I metodi di analisi spettroscopica ottica si basano sull’interazione della radiazione elettromagnetica con la materia. L’obiettivo di scrivere questo articolo è di informarti sui concetti fondamentali delle tecniche spettroscopiche comunemente utilizzate

Spettro elettromagnetico

Lo spettro elettromagnetico fornisce allo spettroscopista una grande quantità di informazioni. Ogni regione dello spettro elettromagnetico è caratterizzata da una gamma di frequenze o lunghezze d’onda e trova numerose applicazioni nelle mani di chimici e fisici. Le lunghezze d’onda dello spettro elettromagnetico vanno da dimensioni interatomiche (raggi gamma ad alta energia) a diversi chilometri (onde radio)

Tecniche spettroscopiche

Le tecniche spettroscopiche si basano fondamentalmente su tre tipi di interazioni della radiazione elettromagnetica con la materia.

• Emissione
• Assorbimento
• Dispersione

Spettroscopia di emissione

I metodi spettroscopici di emissione si basano sull’emissione di lunghezze d’onda caratteristiche emesse dagli elementi che costituiscono il campione quando eccitati da energia termica, elettrica o di radiazione

• Spettroscopia ICP – OES

Una sorgente di plasma ad alta temperatura viene utilizzata per eccitare gli elementi costitutivi che emettono radiazioni di lunghezza d’onda caratteristiche che possono essere utilizzate per la stima quantitativa del campione

• Spettroscopia di fluorescenza

All’assorbimento della luce, la molecola assorbente si eccita e alcune specie fotoluminescenti riemettono la luce assorbita dopo un ritardo di tempo La fluorescenza si riferisce alla riemissione \((10^-^8 a 10^-^9sec)\) mentre ritardata l’emissione dopo minuti, ore o addirittura giorni viene definita fosforescenza.

L’intensità della fluorescenza è direttamente proporzionale alle specie fluorescenti presenti. Alcune sostanze che non sono naturalmente fluorescenti possono essere derivatizzate con porzioni fluorescenti per migliorare i limiti di rivelazione.

Spettroscopia di assorbimento

La base della spettroscopia di assorbimento è la misurazione dell’assorbimento di lunghezze d’onda specifiche da parte di atomi o molecole specifici nel campione. Le misurazioni di assorbimento possono essere effettuate a una lunghezza d’onda specifica o su un intervallo di lunghezze d’onda per determinazioni simultanee.

• Spettroscopia UV – visibile

La regione 180 – 780 nm costituisce la regione UV – visibile e può essere utilizzata per determinazioni di specie atomiche, molecolari o ioniche. L’assorbimento in questa regione risulta dalle transizioni elettroniche tra i livelli di elettroni delle specie assorbenti.

• Spettroscopia ad infrarossi

L’assorbimento in questa regione avviene da circa 25.000 cm-1 (vicino IR) a circa 10 cmi-1 (lontano IR) a seconda dell’energia di vibrazione o rotazione delle molecole assorbenti. Il prerequisito per l’assorbimento in questa regione è la variazione del momento di dipolo della molecola assorbente. L’area di applicazione chiave è l’identificazione di gruppi funzionali di molecole. FT – IR ha completamente sostituito gli strumenti IR dispersivi per la moltitudine di vantaggi offerti dalla tecnica FT IR.

• Turbidimetria

La torbidimetria viene utilizzata per la determinazione di sospensioni omogeneamente disperse in un mezzo liquido. L’opacità di tali sospensioni è misurata dall’intensità della luce trasmessa. I metodi turbidimetrici nella migliore delle ipotesi forniscono una stima approssimativa della concentrazione

• Spettroscopia a raggi X

La radiazione a raggi X ad alta energia viene utilizzata per eliminare gli elettroni dai gusci interni degli atomi che vengono sostituiti dagli elettroni dai gusci esterni. L’energia viene emessa come un fotone che è caratteristico per ogni elemento
Spettroscopia di diffusione della luce

• Nefelometria

La nefelometria si basa sullo studio della luce diffusa da una sospensione omogenea di particelle in un mezzo liquido

• Spettroscopia Raman

I cambiamenti di Rama nei campioni liquidi derivano dall’eccitazione a stati vibrazionali più elevati per radiazione incidente. L’effetto Raman comporta la diffusione della luce accompagnata dal cambiamento della lunghezza d’onda. Raman e la spettroscopia a infrarossi sono tecniche complementari, ma Raman ha il grande vantaggio che i campioni acquosi possono essere gestiti direttamente poiché l’acqua non interferisce nelle misurazioni Raman

• Diffrazione di raggi X

La diffrazione dei raggi X non è uno strumento di identificazione chimica ma serve a caratterizzare la struttura atomica e molecolare dei materiali cristallini. Misurando gli angoli e le intensità dei raggi X diffratti è possibile arrivare alle densità degli elettroni all’interno del reticolo cristallino da cui si può dedurre la distribuzione spaziale degli atomi all’interno del reticolo cristallino.

Negli articoli successivi verranno discussi gruppi di tecniche analitiche simili.

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