Spektroskopie ist die Studie der Wechselwirkung zwischen Sache und ausgestrahlter Energie. Historisch ist Spektroskopie durch die Studie des sichtbaren Lichtes entstanden, das gemäß seiner Wellenlänge z.B durch ein Prisma verstreut ist. Später wurde das Konzept außerordentlich ausgebreitet, um jede Wechselwirkung mit der Strahlungsenergie als eine Funktion seiner Wellenlänge oder Frequenz zu umfassen. Spektroskopische Daten werden häufig durch ein Spektrum, einen Anschlag der Antwort von Interesse als eine Funktion der Wellenlänge oder Frequenz vertreten.

Einführung

Spektrometrie und spectrography sind Begriffe hat gepflegt, das Maß der Strahlenintensität als eine Funktion der Wellenlänge zu kennzeichnen, und werden häufig verwendet, um experimentelle spektroskopische Methoden zu beschreiben. Geisterhafte Maß-Geräte werden Spektrometer, spectrophotometers, Spektrographen oder geisterhafte Analysatoren genannt.

Tägliche Beobachtungen der Farbe können mit der Spektroskopie verbunden sein. Neonbeleuchtung ist eine direkte Anwendung der Atomspektroskopie. Neon und anderes edles Benzin haben charakteristische Emissionsfarben, und Neonlicht verwendet Elektrizität, um diese Emissionen zu erregen. Tinten, Färbemittel und Farben schließen chemische für ihre geisterhaften Eigenschaften ausgewählte Zusammensetzungen ein, um spezifische Farben und Farbtöne zu erzeugen. Ein allgemein gestoßenes molekulares Spektrum ist das des Stickstoff-Dioxyds. Gasartiges Stickstoff-Dioxyd hat eine charakteristische rote Absorptionseigenschaft, und das gibt Luft, die mit dem Stickstoff-Dioxyd eine rötlichbraune Farbe beschmutzt ist. Das Zerstreuen von Rayleigh ist ein spektroskopisches sich zerstreuendes Phänomen, das für die Farbe des Himmels verantwortlich ist.

Spektroskopische Studien waren zur Entwicklung der Quant-Mechanik zentral und haben die Erklärung von Max Planck der blackbody Radiation, die Erklärung von Albert Einstein der fotoelektrischen Wirkung und die Erklärung von Niels Bohr des Atombaus und der Spektren eingeschlossen. Spektroskopie wird in der physischen und analytischen Chemie verwendet, weil Atome und Moleküle einzigartige Spektren haben. Diese Spektren können interpretiert werden, um Information über die Atome und Moleküle abzuleiten, und sie können auch verwendet werden, um Chemikalien zu entdecken, zu identifizieren und zu messen. Spektroskopie wird auch in der Astronomie und entfernten Abfragung verwendet. Die meisten Forschungsfernrohre haben Spektrographen. Die gemessenen Spektren werden verwendet, um die chemische Zusammensetzung und physikalischen Eigenschaften von astronomischen Gegenständen (wie ihre Temperatur und Geschwindigkeit) zu bestimmen.

Theorie

Eines der Hauptkonzepte in der Spektroskopie ist eine Klangfülle und seine entsprechende Resonanzfrequenz. Klangfülle wurde zuerst in mechanischen Systemen wie Pendel charakterisiert. Mechanische Systeme, die vibrieren oder schwingen, werden große Umfang-Schwingungen erfahren, wenn sie an ihrer Resonanzfrequenz gesteuert werden. Ein Anschlag des Umfangs gegen die Erregungsfrequenz wird eine Spitze an der Klangfülle-Frequenz in den Mittelpunkt stellen lassen. Dieser Anschlag ist ein Typ des Spektrums, mit der Spitze häufig gekennzeichnet als eine geisterhafte Linie, und die meisten geisterhaften Linien haben ein ähnliches Äußeres.

