Spectroscopie

Analyse de la lumi??re blanche par le dispersant avec un prisme est un exemple de la spectroscopie.

Spectroscopie (pron .: / s p ɛ k t r ɒ s k ə p Je /) Est l'??tude de l'interaction entre la mati??re et ??nergie rayonn??e. Historiquement, la spectroscopie origine par l'??tude de lumi??re visible dispers??e selon son longueur d'onde, par exemple, par un prisme. Plus tard, le concept a ??t?? ??tendu pour comprendre ne importe quel grandement l'interaction avec l'??nergie radiative en fonction de sa longueur d'onde ou fr??quence. donn??es spectroscopiques est souvent repr??sent?? par un spectre, un trac?? de la r??ponse d'int??r??t en fonction de la longueur d'onde ou de la fr??quence.

Introduction

Spectroscopie et spectrographie sont des termes utilis??s pour d??signer la mesure de l'intensit?? de rayonnement en fonction de la longueur d'onde et sont souvent utilis??s pour d??crire m??thodes spectroscopiques exp??rimentales. Dispositifs de mesure spectrale sont appel??s spectrom??tres, spectrophotom??tres, spectrographes ou analyseurs spectraux.

Observations quotidiennes de couleur peuvent ??tre li??s ?? la spectroscopie. ??clairage au n??on est une application directe de spectroscopie atomique. Neon et d'autres gaz nobles ont des couleurs d'??mission caract??ristiques, et les lampes au n??on utilisent l'??lectricit?? pour exciter ces ??missions. Encres, colorants et Les peintures comprennent des compos??s chimiques choisis pour leurs caract??ristiques spectrales afin de g??n??rer des couleurs et des teintes sp??cifiques. A commun??ment rencontr??s spectre mol??culaire est celui de dioxyde d'azote. Le dioxyde d'azote gazeux a une caract??ristique d'absorption rouge, ce qui donne un air pollu?? par du dioxyde d'azote, une couleur brun rouge??tre. La diffusion de Rayleigh est un ph??nom??ne spectroscopique de diffusion qui repr??sente la couleur du ciel.

??tudes spectroscopiques ??taient au c??ur du d??veloppement de la m??canique quantique et inclus de Max Planck l'explication des rayonnement du corps noir, d'Albert Einstein l'explication de la effet photo??lectrique et de Niels Bohr de l'explication de la structure atomique et les spectres. Est utilis?? dans la spectroscopie physique et chimie analytique parce atomes et mol??cules ont des spectres unique. Ces spectres peuvent ??tre interpr??t??es pour obtenir des informations sur les atomes et mol??cules, et ils peuvent ??galement ??tre utilis??s pour d??tecter, identifier et quantifier les produits chimiques. Spectroscopie est ??galement utilis?? dans astronomie et la t??l??d??tection. La plupart des recherches t??lescopes ont spectrographes. Les spectres mesur??s sont utilis??s pour d??terminer la composition chimique et propri??t??s physiques de objets astronomiques (tels que leur temp??rature et vitesse ).

Th??orie

Un des concepts centraux de la spectroscopie est une r??sonance et sa fr??quence de r??sonance correspondant. R??sonances ont ??t?? caract??ris??es d'abord dans les syst??mes m??caniques tels que pendules. Syst??mes m??caniques qui vibrent ou oscillent conna??tront des oscillations de grande amplitude quand ils sont entra??n??s ?? leur fr??quence de r??sonance. Une parcelle d'amplitude fr??quence d'excitation par rapport aura un pic centr?? ?? la fr??quence de r??sonance. Cette parcelle est un type de spectre, le pic souvent appel??e raie spectrale, et la plupart des raies spectrales ont une apparence similaire.

Dans les syst??mes de m??canique quantique, la r??sonance analogue est un couplage de deux m??canique quantique ??tats stationnaires d'un syst??me, tel qu'un atome , par l'interm??diaire d'une source d'??nergie oscillatoire tel qu'un photon . Le couplage des deux Etats est la plus forte lorsque l'??nergie de la source correspond ?? la diff??rence d'??nergie entre les deux ??tats. L'??nergie d'un photon est li?? ?? sa fr??quence par o?? est La constante de Planck, et ainsi un spectre de la r??ponse du syst??me par rapport ?? la fr??quence de photon sera ?? son maximum ?? la fr??quence de r??sonance ou de l'??nergie. Les particules telles que les ??lectrons et les neutrons ont une relation comparable, le relations de Broglie, entre leur ??nergie cin??tique et leur longueur d'onde et la fr??quence et donc peuvent aussi exciter les interactions de r??sonance.

