Prawo Lamberta-Beera głosi, że zależność między wielkością absorpcji (ekstynkcji) A światła pochłanianego przez roztwór o stężeniu substancji absorbującej c stanowiący warstwę o grubości l dana jest wyrażeniem

''A'' = ''ε c l''

gdzie ε oznacza molowy współczynnik absorpcji, charakterystyczny dla danej substancji przy danej długości fali absorbowanego światła. Zależność ta ma charakter przybliżony lecz w niewilekich zakresach stężeń pozwala wyznaczać stężenia substancji rozpuszczonej na podstawie pomiaru wielkości absorpcji roztworu.

Absorpcja (optyka) to w optyce proces pochłaniania energii fali przez Ciało. W procesie absorpcji (także emisji) świało zachowuje jak cząstka elementarna i może być pochłaniane tylko w porcjach zależnych od częstotliwości światła. Zjawisko to opisuje poprawnie mechanika kwantowa. Kwant energii fali przenoszony jest przez foton, który zderza się z cząstka, np. elektronem, czy jądrem atomowym. Cząstka pochłania zawsze całą energię fotonu i tylko wtedy gdy, pozwalają jej na to jej dopuszczalne stany kwantowe.
W wyniku absorpcji światła przechodzącego przez substancje (np. gaz) z widma światła zostają usunięte pochłaniane częstotliwości, na tej podstawie można stwierdzić przez jakie substancje przechodziło światło. Zjawisko to służy do badania składu chemicznego mieszanin związków chemicznych, gazów otaczających gwiazdy, obłoków gazowych we wszechświecie, jest to spektroskopia absorbcyjna.
Ilościową miarą wielkości absorpcji są transmitancja i absorbancja promieniowania. Wielkość absorpcji światła można obliczyć na podstawie prawa Lamberta-Beera.

Transmitancja

Czasami nazywana transmisją, z reguły wyrażana w %:

T% = I x Io

I_o - natężenie światła przed absorpcją

I - natężenie światła po przejściu przez absorbujacy ośrodek

Absorbancja

Absorbancja (dawniej nazywania ekstynkcją) (oznaczana ABS lub ε) jest miarą absorpcji promieniowania i wyraża się wzorem

ABS = -log_{10}(T%)

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 ramanowska

• spektroskopia świetlna: UV, VIS i IR

• spektroskopia rentgenowska

• spektroskopia NMR

• spektroskopia EPR

• spektroskopia dielektryczna

• dichroizm kołowy

Techniki oparte na promieniowaniu cząstkami:

• spektroskopia elektronowa

• spektroskopia neutronowa

• spektroskopia mas

• spektroskopia sił atomowych

Techniki oparte na falach akustycznych

• spektroskopia akustyczna
  

Techniki spektroskopowe dzieli się też ze względu na rodzaj oddziaływania promieniowania z badanym ciałem:

• Spektroskopia inwazyjna - bada widma powstające na skutek niszczenia struktury analizowanej substancji przez przechodzące przez nią promieniowanie. Można tu badać zarówno widma promieniowania powodującego niszczenie po jego przejściu przez substancje jak i widma produktów rozpadu.

• Spektroskopia absorbcyjna - bada widma powstające po przejściu promieniowania przez warstwę analizowanej substancji.

• Spektroskopia emisyjna - bada widma, które emituje badana substancja po poddaniu jej działaniu określonego oddziaływania fizycznego - czasami bada się też widma emitowane spontanicznie.

• Spektroskopia odbiciowa - bada widma, które powstały w wyniku odbicia się promieniowania od powierzchni analizowanej substancji - jej odmianą jest:

• Spektroskopia rozproszeniowa - która bada widma powstałe w wyniku rozpraszania się promieniowania przechodzacego przez gazowe lub cieczowe zawiesiny analizowanej substancji.

