Wat is optische spectroscopie?

Optische spectroscopie is een middel om de eigenschappen van fysieke objecten te bestuderen op basis van het meten van hoe een object uitstoot en interageert met licht.Het kan worden gebruikt om attributen te meten, zoals de chemische samenstelling, temperatuur en snelheid van objecten.Het omvat zichtbaar, ultraviolet of infraroodlicht, alleen of in combinatie, en maakt deel uit van een grotere groep spectroscopische technieken die elektromagnetische spectroscopie worden genoemd.Optische spectroscopie is een belangrijke techniek in moderne wetenschappelijke velden zoals chemie en astronomie.

Een object wordt zichtbaar door fotonen uit te zenden of te reflecteren, en de golflengten van deze fotonen zijn afhankelijk van de samenstelling van de objecten, samen met andere attributen zoals temperatuur.Het menselijke oog beschouwt de aanwezigheid en afwezigheid van verschillende golflengten als verschillende kleuren.Fotonen met een golflengte van 620 tot 750 nanometer worden bijvoorbeeld als rood gezien, en dus een object dat voornamelijk fotonen in dat bereik uitzendt of weerspiegelt, ziet er rood uit.Met behulp van een apparaat dat een spectrometer wordt genoemd, kan licht worden geanalyseerd met veel grotere precisie.Deze precieze meting mdash; gecombineerd met een begrip van de verschillende eigenschappen van het licht dat verschillende stoffen produceren, reflecteren of absorberen onder verschillende omstandigheden mdash; is de basis van optische spectroscopie.

Verschillende chemische elementen en verbindingen variëren in hoe ze uitstoten of interageren met fotonenVanwege kwantummechanische verschillen in de atomen en moleculen die deze samenstellen.Het licht gemeten door een spectrometer nadat het licht is gereflecteerd, doorgegeven of uitgestoten door het onderzochte object heeft wat spectrale lijnen worden genoemd.Deze lijnen zijn scherpe discontinuïteiten van licht of duisternis in het spectrum die duiden op ongewoon hoge of ongewoon lage aantallen fotonen van bepaalde golflengten.Verschillende stoffen produceren onderscheidende spectrale lijnen die kunnen worden gebruikt om ze te identificeren.Deze spectrale lijnen worden ook beïnvloed door factoren zoals de objectentemperatuur en snelheid, dus spectroscopie kan ook worden gebruikt om deze te meten.Naast de golflengte kunnen andere kenmerken van het licht, zoals de intensiteit ervan, ook nuttige informatie bieden.

Optische spectroscopie kan op verschillende manieren worden gedaan, afhankelijk van wat er wordt bestudeerd.Individuele spectrometers zijn gespecialiseerde apparaten die zich richten op een precieze analyse van specifieke, smalle delen van het elektromagnetische spectrum.Ze bestaan daarom in een breed scala aan typen voor verschillende toepassingen.

Een belangrijk type optische spectroscopie, absorptiespectroscopie genoemd, is gebaseerd op het identificeren van welke golflengten van licht een stof absorberen door het meten van de fotonen die het mogelijk maakt.Het licht kan speciaal voor dit doel worden geproduceerd met apparatuur zoals lampen of lasers of kan afkomstig zijn van een natuurlijke bron, zoals sterrenlicht.Het wordt meestal gebruikt met gassen, die diffuus genoeg zijn om te communiceren met licht terwijl het nog steeds door kan gaan.Absorptiespectroscopie is nuttig voor het identificeren van chemicaliën en kan worden gebruikt om elementen of verbindingen in een mengsel te differentiëren.

Deze methode is ook uiterst belangrijk in de moderne astronomie en wordt vaak gebruikt om de temperatuur en chemische samenstelling van hemelobjecten te bestuderen.Astronomische spectroscopie meet ook de snelheid van verre objecten door te profiteren van het Doppler -effect.Lichtgolven van een object dat naar de waarnemer beweegt, lijken hogere frequenties te hebben en dus lagere golflengten dan lichtgolven van een object in rust ten opzichte van de waarnemer, terwijl de golven van een object dat weggaat lagere frequenties lijken te hebben.Deze fenomenen worden respectievelijk blueshift en roodverschuiving genoemd, omdat het verhogen van de frequentie van een golf van zichtbaar licht het naar het blauwe/violette uiteinde van het spectrum verplaatst, terwijl het verlagen van de frequentie het naar rood verplaatst.

Een andere belangrijke vorm van optische spectRoscopy wordt emissiespectroscopie genoemd.Wanneer atomen of moleculen worden geëxciteerd door een externe energiebron zoals licht of warmte, verhogen ze tijdelijk in het energieniveau voordat ze terugvallen naar hun grondtoestand.Wanneer de geëxciteerde deeltjes terugkeren naar hun grondtoestand, geven ze de overtollige energie in de vorm van fotonen vrij.Zoals het geval is met absorptie, stoten verschillende stoffen fotonen uit van verschillende golflengten die vervolgens kunnen worden gemeten en geanalyseerd.In één gemeenschappelijke vorm van deze techniek, fluorescentiespectroscopie genoemd, wordt het geanalyseerde onderwerp bekrachtigd met licht, meestal ultraviolet licht.In atomaire emissiespectroscopie wordt brand, elektriciteit of plasma gebruikt.

Fluorescentiespectroscopie wordt vaak gebruikt in de biologie en geneeskunde, omdat het minder schadelijk is voor biologische materialen dan andere methoden en omdat sommige organische moleculen van nature fluorescent zijn.Atoomabsorptiespectroscopie wordt gebruikt in chemische analyse en is bijzonder effectief voor het detecteren van metalen.Verschillende soorten atoomabsorptiespectroscopie worden gebruikt voor doeleinden zoals het identificeren van waardevolle mineralen in ertsen, het analyseren van bewijs uit plaats delicten en het handhaven van kwaliteitscontrole in metallurgie en industrie.