Les spectres des atomes et des mol??cules se composent souvent d'une s??rie de lignes spectrales, chacune repr??sentant une r??sonance entre deux ??tats quantiques diff??rents. L'explication de ces s??ries, et les mod??les spectrales associ??es avec eux, ??tait une des ??nigmes exp??rimentales qui ont pouss?? le d??veloppement et l'acceptation de la m??canique quantique. Le Spectre de l'atome d'hydrog??ne en particulier a ??t?? expliqu?? par le premier succ??s Rutherford-Bohr mod??le quantique de l'atome d'hydrog??ne. Dans certains cas, les lignes spectrales sont bien s??par??s et distincts mais raies spectrales peuvent aussi se chevaucher et semblent ??tre une seule transition si le densit?? d'??tats d'??nergie est assez ??lev??e.

Classification des m??thodes

La spectroscopie est un champ suffisamment large que de nombreux sous-disciplines existent, chacune avec de nombreuses impl??mentations de techniques spectroscopiques sp??cifiques. Les diff??rentes mises en oeuvre et les techniques peuvent ??tre class??s de diff??rentes fa??ons.

Type d'??nergie radiative

Types de spectroscopie se distinguent par le type d'??nergie radiative impliqu??s dans l'interaction. Dans de nombreuses applications, le spectre est d??termin?? en mesurant les changements dans l'intensit?? ou la fr??quence de cette ??nergie. Les types d'??nergie radiative ??tudi??s comprennent:

• Le rayonnement ??lectromagn??tique est la premi??re source d'??nergie utilis??e pour les ??tudes spectroscopiques. Les techniques qui emploient des radiations ??lectromagn??tiques sont g??n??ralement class??s par la r??gion de longueur d'onde du spectre et comprennent micro-ondes, t??rahertz, infrarouge, proche infrarouge, visible et ultraviolet, de rayons X et spectroscopie gamma.
• Les particules, en raison de leur longueur d'onde de Broglie, peut ??galement ??tre une source d'??nergie rayonnante et ?? la fois ??lectrons et neutrons sont couramment utilis??s. Pour une particule, son ??nergie cin??tique d??termine sa longueur d'onde.
• Spectroscopie acoustique implique des ondes de pression rayonn??es.
• Les moyens m??caniques peuvent ??tre utilis??s pour conf??rer une ??nergie rayonnante, semblables ?? des ondes acoustiques, ?? des mat??riaux solides.

Nature de l'interaction

Types de spectroscopie peuvent aussi se distinguer par la nature de l'interaction entre l'??nergie et la mati??re. Ces interactions comprennent:

• L'absorption se produit lorsque l'??nergie provenant de la source de rayonnement est absorb?? par le mat??riau. L'absorption est souvent d??termin??e par la mesure de la fraction d'??nergie transmise ?? travers le mat??riau; absorption diminuera la partie transmise.
• ??mission indique que l'??nergie radiative est lib??r?? par le mat??riau. Est un mat??riau spectre de corps noir est un spectre d'??mission spontan??e d??termin??e par sa temp??rature. L'??mission peut aussi ??tre induite par d'autres sources d'??nergie telles que flammes ou d'??tincelles ou rayonnement ??lectromagn??tique dans le cas de fluorescence.
• Diffusion ??lastique et spectroscopie de r??flexion d??terminent la radiation incidente est r??fl??chie ou diffus??e par un mat??riau. Cristallographie emploie la diffusion du rayonnement de haute ??nergie, tels que les rayons X et ??lectrons, d'examiner l'arrangement des atomes dans les prot??ines et les cristaux solides.
• La spectroscopie d'imp??dance ??tudie la capacit?? d'un support d'entraver ou de freiner la transmission de l'??nergie. Pour des applications optiques , ce est caract??ris??e par la indice de r??fraction.
• Les ph??nom??nes de diffusion in??lastique impliquent un ??change d'??nergie entre le rayonnement et la mati??re qui d??cale la longueur d'onde du rayonnement diffus??. Il se agit notamment Raman et Diffusion Compton.
• Spectroscopie coh??rente ou la r??sonance des techniques o?? les couples de l'??nergie radiative deux ??tats quantiques de la mati??re dans un interaction coh??rente qui est soutenue par le champ de rayonnement. La coh??rence peut ??tre perturb?? par d'autres interactions, comme les collisions de particules et le transfert d'??nergie et exigent souvent un rayonnement de haute intensit?? pour ??tre soutenue. r??sonance magn??tique nucl??aire (RMN) est une m??thode de r??sonance largement utilis?? et m??thodes laser ultrarapides sont ??galement d??sormais possible dans les r??gions spectrales infrarouges et visibles.