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

Najpowszechniej stosowaną techniką jest absorpcyjna spektroskopia IR czyli widma w podczerwieni. 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. Dzięki temu, że wartości te są stablicowane, widmo IR umożliwia ustalenie jakie wiązania występują w analizowanej próbce.Oprócz wzbudzania drgań pojedynczych wiązań, promieniowanie to w zakresie od 200 do 450 cm^-1 wzbudza skoordynowane drgania nożycowe sąsiadujących ze sobą wiązań. Powoduje to, że widma IR w tym zakresie są bardzo złożone i niezwykle rzadko zdarza się aby dwa różne związki chemiczne miały w tym zakresie identyczne widma, co przydaje się do jednoznacznego ich identyfikowania. Niegdyś widma IR wykonywało się przemiatając próbkę monochromatyczną (o jednej długości fali) wiązką promieniowania, zmieniając krokowo długość tej fali w trakcie pomiaru. Obecnie stosuje się szybszą metodę polegającą na przemiataniu próbki wiązką promieniowania, w której występują wszystkie długości fali z zakresu IR na raz, po przejściu tej wiązki przez próbkę interferuje się ją z wiązką z tego samego źródła, która jednak nie przeszła przez próbkę, a widmo "ekstrahuje się" stosując przekształcenie Fouriera zarejestrowanego widma interferencyjnego. Wymaga to stosowania droższej aparatury z komputerem, ale metoda jest błyskawiczna i dokładna. Technikę tę określa się skrótem FTIR.

Inną, często stosowaną techniką jest absorpcyjna spektroskopia UV-VIS a więc w zakresie od głębokiego ultrafioletu do widzialnej czerwieni. 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 własności elektrooptycznych.