Im Quant mechanische Systeme ist die analoge Klangfülle eine Kopplung von zwei Quant mechanische stationäre Staaten eines Systems wie ein Atom über eine Schwingungsenergiequelle wie ein Foton. Die Kopplung der zwei Staaten ist am stärksten, wenn die Energie der Quelle den Energieunterschied zwischen den zwei Staaten vergleicht. Die Energie eines Fotons ist mit seiner Frequenz dadurch verbunden, wo die Konstante von Planck ist, und so wird ein Spektrum der Systemantwort gegen die Foton-Frequenz an der Resonanzfrequenz oder Energie kulminieren. Partikeln wie Elektronen und Neutronen haben eine vergleichbare Beziehung, die Beziehungen von de Broglie, zwischen ihrer kinetischen Energie und ihrer Wellenlänge und Frequenz und können auch deshalb widerhallende Wechselwirkungen erregen.

Spektren von Atomen und Molekülen bestehen häufig aus einer Reihe von geisterhaften Linien, jeder, eine Klangfülle zwischen zwei verschiedenen Quant-Staaten vertretend. Die Erklärung dieser Reihen und die geisterhaften mit ihnen vereinigten Muster, waren eines der experimentellen Mysterien, die die Entwicklung und Annahme der Quant-Mechanik gesteuert haben. Die geisterhafte Wasserstoffreihe wurde zuerst insbesondere durch das Quant-Modell von Rutherford-Bohr des Wasserstoffatoms erfolgreich erklärt. In einigen Fällen werden geisterhafte Linien gut getrennt, und unterscheidbare aber geisterhafte Linien können auch überlappen und scheinen, ein einzelner Übergang zu sein, wenn die Dichte von Energiestaaten hoch genug ist.

Klassifikation von Methoden

Spektroskopie ist ein genug breites Feld, dass viele Subdisziplinen, jeder mit zahlreichen Durchführungen von spezifischen spektroskopischen Techniken bestehen. Die verschiedenen Durchführungen und Techniken können auf mehrere Weisen klassifiziert werden.

Typ der Strahlungsenergie

Typen der Spektroskopie sind durch den Typ der an der Wechselwirkung beteiligten Strahlungsenergie bemerkenswert. In vielen Anwendungen wird das Spektrum durch das Messen von Änderungen in der Intensität oder Frequenz dieser Energie bestimmt. Die Typen der studierten Strahlungsenergie schließen ein:

• Elektromagnetische Radiation war die erste für spektroskopische Studien verwendete Energiequelle. Techniken, die elektromagnetische Radiation verwenden, werden normalerweise durch das Wellenlänge-Gebiet des Spektrums klassifiziert und schließen Mikrowelle, terahertz, infrarot, fast infrarot, sichtbar und ultraviolett, Röntgenstrahl und Gammaspektroskopie ein.
• Partikeln, wegen ihrer Wellenlänge von de Broglie, können auch eine Quelle der Strahlungsenergie sein, und sowohl Elektronen als auch Neutronen werden allgemein verwendet. Für eine Partikel bestimmt seine kinetische Energie seine Wellenlänge.
• Akustische Spektroskopie schließt ausgestrahlte Druck-Wellen ein.
• Mechanische Methoden können verwendet werden, um ausstrahlende Energie zu geben, die akustischen Wellen festen Materialien ähnlich ist.

Natur der Wechselwirkung

Typen der Spektroskopie können auch durch die Natur der Wechselwirkung zwischen der Energie und dem Material bemerkenswert sein. Diese Wechselwirkungen schließen ein:

• Absorption kommt vor, wenn die Energie von der Strahlungsquelle vom Material gefesselt ist. Absorption wird häufig durch das Messen des Bruchteils der durch das Material übersandten Energie bestimmt; Absorption wird den übersandten Teil vermindern.
• Emission zeigt an, dass Strahlungsenergie durch das Material veröffentlicht wird. Ein blackbody Spektrum eines Materials ist ein spontanes durch seine Temperatur bestimmtes Emissionsspektrum. Emission kann auch von anderen Energiequellen solcher als Flammen oder Funken oder elektromagnetische Radiation im Fall von der Fluoreszenz veranlasst werden.
• Elastische Zerstreuen- und Nachdenken-Spektroskopie bestimmt, wie Ereignis-Radiation widerspiegelt oder durch ein Material gestreut wird. Kristallographie verwendet das Zerstreuen der hohen Energieradiation, wie Röntgenstrahlen und Elektronen, um die Einordnung von Atomen in Proteinen und festen Kristallen zu untersuchen.
• Scheinwiderstand-Spektroskopie studiert die Fähigkeit eines Mediums, den Durchlässigkeitsgrad der Energie zu behindern oder zu verlangsamen. Für optische Anwendungen wird das durch den Index der Brechung charakterisiert.
• Unelastische sich zerstreuende Phänomene schließen einen Austausch der Energie zwischen der Radiation und der Sache ein, die die Wellenlänge der gestreuten Radiation auswechselt. Diese schließen Raman und Compton ein, der sich zerstreut.
• Zusammenhängend oder Klangfülle-Spektroskopie sind Techniken, wo die Strahlungsenergie zwei Quant-Staaten des Materials in einer zusammenhängenden Wechselwirkung verbindet, die durch das ausstrahlende Feld gestützt wird. Die Kohärenz kann durch andere Wechselwirkungen, wie Partikel-Kollisionen und Energieübertragung gestört werden, und so häufig verlangen, dass hohe Intensitätsradiation gestützt wird. Spektroskopie der Kernkernspinresonanz (NMR) ist eine weit verwendete Klangfülle-Methode, und ultraschnelle Lasermethoden sind auch jetzt in den infraroten und sichtbaren geisterhaften Gebieten möglich.

Typ des Materials

Spektroskopische Studien werden entworfen, so dass die Strahlungsenergie mit spezifischen Typen der Sache aufeinander wirkt.

Atome

Atomspektroskopie war die erste Anwendung der entwickelten Spektroskopie. Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) und Atomemissionsspektroskopie (AES) schließen sichtbares und ultraviolettes Licht ein. Diese Absorptionen und Emissionen, häufig gekennzeichnet als geisterhafte Atomlinien, sind wegen elektronischer Übergänge eines Außenschale-Elektrons zu einem aufgeregten Staat. Atome haben auch verschiedene Röntgenstrahl-Spektren, die der Erregung von inneren Schale-Elektronen zu aufgeregten Staaten zuzuschreibend sind.

Atome von verschiedenen Elementen haben verschiedene Spektren, und deshalb berücksichtigt Atomspektroskopie die Identifizierung und quantitation einer elementaren Zusammensetzung einer Probe. Robert Bunsen, Entwickler des Brenners von Bunsen, und Gustav Kirchhoff haben neue Elemente entdeckt, indem sie ihre Emissionsspektren beobachtet haben. Atomabsorptionslinien werden im Sonnenspektrum beobachtet und als Linien von Fraunhofer nach ihrem Entdecker gekennzeichnet. Eine umfassende Erklärung des Wasserstoffspektrums war ein früher Erfolg der Quant-Mechanik und des Erklärens, dass die im Wasserstoffspektrum beobachtete Verschiebung von Lamb zur Entwicklung der Quant-Elektrodynamik geführt hat.

Moderne Durchführungen der Atomspektroskopie, um sichtbare und ultraviolette Übergänge zu studieren, schließen Flamme-Emissionsspektroskopie, induktiv verbundene Plasmaatomemissionsspektroskopie, Glühen-Entladungsspektroskopie ein, Mikrowelle hat Plasmaspektroskopie, und Funken oder Kreisbogen-Emissionsspektroskopie veranlasst. Techniken, um Röntgenstrahl-Spektren zu studieren, schließen Röntgenstrahl-Spektroskopie und Röntgenstrahl-Fluoreszenz (XRF) ein.