Type de mat??riau

Les ??tudes spectroscopiques sont con??us de telle sorte que l'??nergie de rayonnement interagit avec des types sp??cifiques de la mati??re.

Atomes

Spectroscopie atomique ??tait la premi??re application de la spectroscopie d??velopp??. Spectroscopie d'absorption atomique (AAS) et spectroscopie d'??mission atomique (AES) implique lumi??re visible et ultraviolette. Ces absorptions et des ??missions, souvent appel??s raies spectrales atomiques , sont dues ?? des transitions ??lectroniques d'un ??lectron de coquille externe ?? un ??tat excit??. Atomes ont aussi spectres x-ray distincte qui sont attribuables ?? l'excitation des ??lectrons de coque int??rieure ?? ??tats excit??s.

Les atomes des diff??rents ??l??ments distincts et ont des spectres de spectroscopie atomique par cons??quent permet l'identification et la quantification de la composition ??l??mentaire d'un ??chantillon. Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff d??couvert de nouveaux ??l??ments par observation de leur spectre d'??mission. Raies d'absorption atomique sont observ??s dans le spectre solaire et d??nomm??s Raies de Fraunhofer apr??s leur d??couvreur. Une explication compl??te de la spectre de l'hydrog??ne a ??t?? un succ??s du d??but de la m??canique quantique et d'expliquer le Lamb d??calage observ?? dans le spectre de l'hydrog??ne conduit ?? l'??laboration de ??lectrodynamique quantique.

Impl??mentations modernes de spectroscopie atomique pour ??tudier les transitions visibles et ultraviolets comprennent spectroscopie d'??mission de la flamme, plasma ?? couplage inductif spectroscopie d'??mission atomique, Spectroscopie ?? d??charge lumineuse, micro-ondes induites par spectroscopie de plasma, et ??tincelle ou spectroscopie d'??mission arc. Techniques pour ??tudier les spectres de rayons X comprennent X-ray et spectroscopie Fluorescence X (XRF).

Mol??cules

La combinaison d'atomes en mol??cules conduit ?? la cr??ation de types uniques des Etats ??nergiques et spectres donc unique des transitions entre ces ??tats. Spectres mol??culaire peut ??tre obtenue gr??ce ?? des ??tats de spin ??lectronique ( ??lectrons r??sonance paramagn??tique), rotations mol??culaires, vibration mol??culaire et ??tats ??lectroniques. Rotations sont des mouvements collectifs des noyaux atomiques et typiquement conduisent ?? des spectres dans les r??gions spectrales micro-ondes et ?? ondes millim??triques; spectroscopie de rotation et la spectroscopie ?? micro-ondes sont synonymes. Les vibrations sont les mouvements relatifs des noyaux atomiques et sont ??tudi??s ?? la fois par infrarouge et Spectroscopie Raman. Excitations ??lectroniques sont ??tudi??s ?? l'aide spectroscopie visible et ultraviolet, ainsi que spectroscopie de fluorescence.

Des ??tudes en spectroscopie mol??culaire ont conduit ?? la mise au point de la premi??re maser et a contribu?? au d??veloppement ult??rieur du laser .

Cristaux et mat??riaux ??tendues

La combinaison d'atomes ou de mol??cules en cristaux ou d'autres formes ??tendues conduit ?? la cr??ation d'??tats ??nerg??tiques suppl??mentaires. Ces ??tats sont nombreux et ont donc une forte densit?? d'??tats. Cette haute densit?? rend souvent les spectres plus faible et moins distincte, ce est ?? dire, plus large. Par exemple, le rayonnement du corps noir est due aux mouvements thermiques des atomes et des mol??cules au sein d'un mat??riau. R??ponses acoustiques et m??caniques sont dues ?? des mouvements collectifs ainsi.

Cristaux purs, cependant, peuvent avoir des transitions spectrales distinctes et l'agencement de cristal a ??galement un effet sur les spectres mol??culaire observ??. Le r??guli??re la structure en treillis de cristaux disperse ??galement les rayons X, des ??lectrons ou des neutrons permettant ??tudes cristallographiques.

Noyaux

Noyaux ont aussi des ??tats d'??nergie distincts qui sont largement s??par??s et conduisent ?? des spectres de rayons gamma. ??tats distincts de spin nucl??aire peuvent avoir leur ??nergie s??par??e par un champ magn??tique, ce qui permet de spectroscopie RMN .

