Спектроскопия

Спектроскопията е дял от физиката, в който се изучават свойствата на веществата по оптичните им спектри.

Спектроскопия (от лат.
spectrum – видимото,
и грц. skopeo – гледам).

Рождена дата на тази наука е 1672 г., когато Исак Нютон пропуска през призма преминаващата през кръгъл отвор бяла слънчева светлина и я разлага на отделни цветове – така получава спектъра на слънчевата светлина. Оптичните спектри са част от електромагнитния спектър, който обхваща всички излъчващи се в природата електромагнитни трептения, пространствено разделени и подредени по дължината на вълната им λ (или по честота на лъчението ν;  където c е скорост на светлината). Тези спектри включват само лъченията в ултравиолетовата (λ=2÷380 nm), във видимата (λ=380÷760 nm) и в инфрачервената (λ=760 nm ÷ 0.75 mm) област. Когато енергията на възбудените атоми или молекули се превръща в енергия на електромагнитното лъчение, получават се емисионни спектри (спектри на излъчване), които по външния си вид се делят на непрекъснати, линейни и ивични.

Абсорбционен спектър е
наблюдаван за първи път
през 1914 а. от
И. Фраунхофер (1787—1826).
Откритите тъмни линии на фона
на слънчевия спектър се наричат
фраунхоферови и се получават
поради поглъщане на някои
спектрални линии на излъчващия
се от вътрешните области на
Слънцето непрекъснат спектър,
от парите и газовете на
слънчевата атмосфера.
Обикновено веществата поглъщат
такива спектри, каквито сами
могат да излъчват.

В непрекъснатия спектър цветовете плавно преминават един в друг, като във видимата област се редуват червен, оранжев, жълт, зелен, син и виолетов. Те се излъчват от загрети до степен на светене твърди и течни тела и от газове при високо налягане. Линейните и ивичните спектри се излъчват от възбудени атоми (атомни спектри) или от молекули (молекулни спектри) на светещи пари и газове. Освен емисионните има и абсорбционни спектри, които се получават, когато светлината премине през частично прозрачно твърдо, течно или газообразно вещество и представляват тъмни линии (или ивици) на светъл фон. Спектърът на един светлинен източник се получава чрез спектрален уред, който служи за пространствено разделяне на излъчените електромагнитни трептения с различна дължина (или честота) на вълната. Според вида на разлагащия (диспергиращия) елемент уредите са призмени, решетъчни (с дифракционни решетки) и интерференчни. Лъчението, което съответства на електромагнитно трептене с определена честота и тесния честотен интервал около него, се нарича спектрална линия.

Важно практическо приложение на спектроскопията е спектралният анализ – физичен метод за изследване на веществата по оптичните им спектри. Основа на този анализ е фактът, че всеки вид атоми и молекули излъчват и поглъщат присъщи само на тях спектри.

Дължината на вълната на
спектралните вълни на някои
елементи е определена с много
голяма точност; такива линии се
наричат стандарти. За стандарт
е определена оранжевата линия
(λ= 605,7 nm), излъчвана от
инертния газ криптон-86.
Тя се използва за дефиниране
на еталона за дължина — метъра
(1 метър съдържа 1650763,73
дължини на вълната на
тази линия).

По тези спектри може да се съди за присъствието на някакъв химичен елемент или съединение в дадено вещество (качествен спектрален анализ) и за количеството му (количествен спектрален анализ).

Спектралният анализ има голямо значение за развитието на физиката, химията, астрономията, биологията и други науки. Този чувствителен, точен и бърз метод за анализ на веществата намира широко приложение в металургията, машиностроенето, геологията, медицината, криминалистиката и др. Доскоро единствен метод, спектралният анализ, и до сега се използва за изследване на небесните светила.

Чувствителността на лазерната
спектроскопия е поразително
голяма. Чрез нея например
може да бъдат регистрирани
дори само единични атоми или
молекули в дадена среда.

Големите възможности, които притежават модерните направления на класическата спектроскопия – лазерната и интерференчната спектроскопия, правят спектралния анализ един много перспективен метод.

Виж: Оптика.