Kiedy zmienne pole elektryczne wytworzy zmienne pole magnetyczne, to powstałe zmienne pole magnetyczne wytworzy zmienne pole magnetyczne. Pole magnetyczne i elektryczne rozchodzą się w przestrzeń i pozostaje pod katem prostym w stosunku do siebie i tworzy w ten sposób - fale elektromagnetyczną.
Granica między tymi falami jest umowna.
Wszystkie fale elektromagnetyczne rozchodzą się z prędkością światła.
Promieniowanie gamma
Promieniowanie gamma jest strumieniem cząstek pierwiastków promieniotwórczych. Są to kwanty promieniowania elektromagnetycznego. Fale gamma są jednymi z najbardziej przenikliwych promieni elektromagnetycznych. Promienie gamma podobne są do bardzo twardych promieni rentgenowskich. Zasadnicza różnica polega na tym, że źródłem promieni gamma jest jądro atomu przechodzące ze stanu wzbudzonego do stanu normalnego. W otaczającym nas środowisku istnieje naturalne tło promieniowania gamma, którego źródłem są pierwiastki gamma promieniotwórcze zawarte w skorupie ziemskiej oraz promieniowanie kosmiczne.
Promieniowanie gamma jest stosowane do celów badawczych np. teleskop.
Służy on głównie do obserwacji gwiazd i czarnych dziur. Wystrzelenie teleskopu na orbitę około ziemską planuje się ok. 2005 roku. Promieniowanie gamma jest także stosowane w medycynie, głównie do zwalczania nowotworów np. w scyntygrafach - urządzeniach służący do pomiaru rozkładu radioaktywności w organizmie człowieka. Promienie gamma znajdują również zastosowanie w przemyśle. W defektoskopii służą do badania uszkodzeń, defektów, do kontroli materiałów, do sprawdzania izolacji i uszczelnień, do wykrywania skaz złącz spawanych. Jest to szczególnie ważne przy budowie np. samolotów, gdzie zastosowanie źle spawanych złącz grozi katastrofą.
Promieniowanie rentgenowskie
Rentgenowskie promieniowanie, promieniowanie X jest to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o długości fali zawartej pomiędzy promieniowaniem gamma i ultrafioletowym. Promieniowanie rentgenowskie powstaje przy przejściach elektronów na wewnętrzne powłoki elektronowe atomu. Promieniowanie powstaje w wyniku rozpadu atomów.
Promieniowanie X jest podobnie do światła widzialnego, lecz o dużo większej energii. Promieniowanie to jest bardzo „przenikliwe” dla ciał o lekkich atomach. Cięższe atomy, np. metali absorbują to promieniowanie, dzięki czemu widzimy nasze kości na zdjęciach rentgenowskich.
Promieniowanie rentgenowskie wykorzystuje się w badaniach strukturalnych, oraz do badania pierwiastkowego składu chemicznego. Ponadto promieniowanie rentgenowskie szeroko stosuje się w diagnostyce medycznej, np. prześwietlenia oraz radioterapia nowotworowa.
Promieniowanie rentgenowskie odkrył w 1895 W.C. Roentgen.
Promieniowanie ultrafioletowe
Ultrafioletowe promieniowanie, ultrafiolet, nadfiolet, uv, promieniowanie elektromagnetyczne świetlne o częstotliwościach pomiędzy zakresem światła widzialnego, a promieniowaniem rentgenowskim. Dzieli się na ultrafiolet bliski i daleki. Ultrafioletowe promieniowanie, choć niewidzialne, ma silne działanie fotochemiczne - przy długości fali poniżej 300 nm wywołuje już jonizację i jest zabójcze dla organizmów żywych. Fale te wywołują fluorescencję, fotoluminescencję.
Stosowane w fotografice, wykrywaczy fałszywych banknotów i kwarcówkach. Znaczne ilości promieniowania ultrafioletowego emituje Słońce - Ziemię chroni przed nim warstwa ozonowa, pochłaniająca promieniowanie ultrafioletowe o długości fali poniżej 285 nm, a także powietrze, które pochłania całkowicie promieniowanie ultrafioletowe w zakresie ultrafioletu dalekiego
Promieniowanie widzialne
Nazywane jest również światłem widzialnym. Światło widzialne wywołuje wrażenia barwne, a światło białe jest mieszaniną świateł o różnej długości fal. Światło w próżni rozchodzi się z jednakową prędkością w każdym układzie odniesienia prędkość światła. Zjawiska związane z rozchodzeniem się światła bada optyka.
Promieniowanie podczerwone
Podczerwone promieniowanie, promieniowanie infraczerwone, podczerwień, niewidzialne promieniowanie elektromagnetyczne, formalnie zaliczane do fal świetlnych. Emitowane jest przez rozgrzane ciała i niektóre lampy wyładownicze.
Wykorzystuje się je w badaniach strukturalnych, w lecznictwie, a także do obserwacji w ciemności (np. noktowizor, czujniki alarmowe), w biologii i ogrzewaniu.
Promieniowanie podczerwone odkrył w 1800 roku F.N. Herschel.
Mikrofale
Mikrofale, fale elektromagnetyczne znajdujące się w widmie pomiędzy falami ultrakrótkimi a podczerwienią Jest to rodzaj promieniowania, które rozchodzi się w postaci wzajemnie przenikających się drgań elektrycznych i magnetycznych. Są to najkrótsze fale spośród fal radiowych.
Zastosowane jest w radiolokacji, telekomunikacji satelitarnej i w urządzeniach grzewczych, np. kuchenki mikrofalowe. Do generacji mikrofal stosuje się specjalne lampy elektronowe, np. magnetron, masery lub generatory półprzewodnikowe (na bazie arsenku galu). W przesyłaniu mikrofal stosuje się falowody.
Źródłami tych fal są klistrony, magnetrony i inne obwody półprzewodnikowe. Stosowane są w radiolokacji, kuchenkach, medycynie, stereoskopii mikrofalowej.
Fale radiowe ultrakrótkie
Wykorzystuje się je do przekazywania obrazu (nadawanie programów telewizyjnych), w radiofonii i telefonii komórkowej. W telefonii komórkowej zasięg nadajnika nie przekracza kilku kilometrów, dlatego obszar działania telefonii komórkowej podzielony jest na sześciokątne komórki. W środku każdej z nich znajdują się stacje nadawczo-odbiorcze.
Fale radiowe
Fale radiowe są to fale elektromagnetyczne wykorzystywane w łączności radiowej.
Fale radiowe Ze względu na długość fali rozróżnia się poszczególne typy fal radiowych. Istnieją dwa podziały: tradycyjny i dekadowy, zalecany przez Regulamin Radiokomunikacyjny. Fale radiowe powstają przez wypromieniowanie energii z anteny nadawczej. Ze względu na środowisko propagacji wyróżnia się falę przyziemną, falę troposferyczną, falę jonosferyczną i w przestrzeni kosmicznej. W zależności od długości fali radiowej jej propagacja jest poddana wpływowi różnorodnych zjawisk, np. dyfrakcji, refrakcji, odbicia od jonosfery itp.

Widmem optycznym nazywamy obraz uzyskany w wyniku rozszczepienia promieniowania polichromatycznego na składowe o różnych długościach fal. W zależności od sposobu powstawania, widma dzielą się na emisyjne i absorpcyjne. Widmo emisyjne, czyli widmo światła emitowanego przez daną substancję może mieć postać jasnych, barwnych prążków, kolorowych pasm lub zespołu barw przechodzących jedna w drugą. Widmo złożone z barwnych ostrych prążków nazywamy widmem emisyjnym liniowym, a prążki liniami widmowymi.

