Спектроскопия

Обзор спектроскопии

Спектроскопия – это раздел физики, посвящённый исследованию распределения интенсивности электромагнитного излучения по длинам волн или частотам.

Теория

Центральная теория спектроскопии состоит в том, что исследуется зависимость силы взаимодействия излучения с веществом от частоты излучения или от длины волны излучения. Важность спектроскопии заключается в том, что каждый элемент периодической таблицы имеет свой уникальный световой спектр, описываемый частотами света, который он излучает или поглощает.

Спектры атомов и молекул состоят из серии спектральных линий, каждая из которых представляет собой резонанс между двумя разными квантовыми состояниями. Связь двух состояний наиболее сильна, когда энергия источника соответствует разности энергий между двумя состояниями. Таким образом, по спектру того или иного вещества можно определить систему его энергетических уровней, характеризующую связи в веществе, и исследовать его строение; и наоборот, находя в спектре неизвестного вещества линии поглощения, можно судить о его составе, сделать его спектральный анализ.

Виды спектроскопии

Виды спектроскопии можно также различать по характеру взаимодействия энергии с веществом. Эти взаимодействия включают:

1. Спектроскопия поглощения - спектроскопический метод, при использовании которого измеряют поглощение излучения при прохождении через образец в зависимости от частоты или длины волны.
2. Эмиссионная спектроскопия - спектроскопический метод, который основан на термическом возбуждении свободных атомов и регистрации оптического спектра испускания возбужденных атомов.
3. Спектроскопия рассеяния - спектроскопический метод, которая определяет структуру тканей путем изучения упругого рассеяния.
4. Спектроскопия импеданса - спектроскопический метод, который заключается в измерении частотных зависимостей комплексного сопротивления системы в переменном электрическом поле.
5. Резонансная спектроскопия - метод спектроскопии, в котором энергия падающего фотона близка по энергии к электронному переходу исследуемого соединения.
6. Ядерная спектроскопия - метод спектроскопии, с помощью которого изучаются дискретные спектры ядерных состояний - определение энергии, спина, чётности, изотонического спина и других квантовых характеристик ядра в основном в возбуждённых состояниях.

Применение

Спектроскопия позволяет решать фундаментальные задачи, такие как измерения резонансной частоты и интенсивности линии поглощения вещества и установление структуры молекулярных соединений.

В медицине, спектроскопия используется для диагностики заболеваний, таких как онкологические опухоли, путем изучения изменений спектра, выделенного тканями. В фармацевтической промышленности, спектроскопия используется для контроля качества продукции, анализа состава лекарственных средств.

Астрономы используют спектроскопию для вычисления состава астрономических объектов (например, состав газовых облаков).