NAZWA ĆWICZENIA	Ćwiczenie nr 20 Spektroskopia atomowa. Analiza emisyjnych linii widmowych.
IMIĘ I NAZWISKO		OCENA
PROWADZĄCY ĆWICZENIA

Spektroskopia atomowa.

Atomy wykazują zdolność do absorpcji promieniowania charakterystycznego dla poszczególnych pierwiastków. Wywołanie efektu absorpcji atomowej wymaga atomizacji próbki, czyli jej odparowania i dysocjacji cząsteczek na atomy. Atomowa spektroskopia absorpcyjna jest bardzo czułą metodą analityczną umożliwiającą specyficzne oznaczanie zawartości różnych pierwiastków, zwłaszcza metali.
W skład spektrofotometru AAS wchodzi źródło promieniowania charakterystycznego, atomizer umożliwiający wytworzenie gazu atomowego, monochromator (np. siatka dyfrakcyjna) oraz detektor (fotopowielacz). Jako źródła promieniowania stosuje się specjalne lampy zawierające pobudzane do emisji promieniowania atomy oznaczanego pierwiastka. Próbka (w formie roztworu wodnego) jest poddawana atomizacji w specjalnym palniku acetylenowym lub piecu grafitowym, elektrycznie ogrzewanym do bardzo wysokiej temparatury.
Atomowa spektroskopia emisyjna z wzbudzaniem plazmowym (ICP-AES - inductively coupled plasma - atomic emission spectroscopy)
Atomy wykazują zdolność do emisji promieniowania charakterystycznego dla poszczególnych pierwiastków. Wywołanie efektu emisji atomowej wymaga dostarczenia energii koniecznej do odparowania próbki, dysocjacji zawartych w niej cząsteczek i wzbudzenia powstałych atomów do wyższych stanów energetycznych. W metodzie ICP-AES wykorzystuje się w tym celu plazmę generowaną indukcyjnie za pomocą zmiennego pola elektromagnetycznego. Plazmowa emisyjna spektroskopia atomowa jest czułą metodą analityczną umożliwiającą jednoczesne oznaczanie zawartości wielu pierwiastków. Jest to podstawowa metoda wykorzystywana do analiz elementarnych
W skład spektrofotometru ICP-EAS wchodzi specjalny 'palnik' plazmowy, monochromator lub polichromator oraz detektor (fotopowielacz). Przez palnik przepływa argon, którego atomy (po jonizacji do jonów Ar+) są przyspieszane w polu elektromagnetycznym. Do indukowanej w ten sposób plazmy wprowadzana jest próbka, zwykle jako aerozol roztworu wodnego w strumieniu argonu.

Spektralna analiza, analiza widmowa, zespół instrumentalnych metod analizy chem. Związanych z występowaniem charakterystycznych linii lub pasm w widmie emisyjnym lub absorpcyjnym promieniowania elektromagnet. Wysyłanego lub pochłanianego przez daną substancję; stwierdzenie występowania charakterystycznych linii (pasm) jest podstawą wykrywania (identyfikacji) pierwiastków lub związków chem. W badanej próbce (analiza jakościowa), a pomiar natężenia promieniowania o określonej długości fali pozwala oznaczyć skład ilościowy próbki (analiza ilościowa). Metody wykorzystujące widma emisyjne substancji noszą nazwę emisyjnych, a te, w których bada się widma absorpcyjne — absorpcyjnych.

Do badania składu pierwiastkowego — spektralna analiza atomowa — stosuje się zarówno metody emisyjne, jak i absorpcyjne, m.in. spektralną analizę emisyjną i fluorescencyjną spektroskopię rentgenowską, atom. spektroskopię absorpcyjną i fluorescencyjną; spektralna analiza emisyjna polega na określeniu składu badanej substancji na podstawie widma emisyjnego tej substancji wzbudzonej termicznie: w łuku elektrycznym, w iskrze elektrycznej, w płomieniu (fotometria płomieniowa) lub w plazmotronie; widmo uzyskane po rozszczepieniu promieniowania jest obserwowane wizualnie (analiza spektroskopowa), rejestrowane za pomocą liniowych układów fotodiod, dawniej na płycie fotograficznej (analiza spektrograficzna) lub mierzone za pomocą detektorów fotoelektrycznych. Najczęściej fotopowielaczy (analiza spektrometryczna); w metodach odpowiednio emisyjnej i fluorescencyjnej spektroskopii rentgenowskiej próbkę, najczęściej stałą, wzbudza się wiązką elektronów w lampie rentgenowskiej lub za pomocą promieniowania rentgenowskiego i bada otrzymane widmo pod względem jakościowym i ilościowym; w metodzie atom. Spektroskopii absorpcyjnej próbki, najczęściej ciekłe lub gazowe, atomizuje się przez ogrzanie do wysokiej temperatury; para atom. Selektywnie absorbuje przepuszczane promieniowanie nadfioletowe lub widzialne, co jest podstawą analizy ilościowej badanej próbki; w metodzie atom. Spektroskopii fluorescencyjnej próbkę przeprowadzoną w stan pary atom. Pobudza się do emisji promieniowania fluorescencyjnego, które dostarcza informacji o składzie pierwiastkowym. Spektralna analiza atomowa, ze względu na dużą szybkość, niewielką ilość substancji potrzebnej do analizy i zadowalającą dokładność, znalazła szerokie zastosowanie m.in. w chemii, biologii, rolnictwie, medycynie, astrofizyce, technice, np. do oznaczania pierwiastków metalicznych występujących w ilościach śladowych w metalach i stopach, wodach i minerałach, a także w badaniach zanieczyszczenia środowiska.

