Spektroskopia UV Vis (nadfiolet i światło widzialne)

                               | zasada pomiaru | widmo | geneza widma |

 Zasady pomiaru

Zakres długości fal elektromagnetycznych, które zaliczamy do zakresu nadfioletu to 100-350 nm. Ponieważ podziału fal elektromagnetycznych na poszczególne zakresy (gamma, UV, IR, radiowe itp.) opiera się na zjawiskach i skutkach jakie wywołują, a nie na rzeczywistych zmianach ich cech (oczywiście poza długością fali), granice podziału nie są ostre a wartości skrajne przyjmowane są dość dowolnie. 

Z zakresu ultrafioletu wyodrębniamy tzw. zakres ultrafioletu kwarcowego - 200-350 nm. Jest to zakres wykorzystywany do analizy spektralnej związków chemicznych. Fale z tego zakresu nie są pochłaniane przez kwarc (szkło wytworzone z czystej krzemionki SiO₂) - stąd jego nazwa. Na 200 nm kończy się też zakres pochłaniania ultrafioletu przez elektrony wiązań σ (wiązania pojedyncze), co pozwala na użycie do rejestracji widma roztworów w wielu rozpuszczalnikach, które swoją własną absorpcją promieniowania nie przeszkadzają w pomiarach. W zakresie tym pochłaniają  energię układy zawierające elektrony  (wiązania wielokrotne i pierścienie aromatyczne) oraz układy z innymi elektronami o niskiej energii przejścia od stanu podstawowego do wzbudzonego. Zakres tych przejść rozciąga się dalej na zakres światła widzialnego (350-900 nm). Należy tu jednak pamiętać, że promieniowanie ultrafioletowe jest pochłaniane przez zwykłe szkło i szklane naczynia oraz szklana optykę stosować można dopiero dla światła widzialnego. W zakresie ultrafioletu musi to być kwarc.

Wychodząca ze źródła promieniowania wiązka zostaje rozszczepiona przez monochromator (siatka dyfrakcyjna, rzadziej pryzmat) na poszczególne tworząc uporządkowane według długości fali continuum. Z tego continuum szczelina wycina wiązkę o bardzo wąskim zakresie długości fal, tak, że traktować ją możemy jako wiązkę monochromatyczną (zawierającą tylko jedną długość fali) o natężeniu I_o. Po przejściu tej "monochromatycznej" wiązki przez badany roztwór, traci ona na natężeniu, bowiem część jej energii została zaabsorbowana przez obecne w badanym związku elektrony walencyjne. Po przejściu przez roztwór wiązka ma natężenie I_x. Stosunek natężenia wiązki po przejściu przez absorbujące środowisko do natężenia wyjściowego, wyrażony w procentach nazywamy transmitancją T=I_x/I_o. Drugim ważnym pojęciem związanym z pochłanianiem energii promienistej przez substancje jest pojęcie absorbancji (A), którą definiujemy jako logarytm dziesiętny z odwrotności transmitancji

Zatem, jeśli badany roztwór pochłonie 90% promieniowania o danej długości fali, to powiemy, że jego transmitancja przy tej długości fali wynosi 10%, zaś absorbancja będzie wynosić lg(100/10)=1.

Ponieważ podstawowe prawa spektroskopii związane z nazwiskami odkrywców - Lamberta, Beera i Waltera, mówią, że proporcjonalne zależności zachodzą między stężeniem, grubością warstwy absorbującej i absorbancją, ta ostatnia jest częściej używana w praktyce, nie należy jednak zapominać, co ona de facto oznacza. Będąca dziś standardem górna granica pracy spektrofotometrów pozwalająca oznaczać do wartości absorbancji równej 2, oznacza, że aparat jest wstanie mierzyć wiarygodnie natężenia promieniowania 100-krotnie słabszego niż wychodzące ze źródła. Absorbancja równa 3, jako górna granica możliwości aparatu, oznacza już możliwość pomiaru promieniowania osłabionego 1000-krotnie!

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.

Widmo

Widmo jest to graficzny zapis zmian wartości absorbancji (lub rzadziej transmitancji) w zależności od długości fali przechodzącej przez badany roztwór. Głównymi parametrami widma są:
a - położenie pasm (wartość długości fali przy których na widmie można wyróżnić maksima; _max)
b - molowy (lub właściwy) współczynnik absorpcji związany z danym maksimum.

