spektroskopia

spektroskopia

[łac.-gr.],

dział fizyki obejmujący zarówno badanie budowy i właściwości jąder atomowych, atomów, cząsteczek oraz złożonych z nich układów makroskopowych, jak i badanie ich wzajemnych oddziaływań — na podstawie rozkładu natężenia (tzw. widma) promieniowania elektromagnetycznego pochłanianego, wysyłanego lub rozpraszanego przez te obiekty i rejestrowanego w zależności od długości fali lub częstotliwości promieniowania.

W każdym układzie do badań spektroskopowych można wyróżnić 3 zasadnicze elementy: źródło promieniowania, urządzenie dyspersyjne oraz detektor promieniowania.

Stosuje się różne kryteria podziału spektroskopii: według rodzaju lub zakresu badanego promieniowania, rodzaju badanego obiektu oraz metod otrzymywania widm. W spektroskopii bada się promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali ok. 10³–10^–12 m. Zależnie od zakresów długości fal, spektroskopia dzieli się na kilka działów różniących się przedmiotem badań oraz metodami wytwarzania i detekcji promieniowania, a mianowicie: spektroskopię promieni γ (badanie procesów wewnątrzjądrowych), spektroskopię promieni rentgenowskich (badanie wewnętrznych powłok elektronowych atomów), spektroskopię w nadfiolecie i obszarze widzialnym (określanie budowy i rozkładu poziomów energetycznych atomów i cząsteczek), spektroskopię w podczerwieni (badanie widm absorpcyjnych i wykorzystanie badań do poznania struktury cząsteczek, ich oscylacji i rotacji) oraz radiospektroskopię. Zależnie od rodzaju układów, których widma się bada, spektroskopia dzieli się na spektroskopię jądrową, spektroskopię atomową, spektroskopię molekularną oraz spektroskopię kryształów. Spektroskopia jądrowa obejmuje badania promieniowania emitowanego przez jądra atomowe (zwłaszcza promieniowanie α, β, γ); pozwalają one ustalić schematy poziomów energetycznych wzbudzonych jąder atomowych i określić takie parametry, jak energia wzbudzenia, prawdopodobieństwo emisji, momenty jądrowe, parzystość. Przedmiotem badań spektroskopii atomowej są powłoki elektronowe atomów. Spektroskopia molekularna (spektroskopia cząsteczkowa) zajmuje się głównie badaniem cząsteczek, poznawaniem ich budowy i właściwości fizykochemicznych, spektroskopia kryształów zaś obejmuje badania widm optycznych kryształów i dostarcza informacji dotyczących mechanizmu oddziaływania światła z materią skondensowaną, struktury sieci krystalicznej, budowy i orientacji centrów domieszkowych oraz defektów itp. Zależnie od metod otrzymywania widma rozróżnia się np. spektroskopię ramanowską, spektroskopię mössbauerowską, spektroskopię fotoelektronową, spektroskopię jądrową rezonansu magnetycznego, spektroskopię elektronowego rezonansu paramagnetycznego. Badaniem rozkładu mas w wiązce cząstek (atomów) zajmuje się spektroskopia mas. Spektroskopia, która jako źródło promieniowania wykorzystuje laser, stanowi tzw. spektroskopię laserową.

Powstanie spektroskopii wiąże się z systematycznymi pracami G.R. Kirchhoffa i R.W. Bunsena (1859), którzy prowadzili badania porównawcze widma słonecznego z widmami soli i metali; zwrócenie uwagi 1915 przez N. Bohra, A. Sommerfelda i in. na związek między budową atomów i cząsteczek a ich widmem uczyniło ze spektroskopii jedną z głównych metod badania budowy atomów i cząsteczek. Spektroskopia ma duże znaczenie w analizie chemicznej (analiza spektralna); jest też szeroko wykorzystywana w astronomii (astrofizyka, radioastronomia).