Do badania składu cząsteczkowego — spektralną analizę cząsteczkowa — stosuje się gł. metody absorpcyjne, tj. analizę spektrofotometryczną, a także metody emisyjne — fluorymetrię (fluorescencyjna analiza) oraz metodę wykorzystującą widma rozpraszania ramanowskiego; analizę spektrofotometryczną przeprowadza się na podstawie charakterystycznych linii lub pasm w widmie absorpcyjnym badanej substancji lub mierząc jej absorbancję; stosuje się ją gł. do materiałów ciekłych lub roztworów; analiza spektrofotometryczna w obszarze promieniowania widzialnego (kolorymetryczna analiza) pozwala oznaczyć ilościowo prawie wszystkie pierwiastki w materiałach metalurgicznych, geologicznych, biologicznych, środkach spożywczych i innych. Spektrofotometria w obszarze promieniowania nadfioletowego służy najczęściej do ilościowego i jakościowego oznaczania gł. nieskomplikowanych mieszanin związków chemicznych, a w obszarze promieniowania podczerwonego — do badania struktury związków org. i ilościowego oznaczania mieszanin org.; w metodach fluorymetrycznych (fluorescencyjnych) wnioski o składzie substancji wyciąga się na podstawie badania widm optycznie wzbudzonych cząsteczek. Metody wykorzystujące badania widm rozpraszania ramanowskiego są stosowane do identyfikacji substancji i określania ich struktury, uzupełniając metody spektrofotometrii w podczerwieni; spektralna analiza cząsteczkowa jest przydatna zwł. do badania związków organicznych.

Spektroskopia rentgenowska - dział spektroskopii, którego przedmiotem jest badanie elektronowej budowy ciał za pomocą analizy ich rentgenowskich widm emisyjnych i absorpcyjnych widm fotoelektronów, izochromat promieniowania hamowania i charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego (widma rentgenowskie, spektroskopia rentgenowska fotoelektronów rentgenowskich). Spektroskopia rentgenowska stosuje się przede wszystkim w celu ustalenia:
1) natury wiązań chemicznych i ład. jonów w cząsteczkach gazów, cieczy oraz w ciałach stałych
2) wpływu powłoki rozpuszczalnika na poziomy energetyczne jonu w roztworze,
3) rozkładu energetycznego elektronów walencyjnych i dozwolonych stanów nie obsadzonych,
4) szereg energetyczny rozkładu Fermiego w metalach i stopach
5) szereg przerwy energetycznej między pasmem elektronów walencyjnych i pasmem elektronów przewodnictwa w dielektrykach i półprzewodnikach,
6) pola potencj. Wewnątrz sieci krystalicznej. Porównanie kształtu widm rentgenowskich ciał stałych otrzymanych doświadczalnie i z wyliczeń teoretycznych jest jednym z lepszych kryteriów dokładności metod rachunkowych współczesnej teorii metali, półprzewodników i dielektryków.

