Спектроскопия и спектрометрия

В основе спектрометрии лежит то, что электромагнитный пучок состоит из волн, которые отличаются своей длиной и частотой. Поэтому у каждого элемента будет собственный уникальный спектр. Спектроскопия позволяет изучать свойства материи. Так, например, при анализе свечения можно выяснить строение веществ в разных агрегатных состояниях – газов, жидкостей, твердых тел. Кроме того, методы спектрометрии дают информацию строении атомов, молекул, ионов, а также их взаимодействии. Во время исследования в зависимости от поставленных задач анализируются разные части спектра. Таким образом, методами спектрометрического анализа можно получить разные данные о строении вещества, отличающиеся высокой точностью.

Методы спектрометрического анализа

Цель спектрометрического исследования заключается в изучении спектров и исследовании взаимодействия электромагнитного излучения с разными веществами. Полученная в ходе анализа информация необходима для дальнейшего количественного изучения вещества.

Общая методология разработана в рамках науки спектроскопии. В ходе анализа электромагнитное излучение направляется на исследуемый образец, а исследователь наблюдает за возникающими спектрами. При этом определенный спектр образует световая энергия любого типа. Результаты анализа записываются в виде функции длины волны и уровня спектра. Однако, существуют разные методы, позволяющие решать конкретные исследовательские задачи:

По типу излучаемой энергии

При спектрометрических исследованиях часто изучается электромагнитное излучение. На использовании электромагнитного излучения разработаны разные методы спектроскопии:

• Микроволновая.
• Терагерцовая.
• Инфракрасная.
• Ультрафиолетово-видимая.
• Рентгеновская.
• Гамма-спектроскопия.

Также существуют методы, где используются и изучаются другие виды энергии. Например, нейронная и электронная спектрометрия основаны на анализе лучистой энергии. В акустических спектрометрических исследованиях анализируются волны давления.

По типу материала

Спектрометрия позволяет получать данные об атомах, молекулах, ядрах. Также она нашла свое применение в изучении кристаллических веществ, протяженных материалов.

По взаимодействию энергии с веществом

• Абсорбционная. Материал поглощает энергию.
• Эмиссионная. Материал, высвобождает энергию. Запустить эмиссию могут разные источники, например, огонь или электродуга.
• Упругое рассеяние. Характеризуется тем, что энергия отражается от изучаемого объекта.
• Неупругое рассеяние. Возникает, когда между веществом и излучением происходит взаимообмен энергией. В эту группу входят рамановская и комптоновская спектрометрия, имеющие широкое применение в науке и различных отраслях промышленности.
• Импедансная. При прохождении через материал волна замедляется или преломляется.
• Резонансная. В результате когерентного взаимодействия энергии с материалом, она связывает два квантовых состояния. К этой группе относятся спектроскопия ядерного магнитного резонанса и лазерные методы.
• Ядерная. Применяется для изучения ядер.

Виды спектрометров

Для спектрометрического анализа применяются спектрометры. Оборудование для спектрометрии отличается по способу разложения спектра и принципу действия. Однако, все типы спектрометров позволяют разделять спектры и анализировать их по отдельности. Спектр, который находится в фокальной плоскости, виден глазом при помощи окуляра. Это простейший вид оборудования, который называется спектроскоп.

Большей функциональностью обладают спектрографы, так как они позволяют регистрировать спектр на приемник излучения, в качестве которого может выступать, например, фотопластина. В монохроматорах применяются приемники излучения, отличающиеся по принципу своего действия. Выбор подходящего типа и модели зависит от тех задач, которые ставятся перед исследователем.

Применение спектроскопии

Спектроскопия как метод исследования вещества применяется в разных отраслях: медицине, химии, физике, биохимии, материаловедении, химической инженерии и т.д. При этом методами спектрометрического анализа можно решать разные задачи:

• Изучение атомной структуры веществ.
• Изучение электронной структуры материалов.
• Исследование космоса.
• Анализ отверждения композитных материалов.
• Выявление токсичных соединений.
• Неразрушающий элементный анализ.
• Изучение и изменение структуры лекарственных препаратов для повышения их эффективности.

На сегодняшний день спектрометрия остается одним из самых эффективных методов количественного анализа вещества, применяемая в разных отраслях.