Na podstawie znajomości tych dwóch wartości można, przy zachowaniu pewnych środków ostrożności, wnioskować ostrożnie o podstawowej strukturze cząsteczki. Widmo UV i z zakresu światła widzialnego nie dostarcza niestety zbyt szczegółowych wiadomości, po które należy sięgnąć poprzez wykonanie widma IR bądź NMR. Widmo w ultrafiolecie (a ogólniej cała spektroskopia UV-Vis) służy raczej do określania ilości substancji aktywnej w tym zakresie, wykorzystując prawa absorpcji, z podstawowym na czele, które mówi, że

A = ·c·l

gdzie:  - molowy współczynnik absorpcji, równy liczbowo absorbancji, która wystąpiłaby, gdybyśmy mierzyli w danych warunkach roztwór o stężeniu 1 mol/dm³  przy grubości warstwy równej 1 cm; c - stężenie mierzonego roztworu w mol/dm³; l - grubość warstwy roztworu w cm.

Jeśli przy pomocy wzorców o znanych stężeniach obliczymy wartość molowego współczynnika , to później znajdując dla nieznanego stężenia tej samej substancji, w tych samych warunkach, wartość absorbancji możemy na podstawie podanego wyżej wzoru obliczyć stężenie tej substancji.

Wiele substancji wykazuje bardzo wysokie molowe współczynniki absorpcji, co wymaga stosowania niskich stężeń, tak aby nie przekroczyć mierzalnej absorbancji (na ogół A<2,0). Stężenia mierzonych roztworów to najczęściej wartości z zakresu 10^-4 - 10^-6 mol/dm³ (0,01% - 0,00001%). Przy pomiarach w UV należy zachować szczególną czystość odczynników i naczyń, bowiem niewidoczne gołym okiem zanieczyszczenie może dawać absorbancję (i widmo) silnie zakłócające pomiar. Czasem nawet kilka mikrogramów zanieczyszczenia może uniemożliwić prawidłowy pomiar.

Geneza widma

Widmo UV jest zapisem pochłaniania energii promienistej przez badaną substancję, a dokładniej jej chromofor (lub chromofory). Pod pojęciem chromofor rozumiemy tę część cząsteczki, która jest bezpośrednio odpowiedzialna za absorpcje promieniowania (w obrębie której zachodzi zjawisko pochłonięcia energii). Najczęściej są to pierścienie aromatyczne (aromatyczny sekstet elektronów), wiązania wielokrotne (ich część - wiązania typu ), zarówno między atomami węgla jak i inne, np. grupy karbonylowej C=O. Ponieważ, jak już wiemy, pochłonięciu ulega jedynie kwant energii o określonej wartości, widmo UV powinno być zbiorem co najwyżej paru (jeśli występuje w cząsteczce parę chromoforów) ostrych linii, bowiem określonemu kwantowi energii odpowiada ściśle określona długość fali, i tylko taka zostanie pochłonięta. Widma, które otrzymujemy w praktyce bardzo różnią się od tego teoretycznego obrazu. Jest to najczęściej zespół 2 - 3 szerokich pasm nakładających się częściowo na siebie.

Dzieje się tak dlatego, że w analizowanym roztworze wiązka promieniowania spotyka na swej drodze bardzo dużo cząsteczek, i choć chromofor każdej z nich jest w stanie pochłonąć tylko jedną, ściśle określona długość fali (kwant energii), to ze względu na różnorakie zmiany energetyczne zachodzące w pozostałej części cząsteczki (np. zmiany energii oscylacji, które możemy obserwować podczerwieni - IR) wielkości kwantów dla poszczególnych cząsteczek nieco różnią się między sobą. Powoduje to w efekcie rozmycie pasma i zamianę pojedynczej linii na szerokie pasmo. Zasadność takiego rozumowania potwierdza zamieszczone poniżej widmo benzenu, zarejestrowane dla benzenu w stanie gazowym (pary benzenu). Ponieważ praktycznie cała cząsteczka jest tu jednym chromoforem, zmiany energii oscylacji i rotacji będą tu wyraźnie odbijać się na energii elektronowej (UV) poszczególnych cząsteczek. Jednocześnie wysoka symetria cząsteczki i praktycznie brak oddziaływań cząsteczkowych (cząsteczki substancji w stanie gazowym pod normalnym ciśnieniem zderzają się ze sobą nader rzadko) powodują powstanie stosunkowo niewielu kombinacji energetycznych, co skutkuje powstaniem dość wyraźnie oddzielonych od siebie podpoziomów energetycznych związanych z oscylacja (linie w widmie) w przebiegu których można zauważyć zmiany związane ze zmianami energii rotacji cząsteczki benzenu ("poszarpania" pasm).

