte beeinflusst, sodass auch die Spektroskopie verwendet werden kann, um diese zu messen.Zusätzlich zur Wellenlänge können andere Merkmale des Lichts, wie beispielsweise seine Intensität, auch nützliche Informationen liefern.Einzelne Spektrometer sind spezielle Geräte, die sich auf die präzise Analyse spezifischer, schmaler Teile des elektromagnetischen Spektrums konzentrieren.Sie existieren daher in einer Vielzahl von Typen für verschiedene Anwendungen.

Ein Haupttyp der optischen Spektroskopie, die als Absorptionsspektroskopie bezeichnet wird, basiert auf der Basis, welche Wellenlängen von Licht eine Substanz durch Messen der von ihnen ermöglichten Photonen absorbieren.Das Licht kann speziell für diesen Zweck mit Geräten wie Lampen oder Lasern hergestellt werden oder können aus einer natürlichen Quelle wie Sternenlicht stammen.Es wird am häufigsten mit Gasen verwendet, die diffundiert genug sind, um mit Licht zu interagieren und gleichzeitig zu ermöglichen, durchzugehen.Die Absorptionsspektroskopie ist nützlich zur Identifizierung von Chemikalien und kann verwendet werden, um Elemente oder Verbindungen in einer Mischung zu unterscheiden.

Diese Methode ist auch in der modernen Astronomie äußerst wichtig und wird häufig zur Untersuchung der Temperatur und chemischen Zusammensetzung von Helestialobjekten verwendet.Die astronomische Spektroskopie misst auch die Geschwindigkeit entfernter Objekte, indem sie den Doppler -Effekt nutzt.Lichtwellen von einem Objekt, das sich zum Beobachter bewegt, scheinen höhere Frequenzen und somit niedrigere Wellenlängen als Lichtwellen eines Objekts im Ruhestand relativ zum Beobachter zu haben, während die Wellen eines Objekts, das sich weg bewegt, niedrigere Frequenzen aufweist.Diese Phänomene werden als Blueshift bzw. Rotverschiebung bezeichnet, da die Häufigkeit einer Welle von sichtbarem Licht es in Richtung Blau/violettes Ende des Spektrums bewegt, während die Frequenz absenktDie Roskopie wird als Emissionsspektroskopie bezeichnet.Wenn Atome oder Moleküle von einer externen Energiequelle wie Licht oder Wärme angeregt werden, nehmen sie vorübergehend den Energieniveau zu, bevor sie in ihren Grundzustand zurückfallen.Wenn die angeregten Partikel in ihren Grundzustand zurückkehren, füllen sie die überschüssige Energie in Form von Photonen frei.Wie bei der Absorption emittieren verschiedene Substanzen Photonen unterschiedlicher Wellenlängen, die dann gemessen und analysiert werden können.In einer gemeinsamen Form dieser Technik, die als Fluoreszenzspektroskopie bezeichnet wird, wird das analysierte Subjekt mit Licht, normalerweise ultraviolettem Licht, analysiert.In Atomemissionsspektroskopie wird Feuer, Elektrizität oder Plasma verwendet. Die Fluoreszenzspektroskopie wird üblicherweise in Biologie und Medizin verwendet, da sie für biologische Materialien weniger schädlich ist als andere Methoden und weil einige organische Moleküle von Natur aus fluoreszierend sind.Atomabsorptionsspektroskopie wird in der chemischen Analyse verwendet und ist besonders wirksam zum Nachweis von Metallen.Verschiedene Arten von Atomabsorptionsspektroskopie werden für Zwecke verwendet, wie z.