Prawo Lamberta jest prawem optyki, które mówi, że wielkość absorbancji światła ABS jest wprost proporcjonalna do grubości ośrodka l, przez które to promieniowanie przechodzi.

(1) Oświetlenie powierzchni przez padające na nią prostopadle światło ze źródła punktowego jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości powierzchni od źródła.

(2) Jeżeli promienie tworzą kąt J z normalną do powierzchni, to oświetlenie jest proporcjonalne do cosJ. Nazwa pochodzi od nazwiska Johanna Heinricha Lamberta (1728-77).

Widmo spektroskopowe to zarejestrowany obraz promieniowania rozłożony na częstotliwości, długości fali lub energie, które zostało wyemitowane albo weszło w kontakt z analizowaną substancją przeszło przez nią lub zostało przez nią odbite. Widma są w stanie dostarczyć szeregu cennych informacji o analizowanej substancji. Analizą i tłumaczeniem mechanizmów powstawania widm zajmuje się spektroskopia, metoda badawcza wykorzystywana w wielu dziedzinach nauk doświadczalnych, głównie fizyce i chemii i w zastosowaniach praktycznych (np. w medycynie).

Widma zawierają zwykle elementy charakterystyczne dla substancji obecnych w badanej próbce, widoczne w postaci "linii", "pasm" lub "pików", stąd, w najprostszym przypadku wykorzystuje się je do analizy składu badanej próbki lub/i zawartości w niej różnych składników (przykładem może być analiza składu chemicznego gwiazd na podstawie analizy widma emitowanego przez nie światła).

Najprostsze widma jednowymiarowe mają zwykle postać wykresu, na którym na osi pionowej zaznacza się zwykle intensywność promieniowania (lub stopień jego absorpcji - dla widm absorpcyjnych), a na osi poziomej liczbową charakterystykę używanego w danej spektroskopii promieniowania promieniowania, np. długość fali, częstotliowość lub energię. Widma przedstawia się czasem również w postaci paska świetlnego uzyskiwanego na ekranie lub na filmie fotograficznym.

Widmo emisyjne azotu

Widma wielowymiarowe przedstawiają rozkład promieniowania w zależności od dwu lub trzech współrzędnych przestrzennych bądź dodatkowych współrzędnych związanych z jednoczesną rejestracją dwu lub więcej rodzajów promieniowania.
Przykład widma H NMR

Widma klasyfikuje się:

• Ze względu na wygląd widma

• widmo ciągłe - ma postać ciągłego obszaru lub szerokich pasów (widmo o składowych, występujących w sposób ciągły wzdłuż skali częstotliwości),

• widmo liniowe - ma postać oddzielnych linii na pasku widmowym; typowo występuje dla atomów gazów rozrzedzonych,

• Ze względu na sposób powstania

• widmo emisyjne - powstaje w wyniku emisji promieniowania przez ciało

• absorpcyjne - powstaje w wyniku oddziaływania (przejścia lub odbicia) fali o widmie zazwyczaj ciągłym z substancją.

• W zależności od rodzaju fali:

• optyczne

• rentgenowskie

• dźwiękowe

• i inne.

Promienie UV/VIS

Promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu ultrafioletu (~100-350 nm) i światła widzialnego (~350-900 nm) niesie kwanty energii zgodne, co do wielkości,  z różnicami poziomów energetycznych elektronów walencyjnych cząsteczki. Wykorzystywany do badań tzw. ultrafiolet kwarcowy (200-350 nm) jest w stanie powodować przejścia elektronów wiązań typu  (wiązania wielokrotne), a światło z zakresu widzialnego, niosąc jeszcze mniejsze kwanty energii, powoduje przejścia o jeszcze mniejszej różnicy między stanem podstawowym a wzbudzonym (sprzężone wiązania wielokrotne, przeniesienie elektronu), stąd zdecydowana większość związków chemicznych jest bezbarwna, tzn. nie pochłania fal z zakresu widzialnego. Tak więc na podstawie wartości pochłanianej długości fali (_max) i natężenia tego zjawiska (_max - molowy współczynnik absorpcji) możemy wnioskować o istnieniu wiązań wielokrotnych, ich sprzęganiu (wzajemne położenie) oraz istnieniu w cząsteczce układów aromatycznych. Spektroskopia w ultrafiolecie i świetle widzialnym jest dość prosta w wykonaniu i interpretacji, niesie jednak stosunkowo niewiele informacji o budowie cząsteczki i to na dość niskim poziomie szczegółowości.

Spektroskopia jest to nauka o powstawaniu i interpretacji widm powstających w wyniku oddziaływań wszelkich rodzajów promieniowania na materię rozumianą jako zbiorowisko atomów i cząsteczek. Spektroskopia jest też często rozumiana jako ogólna nazwa wszelkich technik analitycznych polegających na generowaniu widm.

Spektroskopia powstała wraz z rozwojem spektroskopowych technik analitycznych, jej znaczenie wykracza jednak poza same te techniki. Np: dyskusja na temat przyczyn złożoności elektromagnetycznego widma absorbcyjnego atomu wodoru, stała się motorem rozwoju teorii kwantowej.