Spektroskopia rentgenowska emisyjna - energia fotonów odpowiadająca maksimum natężenia linii widma rentgenowskiego zależy od wiązań chemicznych z sąsiednimi atomami atomu emitującego promieniowanie. Może się ona zmieniać o kilka eV. Główną przyczyną przesunięcia widma jest zmiana ładunku jonów przy przejściu od jednego związku do drugiego. Można więc w wielu przypadkach określić ładunek jonu na podstawie położenia linii widmowej. Przy zmianie wiązania chemicznego niektóre linie w sposób istotny zmieniają swój kształt.
Szerokość linii emisyjnej metalu i stopów powstającej przy zapełnianiu luki w wewnętrznym poziomie i elektronem z pasma przewodnictwa (tzw. Ostatnia linia danej serii) określa liczba elektronów n oddawanych przez każdy atom do pasma przewodnictwa.
Widmo emisyjne, widmo wybranego typu promieniowania wysyłanego przez dany obiekt. W przypadku fal elektromagnetycznych (od mikrofal po promieniowanie rentgenowskie i gamma) emitowanych przez pojedyncze atomy (lub jądra) widmo emisyjne ma linie widmowe o ściśle określonych energiach.
Jest to rezultatem istnienia skwantowanych poziomów energetycznych - emitowane promieniowanie może mieć tylko pewne dopuszczalne energie, równe różnicy energii dwóch stanów kwantowych układu (świecenie ciał). Powstające widmo, tzw. widmo liniowe, niesie informacje o składzie chemicznym, także izotopowym (w przypadku widma emisyjnego promieniowania gamma lub alfa), źródła, co jest wykorzystywane do wykonywania analiz jego składu chemicznego (i izotopowego).
W pewnych obszarach widma emisyjnego, przy gęstej strukturze linii, obserwuje sie tzw. widma pasmowe - struktura pasm dostarcza informacji o budowie cząstek (np. widmo emisyjne podczerwone cząsteczek organicznnych). Przy zlaniu się poziomów energetycznych w szerokie pasma (jak w przypadku promieniowania cieplnego ciał stałych lub gazu w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem), obserwuje się widma ciągłe (np. widmo emisyjne światła żarówki lub Słońca).
Rentgenowskie promieniowanie, promieniowanie X, rodzaj promieniowania elektromagnetycznego (fale elektromagnetyczne) o długości fali zawartej w przedziale od 0,1 pm do ok. 50 nm, tj. pomiędzy promieniowaniem gamma i ultrafioletowym, przy czym zakres promieniowania rentgenowskiego pokrywa się częściowo z niskoenergetycznym (tzw. miękkim) promieniowaniem gamma - rozróżnienie wynika z mechanizmu wytwarzania promieniowania: promieniowanie rentgenowskie powstaje przy przejściach elektronów na wewnętrzne powłoki elektronowe atomu, natomiast promieniowanie gamma w przemianach energetycznych zachodzących w jądrze atomowym. Promieniowanie rentgenowskie może mieć zarówno widmo liniowe (promieniowanie charakterystyczne, Moseleya prawo, przy czym energia niesiona przez kwant charakterystycznego promieniowania X wyraża się wzorem hn=Ei-Ef, gdzie: h - stała Plancka, Ei, Ef, - odpowiednio energia stanu początkowego i końcowego elektronu w atomie), jak i widmo ciągłe (powstające jako promieniowanie hamowania w procesie oddziaływania cząstki naładowanej z materią, lampa rentgenowska).
Promieniowanie rentgenowskie wykorzystuje się w badaniach strukturalnych (rentgenowska analiza strukturalna, Braggów-Wulfa warunek, lauegram) oraz do badania pierwiastkowego składu chemicznego (rentgenowska analiza widmowa). Ponadto promieniowanie rentgenowskie szeroko stosuje się w diagnostyce medycznej. Promieniowanie rentgenowskie odkrył w 1895 W.C. Roentgen.
Lampa rentgenowska, sztuczne źródło promieniowania rentgenowskiego, bańka próżniowa posiadająca zatopione elektrody: anodę i katodę (w tzw. jonowej lampie rentgenowskiej bańka wypełniona jest śladowymi ilościami gazu).
Wysokie napięcie przyłożone do elektrod przyspiesza dodatnie jony (jonowa lampa rentgenowska) lub elektrony (elektronowa lampa rentgenowska), cząstki te bombardując elektrodę (odpowiednio: katodę - jonowa lampa rentgenowska lub anodę - elektronowa lampa rentgenowska) emitują promieniowania hamowania, będące strumieniem kwantów promieniowania X o ciągłym widmie energetycznym.
Ze względu na zastosowania lampy rentgenowskie dzieli się na: medyczne, defektoskopowe, do badań rentgenostrukturalnych, spektroskopowe itd.

