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:
o spektroskopia Ramana
o spektroskopia świetlna: UV, VIS i IR
o spektroskopia rentgenowska
o spektroskopia NMR
o spektroskopia EPR
o spektroskopia dielektryczna
o dichroizm kołowy
· Techniki oparte na promieniowaniu cząstkami:
o spektroskopia elektronowa
o spektroskopia neutronowa
o spektroskopia mas
o spektroskopia sił atomowych
· Techniki oparte na falach akustycznych
o 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.
Łacząc różne rodzaje promieniowania z różnymi sposobami jego oddziaływania z badaną próbką otrzymuje się rozmaite techniki spektroskopowe. Np. różne techniki spektroskopowe dają możliwość uzyskania różnych informacji o badanej substancji - od jej składu atomowego, przez jej budowę chemiczną aż po strukturę jej powierzchni. Techniki spektroskopowe stosuje się masowo w chemii, fizyce, astronomii i w wielu przemysłach.
Spektroskopia świetlna to zespół technik spektroskopowych, w których wykorzystuje się promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie od głębokiego ultrafioletu po daleką podczerwień.
W zależności od zakresu długości stosowanej fali elektromagnetycznej rozróżnia się:
· Spektroskopię IR - w której stosuje się światło podczerwone. 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.
· Spektroskopię UV-VIS - w której stosuje się światło z zakresu widzialnego oraz ultrafiletowego. 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 właściwości elektrooptycznych.
W zależności od tego czy światło przechodzi przez próbkę czy też się od niej odbija rozróżnia się:
· Spektroskopię absorbcyjną - w której widmo powstaje na skutek przejścia wiązki światła przez próbkę, na skutek czego część tego światła jest pochłaniania, a część wydostaje się z próbki.
· Spektroskopię odbiciową - w której światło nie przechodzi przez próbkę, która jest całkowicie lub częściowo nieprzeźroczysta, lecz odbija się od jej powierzchni. Kąt odbicia zależy od struktury chemicznej próbki i długości padającego światła. Dzięki temu można ustalać przy pomocy tej metody skład chemiczny samej powierzchni próbki.
Sczególnym przypadkiem spektroskopii świetlnej jest laserowa spektroskopia rozproszeniowa - polegająca na przepuszczaniu wiązki światła z lasera przez roztwór lub zawiesinę. Wiązka światła laserowego ulega w zawiesinach rozproszeniu na szereg pojedynczych wiązek, które wychodzą z zawiesiny pod różnymi kątami w stosunku do pierwotnej wiązki. Zależność intensywności wychodzącego światła od kąta jego skręcenia w zawiesinie jest liniowa, a współczynnik nachylenia linii tej zależności jest proporcjonalny do rozmiarów drobin, zgodnie z prawem Zimma. Technika ta pozwala na bardzo dokładny pomiar rozmiarów drobin w zawiesinie, lub w przypadku roztworów polimerów, ich średniej masy cząsteczkowej.
Spektroskopia UV – spektroskopia świetlna, w której widmo powstaje na skutek przejścia lub odbicia się światła ultrafioletowego przez analizowaną próbkę.
W chemii organicznej absorpcyjna spektroskopia UV jest stosowana do wykrywania występowania w związkach chemicznych grup zawierających sprzężone wiązania wielokrotne węgiel-heteroatom lub węgiel-węgiel, występujące w alkenach, arenach i wielu związkach heterocyklicznych. Związki zawierające tego typu ugrupowania posiadają bowiem zdolność do absorpcji światła UV. W absorpcyjnych widmach UV, w odróżnieniu od widm w podczerwieni występują zwykle bardzo szerokie piki absorpcyjne, których maksimum i kształt jest jednak charakterystyczny dla danych grup funkcyjnych.
W technologii materiałowej spektroskopia UV umożliwia wstępne ustalenie przydatności materiałów jako np. filtrów UV czy też przewodników prądu elektrycznego, a także zbadać niektóre własności ich powierzchni.
cycu83