Gdy wiązka promieniowania polichromatycznego przepuszczona zostanie przez warstwę gazu, cieczy lub ciała stałego, to powstaje widmo absorpcyjne na tle widma ciągłego, pochodzącego od źródła polichromatycznego. Obserwujemy pojedyncze ciągłe linie lub tzw. pasma absorpcyjne.

Widmo prążkowe-dyskretne jest obrazem zmian energii elektronów w atomie. Jeśli do atomu dostarczymy energię to część z jego elektronów przeskoczy na orbity odpowiadające większej energii. Takie wzbudzenie jest krótkotrwałe. Powracające elektrony wypromieniowują nadwyżkę energii w postaci kwantu światła (fotonu). Szerokość takiej linii widmowej powstałej z wypromieniowania przez elektron fotonu teoretycznie powinna być równa zeru, tak się jednak nie dzieje gdyż na obserwowane zjawisko nakłada się efekt dopplera, wzajemne oddziaływania pomiędzy atomami, oraz skończony czas życia elektronu w stanie wzbudzonym, w wyniku czego linia widmowa ulega poszerzeniu.

Widmo pasmowe emitują cząsteczki. Każdy układ pasm zawiera w sobie kilka kolorowych pasm, składających się z kilku linii widmowych. Wzbudzając cząsteczkę możemy zmienić energię elektronową, energię rotacji cząsteczki lub energię drgań jej atomów czyli energię oscylacji. Każda z trzech rodzajów energii emituje sobie właściwe linie widmowe natomiast jeśli emisja wszystkich trzech rodzajów energii wystąpi jednocześnie to otrzymamy widmo pasmowe.

Widmo ciągłe obserwujemy podczas świecenia całych powierzchni ciał stałych, cieczy i gazów pod dużym ciśnieniem. Wskutek silnych wzajemnych oddziaływań zachodzi tak silne poszerzenie linii widmowych że poszczególne linie nakładają się na siebie.

Do obserwacji i rejestracji widm służą następujące przyrządy :

a ) spektroskop

Zasadniczą częścią spektroskopu jest pryzmat 5, który dokonuje analizy badanego światła. Kolimator 2 ze szczeliną 3 i soczewką 4 służy do otrzymania wiązki promieni równoległych, lunetka 6 do bezpośredniej obserwacji widma. Kolimator podziałki 10 z naświetloną skalą 12 służy do wprowadzenia świetlnej podziałki, służącej do odczytu długości fali. Badane światło umieszcza się przed szczeliną kolimatora. Stamtąd w postaci równoległej wiązki trafia do pryzmatu, następnie po rozszczepieniu widma w pryzmacie kieruje się do lunetki. Do lunetki jest skierowany również po odbiciu od powierzchni pryzmatu obraz świetlny skali tworzony w kolimatorze podziałki. Spektroskop umożliwia obserwację widma w zakresie od dalekiej podczerwieni do ultrafioletu.

Widok schematyczny spektroskopu: 1- źródło światła , 2- kolimator , 3- szczelina kolimatora , 4- obiektyw kolimatora , 5- pryzmat , 6- lunetka , 7- obiektyw lunetki , 8- krzyż celowniczy , 9- okular lunetki , 10- kolimator podziałki ,11- obiektyw kolimatora podziałki , 12- podziałka , 13- podświetlenie podziałki.

b ) spektrofotometr - Spekol

Przyrządem fotometrycznym przeznaczonym do pracy w widzialnej części widma jest tzw. Spekol.

Podstawową częścią przyrządu jest monochromator siatkowy. Zadaniem jego jest wydzielenie z widma ciągłego interesującego nas wycinka tego widma. Promieniowanie monochromatyczne wychodzące ze szczeliny wejściowej monochromatora jest przez kolimator kierowane w postaci równoległej wiązki na odbiciową siatkę dyfrakcyjną, która je spektralnie rozkłada na widmo. Wybieranie żądanej części widma odbywa się przez obrót siatki ( zmiana kąta padania ) za pomocą pokrętła. Pokrętło jest wyskalowane w nanometrach, dzięki czemu możemy dokonać bezpośredniego odczytu długości fali przepuszczanej części widma przez szczelinę monochromatora.

---