II Spektroskopia rentgenowska absorpcyjna - podstawowa krawędź absorpcji dla metali przejściowych ma kształt funkcji arctg, punkt przegięcia funkcji arctg odpowiada przejściu wyrzuconego fotoelektronu na powierzchni Fermiego. Ponieważ powierzchnia Fermiego metali oddziela stany obsadzone od stanów nie obsadzonych, przeto położenia punktów przegięcia granicy krótkofalowej ostatniej linii emisyjnej danej serii i długofalowej granicy widma absorpcyjnego (jego krawędzi podstawowej) dla metali i stopów pokrywają się.
Widmo absorpcyjne, widmo powstające przy przenikaniu promieniowania przez materię dla niego przezroczystą. W przypadku fal elektromagnetycznych atomy ośrodka pochłaniają rezonansowo promieniowanie o energii odpowiadającej swojej strukturze energetycznej i natychmiast potem spontanicznie emitują światło, przy czym emisja owa zachodzi izotropowo.
W kierunku rozchodzenia się padającej fali elektromagnetycznej w widmie absorpcyjnym obserwuje się bardzo silne zaniki natężenia dla energii właściwych danej substancji. Umożliwia to badanie składu chemicznego absorbenta.

Spektroskopia optyczna - dział spektroskopii, którego przedmiotem jest badanie struktury atomów i cząsteczek oraz efektów różnych oddziaływań, jakim są one poddawane, przez badanie ich widm optycznych oraz widma rozproszenia ramanowskiego. Celem pom. Jest wyznaczenie długości fali linii widmowych (pasm) i ich natężeń. W pewnych szczególnych wypadkach interesujące jest wyznaczenie kształtu linii widmowej.
Aparatura do badań spektroskopowych składa się z następujących elementów:
1) Źródło promieniowania
- piece wysokotemperaturowe
- płomienie
- układy do wyładowań łukowych, iskrowych, impulsowych,
- lampy żarowe
- lampy wyładowcze
- eksplodujące druty w kapilarach
- globary
- palniki Nernsta
- lampy rtęciowe niskiego ciśnienia
- silny laser
2) Przyrządy spektroskopowe
- spektrografy
- spektrofotometry
- spektrometry
3) Odbiorniki promieniowania
a) cieplne
- ogniwa termoelektryczne
- bolometry
- ewaporografy
b) fotoelektryczne
- fotokomórki
- fotopowielacze
- fotoogniwa
c) chemiczne
- emulsja fotograficzna
4) Układ oświetlający:
a) jego działanie sprowadza się do zmiany rozkładu przestrzennego promieniowania. Sposób dopasowania zależy od charakteru problemu, rozmiarów i typu odbiornika i właściwości przyrządu spektralnego.
- przy określonej luminacji źródła, maksymalny strumień promieniowania wchodzący do spektrografu zależy od rozmiarów szczeliny kolimatora
- w celu lepszego wykorzystania strumieniowania promieniowania używa się dzielników obrazu - "slicerów"; umożliwiają one oświetlenie większej wys. szczeliny
b) pomiar długości fal
- wzorce długości fal: długość fali można wyznaczyć w dowolnym doświadczeniu interferencyjnym lub dyfrakcyjnym:


Analiza widmowa - fizyczna metoda oznaczania składu jakościoweo i ilościowego substancji na podstawie badania jej widm. W zależności od rodzaju badanych widm rozróżnia się analizę widmową: 1) w widmach emisyjnych, wykazującą skład elementów próbki
2) w widmach absorpcyjnych w gazie, w cieczy lub w fazie stałej, umożliwiającą oznaczenie składu chemicznego i cząsteczkowego substancji
3) w widmach ramanowskich
4) w widmach luminescencji
5) w widmach rentgenowskich

W zależności od rodzaju wykonywanych zadań analizę widmową dzielimy na:
1) analizę widmową atomową - ma wysoką czułość oraz pozwala oznaczyć skład próbek o bardzo małej masie. Wyróżniamy 2 typy analizy widmowej atomowej:
a) analiza atomowa emisyjna
b) analiza atomowa absorpcyjna
analizę składu cząsteczkowego - widma mieszanin w pierwszym przybliżeniu stanowią sumę widm składników. Stąd gdy znane są widma przypuszczalnych składników mieszaniny, przeprowadzenie analizy widmowej jest w zasadzie proste; obecność linii (pasm) widmowych danego składnika w widmie mieszaniny świadczy o jego obecności w mieszaninie, a z natężenia tych linii można wnioskować o zawartości danego składnika. Największe znaczenie ma tu spektroskopia w podczerwieni.
Jądrowy rezonans magnetyczny, zjawisko absorpcji fal elektromagnetycznych o częstotliwości radiowej przez jądra atomowe substancji stałych, ciekłych lub gazowych, o momencie magnetycznym różnym od zera, pod wpływem stałego pola magnetycznego.
Zmianie orientacji spinu I jądra w stałym polu magnetycznym B towarzyszy absorpcja lub emisja energii pola. Badania cieczy rozwinęły się w obszerną dziedzinę spektroskopii JRM o dużej zdolności rozdzielczej, powszechnie stosowaną w chemii. Badania JRM w ciałach stałych umożliwiają określenie rozmieszczenia protonów w sieci krystalicznej.