By utwierdzić się w słuszności takiego rozumowania zarejestrowano widmo benzenu w postaci roztworu w metanolu (widmo poniżej). Zwiększona ilość możliwych kombinacji stanów energetycznych oscylacji (modyfikowane oddziaływaniami elektrostatycznymi z dipolem cząsteczki metanolu) i praktyczne zahamowanie rotacji (częste zderzenia cząsteczek w rozworze nie pozwalają na pełne obroty cząsteczek, rotacja występuje tylko w stanie gazowym) spowodowało zanik składowych rotacyjnych (wygładzenie linii pasm) i poszerzenie podpoziomów związanych oddziaływaniem z oscylacją.

Oprócz pojęcia chromoforu w spektroskopii UV używa się drugiego, podobnego w brzmieniu lecz znaczącego coś innego - pojęcia auksochromu. Przez auksochrom rozumiemy różne grupy funkcyjne w cząsteczce, które choć same nie pochłaniają energii z zakresu UV, lecz swoja elektroujemnością wpływają na energię chromoforu. Do najpopularniejszych auksochromów należy grupa aminowa i hydroksylowa. Warto tu zaznaczyć, że grupy te nie są  auksochromami z definicji, lecz nimi  bywają wtedy, gdy są tak powiązane z chromoforem, że są w stanie wpływać na jego energię. Tak wiec grupa hydroksylowa w fenolu (bezpośrednie powiązanie z chromoforem i możliwość oddziaływania chromofor-auksochrom) pełni role auksochromu, natomiast grupa hydroksylowa w alkoholu benzylowym auksochromem już nie jest (grupa CH₂ między hydroksylem i pierścieniem skutecznie blokuje wpływ wolnych par tlenu na pierścień).

Na przykład, jeżeli do cząsteczki benzenu przyłączymy grup aminową (otrzymamy anilinę, fenyloaminę) to jej widmo UV będzie miało maksimum przy innej długości fali niż benzen. Chromofor jest tu ten sam (pierścień fenylowy) lecz możliwość współdziałania z wolną parą elektronową azotu grupy aminowej powoduje zmniejszenie energii przejścia (podnosi energie podstawowa chromoforu - elektronów  pierścienia), a co za tym idzie przesunięcia maksimum absorpcji do fal dłuższych (tzw. przesunięcie batochromowe; przesunięcie w kierunku fal krótszych nazywamy przesunięciem hypsochromowym).

Auksochrom z jednej strony wpływa na wartość energii podstawowego poziomu energetycznego chromoforu, a co za tym idzie również na energie przejścia elektronowego (maksimum pasma), z drugiej zaś strony może oddziaływać z otoczeniem cząsteczki, które z kolei może modyfikować jego siłę oddziaływania na chromofor. Tak więc poprzez auksochrom otoczenie (wartość pH roztworu, polarność rozpuszczalnika itp.) może modyfikować energię chromoforu a więc i energię przejścia, zmieniając tym samym położenie a czasem i kształt widma. Poniżej mamy widmo tej samej substancji zarejestrowane w roztworach o trzech różnych pH (pH=1, kwaśny; pH=7, obojętny i pH=10, zasadowy). 

Taki wpływ otoczenia na kształt i położenie widma czasem utrudnia nam pomiary i każe pamiętać, że widmo UV jest charakterystyczne dla danej substancji w danych (określonych) warunkach, z drugiej strony staje się dość przydatnym w badaniach struktury cząsteczki, pozwalając np. określić, czy grupa aminowa ma charakter aromatyczny (auksochrom, wyraźny wpływ pH na położenie maksimum pasma) czy też alifatyczny (połączona z pierścieniem poprzez łańcuch węglowy, widmo nie reaguje na zmiany pH).