Moleküle

Die Kombination von Atomen in Moleküle führt zur Entwicklung von einzigartigen Typen von energischen Staaten und deshalb einzigartigen Spektren der Übergänge zwischen diesen Staaten. Molekulare Spektren können wegen Elektrondrehungsstaaten (Elektronparakernspinresonanz), molekulare Folgen, Molekülschwingung und elektronische Staaten erhalten werden. Folgen sind gesammelte Bewegungen der Atomkerne und führen normalerweise zu Spektren in der Mikrowelle und Millimeter-Welle geisterhafte Gebiete; Rotationsspektroskopie und Mikrowellenspektroskopie sind synonymisch. Vibrationen sind Verhältnisbewegungen der Atomkerne und werden sowohl durch infraroten als auch durch Spektroskopie von Raman studiert. Elektronische Erregung werden mit der sichtbaren und ultravioletten Spektroskopie sowie Fluoreszenz-Spektroskopie studiert.

Studien in der molekularen Spektroskopie haben zur Entwicklung der ersten Maser geführt und haben zur nachfolgenden Entwicklung des Lasers beigetragen.

Kristalle und erweiterte Materialien

Die Kombination von Atomen oder Molekülen in Kristalle oder andere verlängerte Formen führt zur Entwicklung von zusätzlichen energischen Staaten. Diese Staaten sind zahlreich und haben deshalb eine hohe Speicherdichte von Staaten. Diese hohe Speicherdichte macht häufig die Spektren schwächer und weniger verschieden, d. h., breiter. Zum Beispiel, blackbody Radiation ist wegen der Wärmebewegungen von Atomen und Molekülen innerhalb eines Materials. Akustische und mechanische Antworten sind wegen gesammelter Bewegungen ebenso.

Reine Kristalle können aber verschiedene geisterhafte Übergänge haben, und die Kristalleinordnung hat auch eine Wirkung auf die beobachteten molekularen Spektren. Die regelmäßige Gitter-Struktur von Kristallen auch Streuungsröntgenstrahlen, Elektronen oder Neutronen, crystallographic Studien berücksichtigend.

Kerne

Kerne haben auch verschiedene Energiestaaten, die weit getrennt werden und zu Gammastrahl-Spektren führen. Verschiedene Kerndrehungsstaaten können ihre Energie durch ein magnetisches Feld trennen lassen, und das berücksichtigt NMR Spektroskopie.

Andere Typen

Andere Typen der Spektroskopie sind durch spezifische Anwendungen oder Durchführungen bemerkenswert:

