Τι είναι η οπτική φασματοσκοπία;

Η οπτική φασματοσκοπία είναι ένα μέσο μελέτης των ιδιοτήτων των φυσικών αντικειμένων με βάση τη μέτρηση του τρόπου με τον οποίο ένα αντικείμενο εκπέμπει και αλληλεπιδρά με το φως.Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση των χαρακτηριστικών όπως η χημική σύνθεση, η θερμοκρασία και η ταχύτητα ενός αντικειμένου.Περιλαμβάνει ορατό, υπεριώδες ή υπέρυθρο φως, μόνο ή σε συνδυασμό, και αποτελεί μέρος μιας μεγαλύτερης ομάδας φασματοσκοπικών τεχνικών που ονομάζονται ηλεκτρομαγνητική φασματοσκοπία.Η οπτική φασματοσκοπία είναι μια σημαντική τεχνική στα σύγχρονα επιστημονικά πεδία όπως η χημεία και η αστρονομία.

Ένα αντικείμενο γίνεται ορατό εκπέμποντας ή αντανακλώντας τα φωτόνια και τα μήκη κύματος αυτών των φωτονίων εξαρτώνται από τη σύνθεση του αντικειμένου, μαζί με άλλα χαρακτηριστικά όπως η θερμοκρασία.Το ανθρώπινο μάτι αντιλαμβάνεται την παρουσία και την απουσία διαφορετικών μηκών κύματος ως διαφορετικά χρώματα.Για παράδειγμα, τα φωτόνια με μήκος κύματος από 620 έως 750 νανόμετρα θεωρούνται κόκκινο και έτσι ένα αντικείμενο που εκπέμπει κυρίως ή αντικατοπτρίζει τα φωτόνια σε αυτό το εύρος φαίνεται κόκκινο.Χρησιμοποιώντας μια συσκευή που ονομάζεται φασματόμετρο, το φως μπορεί να αναλυθεί με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια.Αυτή η ακριβής μέτρηση mdash; σε συνδυασμό με την κατανόηση των διαφορετικών ιδιοτήτων του φωτός που διαφορετικές ουσίες παράγουν, αντανακλούν ή απορροφούν υπό διάφορες συνθήκες και mdash είναι η βάση της οπτικής φασματοσκοπίας.Λόγω των κβαντικών μηχανικών διαφορών στα άτομα και τα μόρια που τα συνθέτουν.Το φως που μετρήθηκε με ένα φασματόμετρο μετά το φως έχει αντικατοπτριστεί, πέρασε ή εκπέμπεται από το αντικείμενο που μελετάται έχει αυτό που ονομάζονται φασματικές γραμμές.Αυτές οι γραμμές είναι αιχμηρές ασυνέχειες του φωτός ή του σκοταδιού στο φάσμα που υποδεικνύουν ασυνήθιστα υψηλό ή ασυνήθιστα χαμηλό αριθμό φωτονίων συγκεκριμένων μήκους κύματος.Διαφορετικές ουσίες παράγουν διακριτικές φασματικές γραμμές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ταυτότητά τους.Αυτές οι φασματικές γραμμές επηρεάζονται επίσης από παράγοντες όπως η θερμοκρασία και η ταχύτητα του αντικειμένου, οπότε η φασματοσκοπία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση αυτών επίσης.Εκτός από το μήκος κύματος, άλλα χαρακτηριστικά του φωτός, όπως η ένταση του, μπορούν επίσης να παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες.

Η οπτική φασματοσκοπία μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους, ανάλογα με το τι μελετάται.Τα μεμονωμένα φασματόμετρα είναι εξειδικευμένες συσκευές που επικεντρώνονται στην ακριβή ανάλυση συγκεκριμένων, στενών τμημάτων του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.Ως εκ τούτου, υπάρχουν σε μια ευρεία ποικιλία τύπων για διαφορετικές εφαρμογές.