Znajomość struktury cząsteczki jest niezmiernie ważnym elementem - tak w projektowaniu procedur analitycznych prowadzących do wykrywania i oznaczania tych substancji, jak i w planowaniu przemian chemicznych (reakcji) prowadzących do modyfikacji struktury, mającej na celu otrzymanie związków o założonych właściwościach fizycznych i chemicznych. W niektórych przypadkach wystarczy nam znajomość struktury na poziomie pozwalającym napisać uproszczony wzór strukturalny, innym razem konieczna jest głęboka znajomość wszelkich relacji między składowymi cząsteczki (długości wiązań, kątów między nimi, budowa sieci krystalicznej itp.). Badania struktury cząsteczki należą do jednych z bardziej złożonych i skomplikowanych i wymagają głębokiej wiedzy chemicznej, fizycznej i ... matematycznej, oraz "naukowego zacięcia" - bowiem są to badania nie tylko dość złożone, ale na dodatek pośrednie. O strukturze wnioskujemy (obliczamy) na podstawie obserwacji zachowań cząsteczki w różnych warunkach. Trochę to przypomina próby opisania legendarnego yeti, którego nikt nie widział, lecz podejmowano próby jego opisania posługując się wyłącznie znajomością śladów, które pozostawiał (o ile to były jego ślady !).

    Poniżej znajdziesz króciutkie omówienie poszczególnych metod i technik przydatnych przy określaniu budowy cząsteczki. Obok większości z nich znajdziesz linki do nieco mniej ogólnych opisów tych metod, lecz nie miej złudzeń - nawet dość obszerny opis to tylko encyklopedyczny skrót. Na temat każdej z tych metod napisano opasłe podręczniki zawierające, tak teoretyczne rozważania jak i techniczne opisy zastosowań. Jeśli zainteresują Cię te techniki, to materiału do studiowania starczy Ci na długo - może nawet na całe życie - bo ich praktyczne zastosowania wciąż ulęgają zmianom, doskonali się technika, pojawiają się nowe zastosowania itp.

    Chciałbym tu od razu wyjaśnić, że wymieniając tu akurat te, a nie inne metody, kieruję się  ich popularnością  i znaczeniem w procesie ustalania struktury (a także w procesie poznawania zasad rządzących przyrodą) - nie są to jednak jedyne i nawet czasem nie najważniejsze metody. Bez obawy popełnienie błędu można bowiem uznać, że wnioski dotyczące struktury cząsteczki można wysnuwać praktycznie z każdych badań o charakterze chemicznym czy fizykochemicznym, że wspomnę tylko o refraktometrii, polarymetrii czy konduktometrii.

    Najpopularniejszymi metodami analitycznymi, pozwalającymi w stosunkowo prosty sposób uzyskać wiele informacji na temat struktury cząsteczki są metody spektroskopowe. Spektroskopia jest to dział analityki zajmujący się oddziaływaniem niesprężystym promieniowania elektromagnetycznego i materii. Promieniowanie elektromagnetyczne to rozchodzenie się w przestrzeni kolejno pola elektrycznego i indukowanego przez niego pola magnetycznego, które z kolei indukuje pole elektryczne. Z długością fali promieniowania elektromagnetycznego związana jest ściśle wielkość kwantów energii niesionej przez to promieniowanie:

E = h·

gdzie: E - wielkość energii kwantu niesionego przez promieniowanie,  - częstotliwość promieniowania, h - stała Plancka

Ponieważ częstotliwość  jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali  ( = c, gdzie c - prędkość światła w próżni a  długość fali) promieniowanie o dłuższych falach niesie mniejsze kwanty energii. Dlatego promieniowanie γ o bardzo dużych energiach kwantów (długość fali poniżej 0,1 nm) jest zdolne do destrukcji cząsteczek i jest dla istot żywych bardzo niebezpieczne, zaś dobrze nam znane promieniowanie z zakresu światła widzialnego (długości fal 350 - 900 nm) zmienia właściwości materii w bardzo ograniczonym zakresie (reakcje fotochemiczne, np. naświetlenie AgBr w fotografii) i jest do życia większości istot wręcz konieczne.