Zjawisko pochłaniania rezonansowego energii elektromagnetycznej w ciałach stałych, cieczach i gazach zależne od magnetyzmu jąder, obserwowana w silnym stałym polu magnetycznym, na które nakłada się znacznie słabsze zmienne pole magnetyczne o częstotliwości radiowej. Rezonansowy charakter zjawiska jest wynikiem własności nośników magnetyzmu - jąder i momentu magnetycznego. Przy oddziaływaniu jądra z zewnętrznym stałym polem magnetycznym występuje zjawisko precesji jądra. Gdy nie występuje zmienne pole o częstotliwości radiowej, można zaobserwować istnienie momentów magnetycznych jąder mierząc jedynie wielkość powodującą zjawisko słabego paramagnetyzmu jądrowego.
Zmienne pole magnetyczne powoduje zmianę orientacji oraz precesję wektora namagnesowania jądrowego, co można łatwo zaobserwować jako zjawisko elektromagnetyczne (powstawanie siły elektromotorycznej indukcji w cewce umieszczonej wokół badanego materiału).
Zjawisko to jest jednak tak słabe, że można je obserwować dysponując stosunkowo dużą ilością substancji (1017 - 1021 jąder). Zastosowanie czułych przyrządów umożliwia badanie tą metodą wielu materiałów. Ze względu na specyfikę zjawiska JRM można np. wydzielić słaby magnetyzm jądrowy, z bardzo silnego tła, pochodzącego od elektronowego magnetyzmu ferromagnetyków. Duża dokładność pomiarów jest zaleta metody rezonansowej.
Podstawy teorii.
Zjawisko JRM obejmuje metody badań cząsteczkowych wiązek (metoda Rabiego), paramagnetyków, ferromagnetyków. Podstawowe wielkości charakteryzujące rezonans magnet. (geometria doświadczenia, wielkość częstotliwości rezonansowej) są dobrze określone przez klasyczny model żyroskopu. W dokładniejszym ujęciu rezonans magnet. jest zjawiskiem związanym z przejściami kwantów między poziomami energetycznymi.
Metody doświadczalne, aparatura.
Metoda stacjonarna obserwacji JRM polegająca na powolnym przechodzeniu przez rezonans, daje bezpośrednio widmo badanego ośrodka. Przechodzenie przez rezonans można realizować przez powolną zmianę częstotliwości lub pola. Otrzymany przy przechodzeniu przez rezonans sygnał indukcyjny o częstotliwości radiowej zawiera dwie składowe przesunięte o 90o w fazie; są one proporcjonalne do wielkości dyspersji i pochłaniania, co poprawia warunki rozdzielenia bliskich składowych widma. W celu efektywniejszego wydzielenia sygnału JRM stosuje się często modulację pola dodatkowym polem o częst. dźwięku. W tej sytuacji sygnał na wyjściu urządzenia odbiorczego ma postać natężenia pola o tej częstotliwości. Metoda stacjonarna ma tą zaletę, że łatwo jest interpretować wyniki, jednak nie zawsze jest ona wystarczająco czuła. Z tego względu w pewnych wypadkach wygodnie jest wyzyskiwać niestacjonarne stanu układu momentów jądrowych. Np. przy badaniu kryształow często znacznie lepszę czułość uzyskuje się w metodzie modulacji szybkiej - modulowanie polem dźwięku przebiega w taki sposób, że wpływa to na niestacjonarność stanu układu spinów.
Stosuje się również metody w których działanie pola o częst. radiowej sprowadza się do krótkotrwałych impulsów. Najważniejszą z tych metod jest metoda echa spinowego, stosowana ogólnie do pomiaru czasów relaksacji. Echo spinowe, w przeciwieństwie do metody stacjonarnej, obserwuje się przy niejednorodności pola znacznie przewyższającej naturalną szerokość linii. Siła elektromotoryczna indukcji obserwowana w metodzie JRM jest proporcjonalna do wielkości namagnesowania jądr. i częst., tzn. do kwadratu natężenia pola H. Zatem większość doświadczeń przeprowadza się w silnym polu magnetycznym. Aparatura o dużej zdolności rozdzielczej zastosowana do pomiaru JRM wyróżnia się wieloma własnościami. W celu uzyskania bardzo małej szerokości linii stosuje się magnesy o specjalnej konstrukcji, zapewniającej dużą jednorodność pola. Podtsawowym elementem aparatury częstotliwości radiowej stosowanej do obserwacji tego rezonansu jest rezonator zawierający nastrojony na częstotliwość precesji obwód z cewką indukcyjną, w której umieszcza się badany materiał.

