Optische spektroskopische Analysemethoden
Optische spektroskopische Analyseverfahren basieren auf der Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie. Das Ziel dieses Artikels ist es, Sie über die grundlegenden Konzepte häufig verwendeter spektroskopischer Techniken zu informieren
Elektromagnetisches Spektrum
Das elektromagnetische Spektrum liefert dem Spektroskopiker eine Fülle von Informationen. Jede Region des elektromagnetischen Spektrums ist durch einen Bereich von Frequenzen oder Wellenlängen gekennzeichnet und findet in den Händen von Chemikern und Physikern mehrere Anwendungen. Die Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums reichen von interatomaren Dimensionen (hochenergetische Gammastrahlen) bis zu mehreren Kilometern (Radiowellen)
Spektroskopische Techniken
Spektroskopische Techniken basieren im Wesentlichen auf drei Arten von Wechselwirkungen elektromagnetischer Strahlung mit Materie.
- Emission
- Absorption
- Streuung
Emissionsspektroskopie
Emissionsspektroskopische Verfahren basieren auf der Emission charakteristischer Wellenlängen, die von den Elementen emittiert werden, aus denen die Probe besteht, wenn sie durch thermische, elektrische oder Strahlungsenergie angeregt werden
- ICP – OES-Spektroskopie
Eine Plasmaquelle bei hoher Temperatur wird verwendet, um die Bestandteile anzuregen, die Strahlungen mit charakteristischer Wellenlänge emittieren, die zur quantitativen Bestimmung der Probe verwendet werden können
- Fluoreszenzspektroskopie
Bei Lichtabsorption wird das absorbierende Molekül angeregt und bestimmte Arten, die photolumineszent sind, geben das absorbierte Licht nach einer Zeitverzögerung wieder ab. Fluoreszenz bezieht sich auf die Wiederemission \((10^-^8 bis 10^-^9sec)\), während sie verzögert ist Emission nach Minuten, Stunden oder sogar Tagen wird als Phosphoreszenz bezeichnet.
Die Fluoreszenzintensität ist direkt proportional zu den vorhandenen fluoreszierenden Spezies. Einige Substanzen, die von Natur aus nicht fluoreszieren, können mit fluoreszierenden Einheiten derivatisiert werden, um die Nachweisgrenzen zu verbessern.
Absorptionsspektroskopie
Die Grundlage der Absorptionsspektroskopie ist die Messung der Absorption bestimmter Wellenlängen durch bestimmte Atome oder Moleküle in der Probe. Absorptionsmessungen können bei einer bestimmten Wellenlänge oder über einen Bereich von Wellenlängen für simultane Bestimmungen durchgeführt werden.
- UV – sichtbare Spektroskopie
Der Bereich 180 – 780 nm stellt den UV – sichtbaren Bereich dar und kann für die Bestimmung atomarer, molekularer oder ionischer Spezies verwendet werden. Die Absorption in diesem Bereich resultiert aus elektronischen Übergängen zwischen den Elektronenniveaus der absorbierenden Spezies.
- Infrarot-Spektroskopie
Die Absorption in diesem Bereich findet von etwa 25.000 cm –1 (nahes IR) bis etwa 10 cmi –1 (fernes IR) statt, abhängig von der Vibrations- oder Rotationsenergie der absorbierenden Moleküle. Die Voraussetzung für die Absorption in diesem Bereich ist die Änderung des Dipolmoments des absorbierenden Moleküls. Das Hauptanwendungsgebiet ist die Identifizierung funktioneller Gruppen von Molekülen. FT-IR hat dispersive IR-Instrumente aufgrund der Vielzahl von Vorteilen, die die FT-IR-Technik bietet, vollständig ersetzt.
- Turbidimetrie
Die Turbidimetrie dient zur Bestimmung von Suspensionen, die in einem flüssigen Medium homogen dispergiert sind. Die Opazität solcher Suspensionen wird aus der Intensität des durchgelassenen Lichts gemessen. Turbidimetrische Methoden geben bestenfalls eine grobe Abschätzung der Konzentration
- Röntgenspektroskopie
Hochenergetische Röntgenstrahlung wird verwendet, um Elektronen aus inneren Schalen von Atomen herauszuschlagen, die durch Elektronen aus äußeren Schalen ersetzt werden. Die Energie wird als Photonen emittiert, die für jedes Element charakteristisch ist
Lichtstreuungsspektroskopie
- Nephelometrie
Die Nephelometrie basiert auf der Untersuchung von Streulicht durch eine homogene Partikelsuspension in einem flüssigen Medium
- Raman-Spektroskopie
Rama-Verschiebungen in flüssigen Proben resultieren aus der Anregung zu höheren Schwingungszuständen durch einfallende Strahlung. Der Raman-Effekt beinhaltet die Streuung von Licht, begleitet von einer Änderung der Wellenlänge. Raman- und Infrarotspektroskopie sind komplementäre Techniken, aber Raman hat einen großen Vorteil, dass wässrige Proben direkt gehandhabt werden können, da Wasser die Raman-Messungen nicht stört
- Röntgenbeugung
Röntgenbeugung ist kein chemisches Identifikationsinstrument, sondern dient der Charakterisierung der atomaren und molekularen Struktur kristalliner Materialien. Durch die Messung der Winkel und Intensitäten gebeugter Röntgenstrahlen lassen sich die Elektronendichten im Kristallgitter ermitteln, aus denen sich die räumliche Verteilung der Atome im Kristallgitter ableiten lässt.
In nachfolgenden Artikeln werden ähnliche Analysetechnikgruppen diskutiert.
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