    [±²] Główna cechą, różniącą zachowania w mikroświecie cząsteczek, atomów i cząstek elementarnych (mechanika kwantowa) od zachowań w świecie makro (mechanika niutonowska) jest zasada kwantowania energii. Polega ona w największym skrócie na tym, że jeżeli  np. elektron na orbitalu s charakteryzuje się energią E₁, a na orbitalu p - E₂, to aby przenieść elektron z s na p należy mu dostarczyć energię równą E = E₂ - E₁ w postaci pojedynczego kwantu (porcji). Można wywołać to przejście działając na niego np. promieniowaniem elektromagnetycznym o długości fali niosącej takie właśnie kwanty energii (patrz wzór powyżej). Mówimy wtedy, że dzięki zgodności niesionego przez promieniowanie o długości fali  kwantu energii z różnicą poziomów energetycznych elektronu na orbitalach s i p nastąpiło pochłonięcie energii i zjawisko przejścia elektronu na wyższy poziom energetyczny. Jeżeli na ten elektron podziałamy falą elektromagnetyczną o innej długości, zjawisko przejścia elektronu z orbitalu s na orbital p nie nastąpi, bowiem dostępny kwant energii będzie albo "za duży" (krótsze fale) albo "za mały" (dłuższe fale). 

Pochłonięty kwant energii, jeżeli nie spowoduje nieodwracalnych zmian w cząsteczce, np. rozerwania wiązania, zostaje po jakimś czasie z cząsteczki wyemitowany, często też w postaci energii promieniowania elektromagnetycznego. Te dwa zjawiska - pochłaniania przez cząsteczkę określonych kwantów energii i ich emitowania (fluorescencja, fosforescencja, promieniowanie rentgenowskie, emisja wzbudzonych atomów) leżą u podstaw spektroskopii. Analizując długości fal pochłanianych i emitowanych przez cząsteczkę i porównując je z energiami przejść w obrębie poszczególnych elementów cząsteczki (znanych bądź z doświadczenia bądź z wyliczeń mechaniki kwantowej) można wnioskować o obecności tych elementów w badanej strukturze. Należy tu pamiętać, że nieznaczne zmiany wielkości pochłanianych kwantów energii będą występować w grupie przemian podobnego typu (np. przejścia elektronów walencyjnych - UV/Vis czy zmiany energii o obrębie wiązań - IR) zaś o rzędy wielkości różnić się będą kwanty powodujące przemiany w różnych elementach struktury (UV - elektrony walencyjne, IR - energie wiązań, NMR - orientacja jąder w polu magnetycznym). Należy też być świadomym tego, że o strukturze cząsteczki będziemy mogli mówić dopiero wtedy, gdy połączymy informacje cząstkowe, uzyskane poszczególnymi metodami. Nie ma (i chyba nigdy nie będzie) takiej metody, która dostarczała by informacji o wszystkich elementach składowych struktury cząsteczki.

więcej na ten temat

 UV

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.

więcej na ten temat

 IR

Spektroskopia w podczerwieni dotyczy zmian energetycznych zachodzących w wiązaniach jako całości, a wiec zmian spowodowanych oscylacją wiązań (wydłużanie i skracanie się wiązań) jak również ich deformacja (zmianami kątów między sąsiednimi wiązaniami). Daleka podczerwień (fale dłuższe niż 20 000 nm; 20 m) powoduje zmiany energii rotacji całej cząsteczki, ale ponieważ dotyczy szczególnych przypadków, nie będziemy się nią tu zajmować. Podobnie rzecz się ma z bliską podczerwienią (~1500 nm; 1,5 m). Zakres podczerwieni analitycznej najczęściej wykorzystywany i niosący najwięcej szczegółowych informacji to zakres 4 000 cm^-1 do 400 cm^-1 (2,5 - 25 m; 2 500 - 25 000 nm).

    Wszystkie wiązania w cząsteczce ulegają dwóm podstawowym typom zmian - oscylacji (skracanie i wydłużanie wiązania z określoną amplitudą i częstotliwością) oraz deformacji (zmiany kąta między danym wiązaniem a określonym elementem cząsteczki - innym wiązaniem czy płaszczyzną pierścienia lub wiązania podwójnego). Każda z tych zmian wiąże się z pochłonięciem odpowiedniego kwantu energii, czyli zdolnością absorpcji promieniowania podczerwonego o ściśle określonej długości fali. W widmie IR manifestuje się to podstawowymi pasmami walencyjnymi (oscylacje) i deformacyjnymi (zmiany kątów). Ponieważ jednak cząsteczka to nie prosta suma wiązań, ale pewna całość, występują w niej również złożone ruchy - np. wiązanie oscylujące jednocześnie wychyla się poza płaszczyznę pierścienia. Taki złożony ruch to nowa jakość, pochłonięcie innego kwantu niż tylko związanego z oscylacja i deformacją. W widmie pojawiają się pasma kombinacyjne.