Spektroskopia w podczerwieni - (z angielskiego Infrared Spectroscopy), instrumentalna metoda analityczna wyznaczania struktury związków chemicznych na podstawie ich widm oscylacyjnych (wykresów zależności transmitancji od długości fali z zakresu podczerwieni). Badana próbka naświetlana jest promieniowaniem wytworzonym za pomocą włókna Nernsta, spirali chromowo-niklowej lub lampy wolframowej. Kształt widma zależy od energii oscylacyjnej i rotacyjnej wiązań chemicznych.
IR umożliwia identyfikację substancji i ich zanieczyszczeń, określenie typów wiązań, badanie efektów podstawnikowych w cząsteczkach związków chemicznych, równowag tautomerów (tautomeria), drgań jonów i cząsteczek w sieciach krystalicznych.
Podczerwone promieniowanie, promieniowanie infraczerwone, podczerwień, niewidzialne promieniowanie elektromagnetyczne, formalnie zaliczane do fal świetlnych, o długości fali od 760 nm do 2000 ľm. Emitowane jest przez rozgrzane ciała.
Wykorzystuje się je w badaniach strukturalnych (spektroskopia widma cząsteczek organicznych), w lecznictwie (diatermia), a także do obserwacji w ciemności (noktowizor, czujniki alarmowe) i w biologii. Promieniowanie podczerwone odkrył w 1800 F.N. Herschel.
Spektrogramy związków próchnicznych wykonane w podczerwieni zawierają różne pasma absorpcji, które są charakterystyczne dla określonych struktur cząsteczkowych. Spektroskopia w podczerwieni ma zasadnicze znaczenie w badaniach związków próchnicznych z następujących przyczyn:
1. określa rodzaj, reaktywność i budowę grup funkcyjnych,
2. wykazuje obecność węglowodanów i protein,
3. wykazuje obecność lub brak mineralnych zanieczyszczeń,
4. technika ta jest odpowiednia dla analizy ilościowej.
Absorpcja w podczerwieni jest powodowana drganiami grup funkcyjnych i wiązań chemicznych w cząsteczce badanego związku. Wyróżnia się dwa podstawowe typy drgań cząsteczkowych: drgania rozciągające i drgania zginające.
W spektrogramach wyróżnia się następujące pasma absorpcji wywołane przez określone grupy lub wiązania chemiczne:
- pasma absorpcji w strefie 3300 cm-1 odpowiadają drganiom grup -OH;
- pasma w zakresie 2900 cm-1 są charakterystyczne dla drgań rozciągających wiązań C-H;
- w zakresie liczby falowej 1720 cm-1 stwierdza się obecność wiązania C=O w grupach karboksylowych i rozciągającego wiązania C=O grup karbonylowych ketonów;
- adsorpcja w zakresie 1610 cm-1 świadczy o wiązaniach C=C w połączeniach aromatycznych oraz w wiązaniach C=O;
- w zakresie liczby falowej 1460 cm-1 stwierdza się obecność drgań zginających wiązania C-H występującego w grupie metylowej;
- w zakresie 1390 cm-1 stwierdza się obecność drgań rozciągających grupy C=O lub drgań zginających wiązania O-H;
- pasma absorpcji w strefie 1250 cm-1 odpowiadają drganiom rozciągającym C-O fenoli lub deformacyjnym -OH grupy karboksylowej.

Spektrogramy IR kwasów huminowych i fulwowych są do siebie podobne. Zasadnicza różnica między nimi polega na tym, że występująca w kwasach fulwowych strefa absorpcji w zakresie liczby falowej 1720 cm-1 kwasów fulwowych jest znacznie silniejsza. (Stevenson 1982)
Stevenson i Goh wyróżnili następujące typy spektrogramów IR związków próchnicznych:
Typ 1 - spektrogramy charakterystyczne dla kwasów huminowuch. Występuje silne pasmo absorpcji w strefach 3400, 2900, 1720, 1600 i 1200 cm-1.
Typ 2 - spektrogramy charakterystyczne dla kwasów fulwowych, odznaczające się silną absorpcją w strefie 1720 cm-1.
Typ 3 - spektrogramy podobne do typów 1 i 2, ale występują w nich dodatkowo silniejsze absorpcje w zakresie 1540 cm-1 i 2900 cm-1. Jest to typowe dla protein i węglowodanów.
Dla większości gleb charakterystyczne są spektrogramy przejściowe między typami 1 i 2, natomiast spektrogramy typu 3 są charakterystyczne dla kwasów huminowych pochodzenia wodnego.