Ένας κύριος τύπος οπτικής φασματοσκοπίας, που ονομάζεται φασματοσκοπία απορρόφησης, βασίζεται στον εντοπισμό ποια μήκη κύματος φωτός μια ουσία απορροφάται μετρώντας τα φωτόνια που επιτρέπει να περάσει.Το φως μπορεί να παραχθεί ειδικά για το σκοπό αυτό με εξοπλισμό όπως λαμπτήρες ή λέιζερ ή μπορεί να προέρχεται από μια φυσική πηγή, όπως το Starlight.Χρησιμοποιείται συνήθως με αέρια, τα οποία είναι αρκετά διάχυτα ώστε να αλληλεπιδρούν με το φως, ενώ τα επιτρέπουν να περάσει.Η φασματοσκοπία απορρόφησης είναι χρήσιμη για τον εντοπισμό χημικών ουσιών και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διαφοροποίηση στοιχείων ή ενώσεων σε ένα μίγμα

Αυτή η μέθοδος είναι επίσης εξαιρετικά σημαντική στη σύγχρονη αστρονομία και χρησιμοποιείται συχνά για τη μελέτη της θερμοκρασίας και της χημικής σύνθεσης των ουράνιων αντικειμένων.Η αστρονομική φασματοσκοπία μετρά επίσης την ταχύτητα των μακρινών αντικειμένων, αξιοποιώντας το αποτέλεσμα του Doppler.Τα ελαφρά κύματα από ένα αντικείμενο που κινείται προς τον παρατηρητή φαίνεται να έχουν υψηλότερες συχνότητες και έτσι χαμηλότερα μήκη κύματος από τα ελαφρά κύματα από ένα αντικείμενο σε ηρεμία σε σχέση με τον παρατηρητή, ενώ τα κύματα από ένα αντικείμενο που κινείται μακριά φαίνεται να έχουν χαμηλότερες συχνότητες.Αυτά τα φαινόμενα ονομάζονται blueshift και redshift, αντίστοιχα, επειδή η αύξηση της συχνότητας ενός κύματος ορατού φωτός το μετακινεί προς το μπλε/ιώδες άκρο του φάσματος, μειώνοντας τη συχνότητα να την κινεί προς κόκκινο.

Μια άλλη σημαντική μορφή οπτικού spΗ εκκοσκόπηση ονομάζεται φασματοσκοπία εκπομπών.Όταν τα άτομα ή τα μόρια διεγείρονται από μια εξωτερική πηγή ενέργειας, όπως το φως ή η θερμότητα, αυξάνονται προσωρινά σε επίπεδο ενέργειας πριν πέσουν πίσω στην κατάσταση του εδάφους τους.Όταν τα διεγερμένα σωματίδια επιστρέφουν στην κατάσταση του εδάφους τους, απελευθερώνουν την υπερβολική ενέργεια με τη μορφή φωτονίων.Όπως συμβαίνει με την απορρόφηση, διαφορετικές ουσίες εκπέμπουν φωτόνια διαφορετικών μηκών κύματος που στη συνέχεια μπορούν να μετρηθούν και να αναλυθούν.Σε μια κοινή μορφή αυτής της τεχνικής, που ονομάζεται φασματοσκοπία φθορισμού, το υποκείμενο που αναλύεται ενεργοποιείται με φως, συνήθως υπεριώδη φως.Σε φασματοσκοπία ατομικών εκπομπών, η πυρκαγιά, η ηλεκτρική ενέργεια ή το πλάσμα χρησιμοποιείται.

Η φασματοσκοπία φθορισμού χρησιμοποιείται συνήθως στη βιολογία και την ιατρική, καθώς είναι λιγότερο επιζήμια για τα βιολογικά υλικά από άλλες μεθόδους και επειδή ορισμένα οργανικά μόρια είναι φυσικά φθορίζοντα.Η φασματοσκοπία ατομικής απορρόφησης χρησιμοποιείται στη χημική ανάλυση και είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική για την ανίχνευση μετάλλων.Διαφορετικοί τύποι φασματοσκοπίας ατομικής απορρόφησης χρησιμοποιούνται για σκοπούς όπως ο εντοπισμός πολύτιμων ορυκτών σε μεταλλεύματα, η ανάλυση στοιχείων από τις σκηνές του εγκλήματος και η διατήρηση του ποιοτικού ελέγχου στη μεταλλουργία και τη βιομηχανία.