    Analiza ilości, położenia i natężenia poszczególnych pasm walencyjnych, deformacyjnych i kombinacyjnych, zwana interpretacja widma, przynosi dużą ilość wiadomości na temat poszczególnych elementów struktury, które należy złożyć w spójną całość. Interpretacja widm IR nie należy do rzeczy łatwych, ale poprawnie przeprowadzona dostarcza bardzo dużo i bardzo szczegółowych wiadomości na temat budowy cząsteczki.

Spektrometria mas

Jest to metoda dostarczająca informacji o masie cząsteczkowej badanego związku i o jego "słabych punktach", czyli wiązaniach ulegających najszybciej rozerwaniu. Cząsteczki badanego związku w źródle jonów są przeprowadzane w jony dodatnie (tzw. macierzyste) poprzez wybicie z cząsteczki jednego elektronu walencyjnego. Jony macierzyste w większości przypadków zyskuję w czasie jonizacji taki nadmiar energii, że ulegają szybko dalszemu rozpadowi na jony potomne o różnym składzie, obojętne cząsteczki i rodniki. Pod wpływem pola elektrycznego, a potem i magnetycznego, dodatnio naładowane jony macierzyste i potomne są przyspieszane, "segregowane" według masy i wychwytywane przez detektor. Wynikiem analizy masowej jest zestawienie zawierające udziały poszczególnych jonów potomnych i jonu macierzystego w całkowitym prądzie jonowym - tzw. widmo masowe. Na podstawie widma masowego określa się masę cząsteczkową badanej substancji (masa jonu macierzystego) i masę oraz skład poszczególnych jonów. Pozwala to na ustalenie prawdopodobnej struktury związku. Podobnie jak w innych metodach o strukturze dowiadujemy się nie wprost a jedynie poprzez logiczne powiązanie składu i struktury powstałych jonów ze strukturą badanej cząsteczki.

Spektrometria mas może z powodzeniem zastąpić analizę elementarną i termograwimetryczną w badaniach strukturalnych i badaniach czystości substancji. Niestety jedną (jedyną?) z jej wad jest stosunkowo wysoka cena koniecznej aparatury.

Atomowa spektroskopia absorpcyjna i emisyjna dość luźno są związane z ustalaniem struktury, należą jednak ściśle do tematu spektroskopia i dlatego też zostaną tu pokrótce omówione. 

Jak sama nazwa wskazuje, badaniom zostają poddane atomy poszczególnych pierwiastków - prawie wyłącznie metali. Atomizacji dokonuje się różnymi technikami, do najpopularniejszych należy rozpylenie roztworu badanej substancji w płomieniu (najczęściej acetylen-powietrze). Zatomizowany pierwiastek może pochłonąć ściśle określony kwant energii (a więc i ściśle określoną długość fali promieniowania elektromagnetycznego z zakresu UV-Vis). W takim przypadku mówimy o spektroskopii atomowej absorpcyjnej. Pewna część atomów pierwiastka w wysokiej temperaturze płomienia może "samoistnie" przejść w stan wzbudzony i następnie wyemitować nadmiar energii w postaci fali elektromagnetycznej, także o ściśle określonej, charakterystycznej dla danego pierwiastka długości. Wówczas mówimy o atomowej spektroskopii emisyjnej. To ostanie zjawisko wykorzystujemy także do prostej, wizualnej analizy jakościowej pierwiastków - świecenia płomienia na różne kolory w zależności od pierwiastka.

Mierząc długość fali absorbowanej bądź emitowanej przez badane atomy, oraz natężenie tego promieniowania, możemy oznaczyć jakościowo i ilościowo dany pierwiastek. Obecnie metoda AAS najpopularniejsze zastosowanie ma w badaniu różnych substancji na zawartość metali ciężkich - toksycznych dla człowieka.

---