Spektroskopia w zakresie widzialnym (z angielskiego Ultraviolet-Visible Spectroscopy), instrumentalna metoda analityczna wykorzystująca absorpcję promieniowania widzialnego i nadfioletowego (ultrafioletowe promieniowanie) przez związki chemiczne, co jest uzależnione od struktury elektronowej ich cząsteczek. Badana próbka naświetlana jest promieniowaniem wytworzonym przez lampę wodorową (w obszarze nadfioletu) lub lampę wolframową (w zakresie światła widzialnego).
Widma UV-VIS wykonywane są zazwyczaj dla roztworów oraz par i mają zastosowanie w identyfikacji i badaniu struktury związków chemicznych, w wyznaczaniu: stężeń składników mieszanin, wartości stałej dysocjacji, w stechiometrii kompleksów EDA, a także w śledzeniu szybkości reakcji chemicznych (np. reakcji enzymatycznych).
Ultrafioletowe promieniowanie, ultrafiolet, nadfiolet, uv, promieniowanie elektromagnetyczne (świetlne) o częstotliwościach pomiędzy zakresem światła widzialnego (światło, fale elektromagnetyczne) a promieniowaniem rentgenowskim: odpowiada długości fali od 390 do ok. 10 nm (granica pomiędzy promieniowaniem ultrafioletowym a rentgenowskim jest umowna), dzieli się na ultrafiolet tzw. bliski (390-190 nm) i daleki (190-10 nm).
Ultrafioletowe promieniowanie, choć niewidzialne, ma silne działanie fotochemiczne - przy długości fali poniżej 300 nm wywołuje już jonizację i jest zabójcze dla organizmów żywych. 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.
Absorpcja w zakresie światła ultrafioletowego (200 - 400 nm) i widzialnego (400 - 800 nm) jest spowodowana przez drgania atomów, związane z przeskokiem elektronów z powłoki elektronowej o niższej energii na powłokę o wyższej energii. Związki zawierające wolne elektrony na powłokach atomów tlenu, siarki i atomów z grupy chlorowców są zdolne do absorpcji światła, podobnie jak związki zawierające podwójne wiązanie C=C. Część cząsteczki odpowiedzialnej za barwę zwana jest chromoforem lub grupą chromoforową. Przykładami takich grup są następujące połączenia: -N=O; -N=N-; -C=N-; -C=C-; C=O; C=S
Na podstawie krzywych gęstości optycznej, możemy określić stopień humifikacji związków próchnicznych. Im wyższa jest gęstość optyczna, tym większa jest ilość kwasów huminowych, które odznaczają się dużą gęstością optyczną.

Iloraz barwy E4/E6, czyli stosunek gęstości optycznej przy długości fali 465 i 665 nm, jest wskaźnikiem szeroko stosowanym przy charakterystyce związków próchnicznych. E4/E6 dla kwasów huminowych wynosi zwykle < 5,0, a dla kwasów fulwowych kształtuje się w zakresie od 6,0 do 8,5.Przyjmuje się, że wartości E4/E6 maleją wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej związków próchnicznych, bądź ze wzrostem spolimeryzowania ich jądra aromatycznego. Z tego względu iloraz barwy E4/E6 może służyć jako wskaźnik stopnia humifikacji.

Spektroskopia elektronów dla celów analizy chemicznej, spektroskopia rentgenowska fotoelektronów, ESCA (z angielskiego Electron Spectroscopy for Chemical Analysis), instrumentalna metoda analityczna wykorzystująca promieniowanie rentgenowskie, o znanej energii kwantów, do wybijania elektronów z wewnętrznych powłok elektronowych atomów leżących głównie w warstwie powierzchniowej badanej próbki.
Na podstawie widma wyznaczonego metodą ESCA (liczba elektronów w funkcji ich energii kinetycznej) można wyliczyć energię wiązań na poziomie, z którego zostały usunięte fotoelektrony, co pozwala na identyfikację pierwiastków, zmierzenie ich zawartości w warstwach powierzchniowych, ustalenie wiązań chemicznych między nimi i rozkładu ładunków w cząsteczkach, a także śledzenie przebiegu reakcji chemicznych na powierzchni próbki, badanie zjawisk adsorpcji, katalizy, korozji. Grubość warstwy, którą można poddać analizie metodą ESCA, jest rzędu od kilkudziesięciu do kilkuset nm.



