Οι οπτικές φασματοσκοπικές μέθοδοι ανάλυσης βασίζονται στην αλληλεπίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την ύλη. Ο στόχος της συγγραφής αυτού του άρθρου είναι να σας ενημερώσουμε σχετικά με τις θεμελιώδεις έννοιες των κοινώς χρησιμοποιούμενων φασματοσκοπικών τεχνικών

Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα

Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα παρέχει στον φασματογράφο μια πληθώρα πληροφοριών. Κάθε περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος χαρακτηρίζεται από μια σειρά συχνοτήτων ή μηκών κύματος και βρίσκει αρκετές εφαρμογές στα χέρια των χημικών και των φυσικών. Τα μήκη κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος κυμαίνονται από διατομικές διαστάσεις (ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας) έως αρκετά χιλιόμετρα (ραδιοκύματα)

Φασματοσκοπικές Τεχνικές

Οι φασματοσκοπικές τεχνικές βασίζονται βασικά σε τρεις τύπους αλληλεπιδράσεων της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την ύλη.

• Εκπομπή
• Απορρόφηση
• Διασκόρπιση

Φασματοσκοπία Εκπομπών

Οι φασματοσκοπικές μέθοδοι εκπομπής βασίζονται στην εκπομπή χαρακτηριστικών μηκών κύματος που εκπέμπονται από τα στοιχεία που αποτελούν το δείγμα όταν διεγείρονται από θερμική, ηλεκτρική ενέργεια ή ενέργεια ακτινοβολίας

• Φασματοσκοπία ICP – OES

Μια πηγή πλάσματος σε υψηλή θερμοκρασία χρησιμοποιείται για να διεγείρει τα συστατικά στοιχεία που εκπέμπουν χαρακτηριστικές ακτινοβολίες μήκους κύματος που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ποσοτική εκτίμηση του δείγματος

• Φασματοσκοπία φθορισμού

Με την απορρόφηση του φωτός το απορροφητικό μόριο διεγείρεται και ορισμένα είδη που είναι φωτοφωταύγεια εκπέμπουν εκ νέου το απορροφημένο φως μετά από χρονική καθυστέρηση Ο φθορισμός αναφέρεται στην επανεκπομπή \((10^-^8 έως 10^-^9sec)\) ενώ σε καθυστέρηση Η εκπομπή μετά από λεπτά, ώρες ή ακόμα και ημέρες αναφέρεται ως φωσφορισμός.

Η ένταση του φθορισμού είναι ευθέως ανάλογη με τα είδη φθορισμού που υπάρχουν. Ορισμένες ουσίες που δεν είναι φυσικά φθορίζουσες μπορούν να παραγωγοποιηθούν με φθορίζουσες μονάδες για τη βελτίωση των ορίων ανίχνευσης.

Φασματοσκοπία Απορρόφησης

Η βάση της φασματοσκοπίας απορρόφησης είναι η μέτρηση της απορρόφησης συγκεκριμένου μήκους κύματος από συγκεκριμένα άτομα ή μόρια στο δείγμα. Οι μετρήσεις απορρόφησης μπορούν να γίνουν σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος ή σε ένα εύρος μηκών κύματος για ταυτόχρονους προσδιορισμούς.

• UV – ορατή φασματοσκοπία

Η περιοχή 180 – 780 nm αποτελεί την ορατή περιοχή UV και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ατομικούς, μοριακούς ή ιοντικούς προσδιορισμούς ειδών. Η απορρόφηση σε αυτή την περιοχή προκύπτει από ηλεκτρονικές μεταβάσεις μεταξύ των επιπέδων ηλεκτρονίων του απορροφητικού είδους.

• Υπέρυθρη Φασματοσκοπία

Η απορρόφηση σε αυτή την περιοχή λαμβάνει χώρα από περίπου 25.000 cm-1 (κοντά στο IR) έως περίπου 10 cmi-1 (μακριά IR) ανάλογα με την ενέργεια δόνησης ή περιστροφής των μορίων που απορροφούν. Η προϋπόθεση για την απορρόφηση σε αυτή την περιοχή είναι η αλλαγή της διπολικής ροπής του απορροφητικού μορίου. Ο βασικός τομέας εφαρμογής είναι η αναγνώριση λειτουργικών ομάδων των μορίων. Το FT – IR έχει αντικαταστήσει πλήρως τα όργανα διασποράς IR λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων που προσφέρει η τεχνική FT IR.

• Θολότητα

Η θολερότητα χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των εναιωρημάτων που είναι ομοιογενώς διασκορπισμένα σε ένα υγρό μέσο. Η αδιαφάνεια τέτοιων αιωρημάτων μετριέται από την ένταση του εκπεμπόμενου φωτός. Οι θολωσιμετρικές μέθοδοι στην καλύτερη περίπτωση δίνουν χονδρική εκτίμηση της συγκέντρωσης

• Φασματοσκοπία ακτίνων Χ

Η ακτινοβολία ακτίνων Χ υψηλής ενέργειας χρησιμοποιείται για να εκτινάξει ηλεκτρόνια από τα εσωτερικά φλοιά των ατόμων τα οποία αντικαθίστανται από ηλεκτρόνια από τα εξωτερικά κελύφη. Η ενέργεια εκπέμπεται ως φωτόνια που είναι χαρακτηριστικό για κάθε στοιχείο
Φασματοσκοπία σκέδασης φωτός

• Νεφελομετρία

Η νεφελομετρία βασίζεται στη μελέτη του σκεδαζόμενου φωτός από ένα ομοιογενές εναιώρημα σωματιδίων σε ένα υγρό μέσο

• Φασματοσκοπία Raman

Οι μετατοπίσεις Rama στα υγρά δείγματα προκύπτουν από διέγερση σε υψηλότερες καταστάσεις δόνησης από την προσπίπτουσα ακτινοβολία. Το φαινόμενο Raman περιλαμβάνει τη σκέδαση του φωτός που συνοδεύεται από αλλαγή του μήκους κύματος. Η φασματοσκοπία Raman και η υπέρυθρη φασματοσκοπία είναι συμπληρωματικές τεχνικές, αλλά ο Raman έχει ένα σημαντικό πλεονέκτημα ότι τα υδατικά δείγματα μπορούν να χειριστούν απευθείας καθώς το νερό δεν παρεμβαίνει στις μετρήσεις Raman

• Περίθλαση ακτίνων Χ

Η περίθλαση ακτίνων Χ δεν είναι ένα εργαλείο χημικής ταυτοποίησης, αλλά χρησιμεύει για τον χαρακτηρισμό της ατομικής και μοριακής δομής των κρυσταλλικών υλικών. Μετρώντας τις γωνίες και τις εντάσεις των περιθλαμένων ακτίνων Χ είναι δυνατό να φτάσουμε στις πυκνότητες των ηλεκτρονίων μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα από το οποίο μπορεί να συναχθεί η χωρική κατανομή των ατόμων μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα.

Σε επόμενα άρθρα θα συζητηθούν παρόμοιες ομάδες αναλυτικών τεχνικών.

Μοιραστείτε τις απόψεις σας και υποβάλετε σχόλια για το άρθρο.

Πηγή