Techniki spektroskopowe dzieli się ze względu na naturę promieniowania stosowanego w danej technice:

• Techniki oparte na promieniowaniu elektromagnetycznym:

• spektroskopia Ramana

• spektroskopia świetlna: UV, VIS i IR

• spektroskopia rentgenowska

• spektroskopia NMR

• spektroskopia EPR

• spektroskopia dielektryczna

• dichroizm kołowy

Spektroskopia świetlna to zespół technik spektroskopowych, w których wykorzystuje się promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie od głębokiego ultrafioletu po daleką podczerwień.

W zależności od zakresu długości stosowanej fali elektromagnetycznej rozróżnia się:

• Spektroskopię IR - w której stosuje się światło podczerwone. Światło z zakresu IR ma długość zbliżoną do długości wiązań chemicznych. Przechodząc przez próbkę badanej substancji promieniowanie to jest selektywnie pochłaniane na skutek wzbudzania drgań wiązań chemicznych o długości odpowiadającej długości pochłanianej fali. Dzięki temu w widmie występuje szereg ostrych sygnałów odpowiadających drganiom określonych wiązań.

• Spektroskopię UV-VIS - w której stosuje się światło z zakresu widzialnego oraz ultrafiletowego. Promieniowanie w tym zakresie jest absorbowane na skutek wzbudzania drgań większych fragmentów cząsteczek, takich jak np. grup fenylowych. Spektroskopia ta nie dostarcza zbyt wielu informacji o strukturze cząsteczek, ale przydaje się do analizy ich potencjalnych właściwości elektrooptycznych.

W kolorymetrii barwę oceniamy wzrokiem. W spektrofotometrii stosujemy: fotoogniwa,

fotokomórki, fotopowielacze.

Fotoogniwa stosujemy tylko w VIS. Posiadają one dużą bezwładność (po naświetleniu

promieniowaniem o dużym natężeniu przez pewien czas zawyżają kolejne pomiary). Ponad to

ulegają starzeniu (spadek czułości z upływem czasu).

W spektroskopii VIS i UV stosowane są fotokomórki. Do wykrywania bardzo słabych impulsów

służą fotopowielacze.

Spektroskopia UV - spektroskopia świetlna, w której widmo powstaje na skutek przejścia lub odbicia się światła ultrafioletowego przez analizowaną próbkę.

W chemii organicznej absorpcyjna spektroskopia UV jest stosowana do wykrywania występowania w związkach chemicznych grup zawierających sprzężone wiązania wielokrotne węgiel-heteroatom lub węgiel-węgiel, występujące w alkenach, arenach i wielu związkach heterocyklicznych. Związki zawierające tego typu ugrupowania posiadają bowiem zdolność do absorpcji światła UV. W absorpcyjnych widmach UV, w odróżnieniu od widm w podczerwieni występują zwykle bardzo szerokie piki absorpcyjne, których maksimum i kształt jest jednak charakterystyczny dla danych grup funkcyjnych.

W technologii materiałowej spektroskopia UV umożliwia wstępne ustalenie przydatności materiałów jako np. filtrów UV czy też przewodników prądu elektrycznego, a także zbadać niektóre własności ich powierzchni.

Schemat spektrofotometru:

Wiązka promieniowania ze źródła trafia do monochromatora, gdzie zostaje rozszczepiona, a następnie przechodząc przez wąską szczelinę (fizycznie - ułamek milimetra) staje się wiązka prawie monochromatyczną. Najczęściej różnice skrajnych długości fal takiej "monochromatycznej" wiązki nie przekraczają w dobrych spektrofotometrach ułamka nanometra (w popularnych, tanich przyrządach osiągają wielkość do kilku nanometrów). Następnie wiązka trafia na wirujące zwierciadło sektorowe, które okresowo zmienia jej bieg. Jeśli trafi na sektor ze zwierciadłem, biegnie dalej drogą przez kuwetę z próbką odniesienia ("ślepą próbą") i dalej do detektora mierzącego natężenie wiązki. Jeśli trafi na sektor pusty, biegnie drogę prowadzącą przez próbkę badaną i dalej do detektora. Detektor otrzymując kolejne sygnały o natężeniu wiązki przechodzącej przez próbkę odniesienia, które traktuje jako 100% natężenia, i próbkę badaną, oblicza absorbancję roztworu badanego. Ponieważ "ślepa próba" najczęściej różni się od próbki badanej tylko tym, że nie zawiera analitu (czyli substancji oznaczanej), obliczona absorbancja dotyczy tylko mierzonego analitu. Rejestrując wartości absorbancji w funkcji zmieniającej się długości fali przechodzącej przez roztwór otrzymujemy widmo. Zmiany długości fali najczęściej uzyskuje się zmieniając w sposób ciągły i automatyczny kąt monochromatora w stosunku do padającej nań wiązki ze źródła promieniowania.

Absorpcja to w optyce proces pochłaniania energii fali przez Ciało.

Absorbancja (dawniej nazywania ekstynkcją) (oznaczana ABS lub ε) jest miarą absorpcji promieniowania.

3

---