Vad är optisk spektroskopi?

Optisk spektroskopi är ett sätt att studera egenskaperna hos fysiska objekt baserat på att mäta hur ett objekt avger och interagerar med ljus.Det kan användas för att mäta attribut som en objekt kemisk sammansättning, temperatur och hastighet.Det involverar synliga, ultravioletta eller infrarött ljus, ensamt eller i kombination, och är en del av en större grupp spektroskopiska tekniker som kallas elektromagnetisk spektroskopi.Optisk spektroskopi är en viktig teknik inom moderna vetenskapliga områden som kemi och astronomi.

Ett objekt blir synligt genom att avge eller reflektera fotoner, och våglängderna för dessa fotoner beror på objektets sammansättning, tillsammans med andra attribut som temperatur.Det mänskliga ögat uppfattar närvaron och frånvaron av olika våglängder som olika färger.Till exempel uppfattas fotoner med en våglängd av 620 till 750 nanometer som röda, och så ett objekt som främst avger eller reflekterar fotoner i det intervallet ser rött ut.Med hjälp av en enhet som kallas en spektrometer kan ljus analyseras med mycket större precision.Denna exakta mätning och mdash; i kombination med en förståelse för de olika ljusegenskaperna som olika ämnen producerar, reflekterar eller absorberar under olika förhållanden och mdash; är grunden för optisk spektroskopi.

olika kemiska element och föreningar varierar i hur de avger eller interagerar med fotonerPå grund av kvantmekaniska skillnader i atomerna och molekylerna som komponerar dem.Ljuset uppmätt med en spektrometer efter att ljuset har reflekterats från, passerat eller släppt ut av det objekt som studeras har det som kallas spektrala linjer.Dessa linjer är skarpa avbrott av ljus eller mörker i spektrumet som indikerar ovanligt höga eller ovanligt låga antal fotoner av speciella våglängder.Olika ämnen producerar distinkta spektrala linjer som kan användas för att identifiera dem.Dessa spektrala linjer påverkas också av faktorer såsom objektets temperatur och hastighet, så spektroskopi kan också användas för att mäta dessa också.Förutom våglängden kan andra egenskaper hos ljuset, såsom dess intensitet, också ge användbar information.

Optisk spektroskopi kan göras på flera olika sätt, beroende på vad som studeras.Enskilda spektrometrar är specialiserade enheter som fokuserar på exakt analys av specifika, smala delar av det elektromagnetiska spektrumet.De finns därför i en mängd olika typer för olika tillämpningar.

En viktig typ av optisk spektroskopi, kallad absorptionsspektroskopi, är baserad på att identifiera vilka våglängder av ljus som ett ämne absorberar genom att mäta de fotoner som det gör att det kan passera igenom.Ljuset kan produceras specifikt för detta ändamål med utrustning som lampor eller lasrar eller kan komma från en naturlig källa, såsom Starlight.Det används oftast med gaser, som är tillräckligt diffusa för att interagera med ljus och samtidigt låta det passera igenom.Absorptionsspektroskopi är användbar för att identifiera kemikalier och kan användas för att differentiera element eller föreningar i en blandning.

Denna metod är också oerhört viktig i modern astronomi och används ofta för att studera temperaturen och kemisk sammansättning av himmelobjekt.Astronomisk spektroskopi mäter också hastigheten hos avlägsna föremål genom att dra fördel av Doppler -effekten.Ljusvågor från ett objekt som rör sig mot observatören verkar ha högre frekvenser och därmed lägre våglängder än ljusvågor från ett objekt i vila relativt observatören, medan vågorna från ett objekt som rör sig bort verkar ha lägre frekvenser.Dessa fenomen kallas Blueshift respektive rödskift, för att höja frekvensen av en våg av synligt ljus rör sig mot den blå/violetta änden av spektrumet, samtidigt som frekvensen sänker den mot rött.

En annan viktig form av optisk spektRoScopy kallas utsläppsspektroskopi.När atomer eller molekyler är upphetsade av en yttre energikälla som ljus eller värme ökar de tillfälligt i energinivå innan de sjunker tillbaka till sitt marktillstånd.När de upphetsade partiklarna återvänder till sitt marktillstånd släpper de överskottsenergin i form av fotoner.Som är fallet med absorption avger olika ämnen fotoner med olika våglängder som sedan kan mätas och analyseras.I en vanlig form av denna teknik, kallad fluorescensspektroskopi, aktiveras ämnet som analyseras med ljus, vanligtvis ultraviolett ljus.Vid atomutsläppsspektroskopi används eld, elektricitet eller plasma.

Fluorescensspektroskopi används vanligtvis i biologi och medicin, eftersom det är mindre skadligt för biologiska material än andra metoder och eftersom vissa organiska molekyler är naturligt fluorescerande.Atomabsorptionsspektroskopi används i kemisk analys och är särskilt effektiv för att detektera metaller.Olika typer av atomabsorptionsspektroskopi används för syften som att identifiera värdefulla mineraler i malmer, analysera bevis från brottsplatser och upprätthålla kvalitetskontroll i metallurgi och industri.