• Erdbohrer-Spektroskopie ist eine Methode, die verwendet ist, um Oberflächen von Materialien auf einer Mikroskala zu studieren. Es wird häufig im Zusammenhang mit der Elektronmikroskopie verwendet.
• Höhle-Ring unten Spektroskopie
• Circulardichroismus-Spektroskopie
• Zusammenhängend schürt anti Spektroskopie von Raman (AUTOS) ist eine neue Technik, die hohe Empfindlichkeit und starke Anwendungen für in der vivo Spektroskopie und Bildaufbereitung hat.
• Kalter Dampf Atomfluoreszenz-Spektroskopie
• Korrelationsspektroskopie umfasst mehrere Typen der zweidimensionalen NMR Spektroskopie.
• Tiefes Niveau misst vergängliche Spektroskopie Konzentration und analysiert Rahmen elektrisch aktiver Defekte im Halbleiten von Materialien
• Doppelpolarisation interferometry misst die echten und imaginären Bestandteile des komplizierten Brechungsindexes
• EPR Spektroskopie
• Kraft-Spektroskopie
• Fourier verwandelt sich Spektroskopie ist eine effiziente Methode, um in einer Prozession zu gehen, Spektrum-Daten haben das Verwenden interferometers erhalten. Fourier verwandelt sich Infrarotspektroskopie (FTIR) ist eine allgemeine Durchführung der Infrarotspektroskopie. NMR stellt auch Fourier an verwandelt sich.
• Spektroskopie von Hadron studiert das Spektrum der Energie/Masse von hadrons gemäß der Drehung, der Gleichheit und den anderen Partikel-Eigenschaften. Spektroskopie von Baryon und Meson-Spektroskopie sind beide Typen der hadron Spektroskopie.
• Hypergeisterhafte Bildaufbereitung ist eine Methode, ein ganzes Bild der Umgebung oder verschiedenen Gegenstände, jedes Pixel zu schaffen, das einen vollen sichtbaren, VNIR, NIR oder Infrarotspektrum enthält.
• Unelastisches Elektron tunneling Spektroskopie (IETS) verwendet die Änderungen im Strom wegen der unelastischen Elektronvibrieren-Wechselwirkung an spezifischen Energien, die auch optisch verbotene Übergänge messen können.
• Das unelastische Neutronzerstreuen ist der Spektroskopie von Raman ähnlich, aber verwendet Neutronen statt Fotonen.
• Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), auch genannt Laserveranlasste Plasmaspektrometrie (LIPS)
• Laserspektroskopie verwendet stimmbare Laser und andere Typen von zusammenhängenden Emissionsquellen wie optische parametrische Oszillatoren für die auswählende Erregung der atomaren oder molekularen Arten.
• Massenspektroskopie ist ein historischer Begriff, der gebraucht ist, um sich auf die Massenspektrometrie zu beziehen. Aktuelle Empfehlungen sind, den letzten Begriff zu gebrauchen. Der Gebrauch der Begriff-Massenspektroskopie ist im Gebrauch von Phosphorschirmen entstanden, um Ionen zu entdecken.
• Spektroskopie von Mössbauer untersucht die Eigenschaften von spezifischen isotopic Kernen in verschiedenen Atomumgebungen durch das Analysieren der widerhallenden Absorption der Gammastrahlung. Siehe auch Wirkung von Mössbauer.
• Neutrondrehungsecho-Spektroskopie misst innere Dynamik in Proteinen und anderen weichen Sache-Systemen
• Photoakustische Spektroskopie misst die nach der Absorption der Radiation erzeugten Schallwellen.
• Photoemissionsspektroskopie
• Photothermalspektroskopie-Maßnahme-Hitze hat sich nach der Absorption der Radiation entwickelt.
• Raman optische Tätigkeitsspektroskopie nutzt das Zerstreuen von Raman und die optischen Tätigkeitseffekten aus, ausführlich berichtete Information über chiral Zentren in Molekülen zu offenbaren.
• Spektroskopie von Raman
• Durchtränkte Spektroskopie
• Die Abtastung tunneling Spektroskopie
• Spectrophotometry
• Zeitaufgelöste Spektroskopie misst die Fluoreszenz / Phosphoreszenz-Lebenszerfall-Rate (N) in Bezug auf die Emissionswellenlänge.
• Zeitstrecken-Spektroskopie
• Thermalinfrarotspektroskopie misst Thermalradiation, die von Materialien und Oberflächen ausgestrahlt ist, und wird verwendet, um den Typ der Obligationsgegenwart in einer Probe sowie ihrer Gitter-Umgebung zu bestimmen. Die Techniken werden von organischen Chemikern, Mineralogen und planetarischen Wissenschaftlern weit verwendet.
• Ultraviolette Photoelektronspektroskopie (UPS)
• Schwingcirculardichroismus-Spektroskopie
• Röntgenstrahl-Photoelektronspektroskopie (XPS)

Anwendungen

• Schätzen Sie abgewetterte Holzaussetzungszeiten mit in der Nähe von der Infrarotspektroskopie.
• Heilmittel-Überwachung von Zusammensetzungen mit Glasfaserleitern

Siehe auch

• Astronomische Spektroskopie
• Absorptionskreuz-Abteilung
• Angewandte Spektroskopie
• 2. Korrelationsanalyse
• Untersuchung von Kelvin zwingt Mikroskop
• Liste von spectroscopists
• Metamerism (Farbe)
• Starrer Rotor
• Das Zerstreuen der Theorie
• Geisterhafter Macht-Vertrieb
• Spektroskopische Notation
• Spektrum-Analyse
• Infrarotspektroskopie von Metall carbonyls

Links

• MIT Spektroskopie-Laboratorium-Geschichte der Spektroskopie
• Zeitachse der Spektroskopie
• NIST Regierungsspektroskopie-Daten