Spektroskopia próżniowa - dział spektroskopii obejmujący badania krótkofalowe obszaru nadfioletu i miękkiego promieniowania rentgenowskiego (od 200nm do 0,4 - 0,6 nm). Ten zakres widma nazywa się zwykle nadfioletem próżniowym, ponieważ powietrze, nawet w cienkiej warstwie wykazuje w nim silną zdolność absorpcji. Do badania nadfioletu próżniowego stosuje się spektrografy próżniowe, tzn. przyrządy, których części optyczne, detektor i źródło promieniowania są umieszczone w szczelnej komorze, opróżnionej z powietrza do określonego ciśnienia( niekiedy wypełnione są niepochłaniającym gazem np. helem ).
Widma obserwowane w obszarze nadfioletu próżniowego powstają na skutek przejść elektronowych z poziomów o wysokich potencjałach wzbudzenia. W obszarze tym leżą widma jednokrotnie i wielokrotnie zjonizowanych atomów, a także widma niektórych zjonizowanych i niezjonizowanych cząsteczek.
Badania widm w nadfiolecie próżniowym (zarówno emisyjnych, jak i absorpcyjnych) ma bardzo duże znaczenie w wyjaśnianiu przejść energetycznych w jonach, w systematyce widm atom. i elektronowych widm cząsteczkowych, w analizie widm gwiazd i mgławic przy rozpatrywaniu zjawisk zachodzących w iskrze próżniowej. Szczególnie dużą rolę odgrywa spektroskopia próżniowa w fizyce gorącej plazmy. Transformacja Fouriera
W klasycznym aparacie pomiarowym promieniowanie po przejściu przez badaną próbkę lub rozproszeniu przez nią kierowane jest na pryzmat lub siatkę dyfrakcyjną, gdzie zostaje rozszczepione, czyli uporządkowane według długości fali, a następnie jest analizowane przez detektor zamieniający sygnał optyczny na elektryczny i rejestrowane. Aparaturowe ograniczenia czułości i detekcji w przyrządach dyspersyjnych związane ze stosowaniem optyki i szczeliny zostały wyeliminowane w spektrometrach interferometrycznych (fourierowskich). Informację widmową w tych spektrometrach uzyskuje się z interferogramu po matematycznej analizie Fouriera realizowanej przez komputer sprzężony ze spektrometrem.
Dzięki połączeniu spektrometru z komputerem możliwe stało się bardzo szybkie realizowanie transformacji Fouriera, co spowodowało rewolucyjny postęp w spektroskopii. Transformację Fouriera możemy opisać w następujący sposób: Periodyczne zmiany wielkości y w funkcji czasu t zostają zarejestrowane w pamięci komputera, który następnie dokonuje transformacji Fouriera, przekształcając zapamiętaną zależność y(t) w zależności x od częstości kątowej w (związanej z częstością liniową n wzorem w=2pn) gdzie p=3,14.

Zastosowanie transformacji Fouriera do zjawisk fizycznych polega na tym, że w ciągu czasu T "próbkuje" się sygnał (np. z detektora spektrometru) w N równych odstępach czasu tn daje to zespół N liczb określających wartości sygnału w funkcji czasu y(t1), y(t2),...,y(tN) zarejestrowanych w pamięci komputera. Każdej wartości y sygnału w funkcji czasu odpowiada zespół wartości x w funkcji częstości.
Przejście od widma w kategorii czasu do widma w kategorii częstości polega na rozwiązaniu zespołu N liniowych równań i znalezieniu N niewiadomych. Tą operacje wykonuje komputer, przeprowadzając dyskretną transformację Fouriera.
Ciągła transformacja Fouriera polega na zastąpieniu sum w zespole równań liniowych

całkami:
w tym wyrażeniu wartości y(t) są rzeczywiste w sensie matematycznym, ale x(w) są wielkościami zespolonymi, a częstości w są dodatnie lub ujemne. Ponieważ ujemne wartości częstości nie mają sensu fizycznego, więc przekształcając równanie do postaci bierze się tylko część rzeczywistą. Te operacje matematyczne wykonuje komputer, przekształcając zarejestrowane pierwotnie w swej pamięci widmo w kategorii czasu, w widmo w kategorii częstości.

---