WSTĘP TEORETYCZNY

Spektroskopia, dział fizyki atomowej i jądrowej oraz chemii atomowej badający struktury energetyczne (budowę i właściwości) cząsteczek, atomów, jąder atomowych i cząstek elementarnych (w historycznym znaczeniu nazwy) poprzez obserwację i analizę rozkładu energii (widm) promieniowania emitowanego, pochłanianego lub rozpraszanego przez dany obiekt fizyczny.

Spektroskopia dzieli się wg rodzaju badanego promieniowania na:

• radiospektroskopię,

• spektroskopię mikrofalową,

• spektroskopię optyczną (z podpodziałem na spektroskopię promieniowania podczerwonego, spektroskopię światła widzialnego i spektroskopię promieniowania ultrafioletowego),

• spektroskopię rentgenowską,

• spektroskopię promieniowania gamma,

• spektroskopię promieniowania beta,

• spektroskopię promieniowania alfa,

• spektroskopię neutronową.

Istnieją też rodzaje spektroskopii wyodrębnione ze względu na badany obiekt, np. spektroskopia:

• kryształów,

• molekularna (z dalszym podziałem - np. spektroskopia elektronowa związków aromatycznych, spektroskopia elektronowa związków kompleksowych, itp.),

• atomowa,

• jądrowa,

• subjądrowa.

Podział, ze względu na rodzaj energii wywołujący przejścia pomiędzy poziomami energetycznymi, obejmuje spektroskopię:

• elektronową,

• oscylacyjną,

• rotacyjną,

• elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR),

• magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR).

Termin spektroskopii można odnosić również do badania poszczególnych zjawisk (np. spektroskopia zjawiska Mössbauera, spektroskopia zjawiska Ramana, spektroskopia emisyjna, spektroskopia absorpcyjna itp.) lub innych rozkładów (np. spektroskopia masowa - badanie rozkładu mas atomów, inaczej widma masowego).

Podstawowym narzędziem spektroskopii jest odpowiedni dla danego rodzaju promieniowania spektroskop (ewentualnie spektrometr lub spektrograf). Jeśli badane widma są przedmiotem pomiarów, to w każdym znaczeniu termin spektroskopii można zastąpić terminem spektrometria.

Każdy pierwiastek ma charakterystyczne dla siebie widmo atomowe powstające w wyniku pobudzenia elektronów. Atom w stanie wzbudzonym po krótkim czasie wraca spontanicznie do stanu podstawowego lub stanu niżej wzbudzonego, emitując przy tym promieniowanie o charakterystycznej długości fali. Powstaje w ten sposób emisyjne widmo liniowe właściwe dla danego pierwiastka.

Układ linii w widmie liniowym można wyjaśnić na podstawie postulatów Bohra. Jeden z nich mówi o tym, że elektron w atomie danego pierwiastka, może pochłonąć foton, którego energia E=hν odpowiada dokładnie różnicy energii określonych poziomów energetycznych. Wówczas elektron znajdzie się na poziomie energetycznie wyższym, a „spadając” z niego na poziom energetycznie niszy, odda energię w postaci fotonu o długości fali odpowiadającej różnicy tych poziomów. Kombinacja wszystkich możliwych przejść z poziomów energetycznie wyższych na niższe odpowiada za po-wstawanie linii lub pasm w widmie spektroskopowym danego pierwiastka. W spektroskopii bada się również widma absorpcyjne. Powstają one w wyniku przejścia promieniowania (o widmie ciągłym) przez środowisko absorbujące określone długości fal – w zależności od rodzaju atomów absorbujących. W widmie absorpcyjnym występują na tle widma ciągłego ciemne linie (brak promieniowania o danej długości) w miejscach, w których w widmie emisyjnym absorbującego ośrodka pojawiłyby się jasne (kolorowe) linie.