D'autres types

Autres types de spectroscopie se distinguent par des applications ou des impl??mentations sp??cifiques:

• Spectroscopie Auger est une m??thode utilis??e pour ??tudier surfaces de mat??riaux sur une micro-??chelle. Il est souvent utilis?? dans le cadre de microscopie ??lectronique.
• anneau bas spectroscopie de la cavit??
• Spectroscopie de dichro??sme circulaire
• Spectroscopie anti-Stokes coh??rente Raman (CARS) est une technique r??cente qui a une haute sensibilit?? et de puissantes applications pour la spectroscopie et l'imagerie in vivo.
• Vapeur froide spectroscopie de fluorescence atomique
• spectroscopie de corr??lation comprend plusieurs types de spectroscopie RMN ?? deux dimensions.
• Niveau profond transitoire la concentration des mesures de spectroscopie et l'analyse des param??tres de d??fauts ??lectriquement actifs dans mat??riaux semi-conducteurs
• Interf??rom??trie ?? double polarisation mesure les composantes r??elle et imaginaire de l'indice de r??fraction complexe
• Spectroscopie EPR
• Spectroscopie vigueur
• spectroscopie ?? transform??e de Fourier est une m??thode efficace pour le traitement des donn??es spectrales obtenues ?? l'aide d'interf??rom??tres. Spectroscopie infrarouge ?? transform??e de Fourier (IRTF) est une mise en ??uvre commune de la spectroscopie infrarouge. RMN emploie ??galement transform??es de Fourier.
• spectroscopie de hadrons ??tudie l'??nergie / spectre de masse des hadrons selon rotation, parit??, et d'autres propri??t??s des particules. spectroscopie et Baryon spectroscopie des m??sons sont les deux types de spectroscopie de hadrons.
• L'imagerie hyperspectrale est une m??thode pour cr??er une image compl??te de l'environnement ou des objets divers, chaque pixel contenant une pleine visible, VNIR, NIR, ou le spectre infrarouge.
• Spectroscopie tunnel d'??lectrons in??lastique (SITE) utilise les variations de courant due ?? in??lastique interaction ??lectron-vibration ?? des ??nergies sp??cifiques qui peuvent ??galement mesurer les transitions optiquement interdites.
• Diffusion in??lastique des neutrons est similaire ?? la spectroscopie Raman, mais utilise les neutrons au lieu de photons .
• R??partition de Laser-Induced Spectroscopy (LIBS), ??galement appel?? plasma spectrom??trie induite par laser (LIPS)
• utilisations de spectroscopie laser lasers accordables et d'autres types de sources d'??mission coh??rentes, comme oscillateurs param??triques optiques, pour l'excitation s??lective d'esp??ces atomiques ou mol??culaires.
• Spectroscopie de masse est un terme historique utilis?? pour d??signer la spectrom??trie de masse . Les recommandations actuelles sont d'utiliser ce dernier terme. L'utilisation de la spectroscopie de masse de terme est apparu dans l'utilisation de ??crans ?? luminophores ?? d??tecter les ions.
• Spectroscopie M??ssbauer sonde les propri??t??s sp??cifiques de isotopiques des noyaux atomiques dans diff??rents environnements en analysant l'absorption de r??sonance rayons gamma. Voir ??galement Effet M??ssbauer.
• Neutron ??cho de spin mesures de spectroscopie de la dynamique interne des prot??ines et d'autres syst??mes de la mati??re molle
• Spectroscopie photoacoustique mesure les ondes sonores produites lors de l'absorption du rayonnement.
• Spectroscopie de photo??lectrons
• des mesures de spectroscopie photothermique chaleur d??gag??e lors de l'absorption d'un rayonnement.
• Spectroscopie pompe-sonde peut utiliser des impulsions laser ultrarapides pour mesurer les interm??diaires de r??action dans l'??chelle de temps femtoseconde.
• Spectroscopie Raman activit?? optique exploite diffusion Raman et les effets de l'activit?? optique de r??v??ler des informations d??taill??es sur les centres chiraux dans les mol??cules.
• Spectroscopie Raman
• Spectroscopie satur??
• spectroscopie ?? effet tunnel
• Spectrophotom??trie
• Mesures de spectroscopie r??solue en temps le taux (s) de d??croissance des ??tats excit??s en utilisant diverses m??thodes spectroscopiques.
• Time-stretch spectroscopie
• Des mesures de spectroscopie infrarouge thermique rayonnement thermique ??mis par les mat??riaux et les surfaces et est utilis?? pour d??terminer le type de liaisons pr??sentes dans un ??chantillon, ainsi que leur environnement de r??seau. Les techniques sont largement utilis??s par les chimistes organiques, min??ralogistes et les scientifiques plan??taires.
• Spectroscopie ultraviolet photo??lectronique (UPS)
• Spectroscopie de dichro??sme circulaire vibratoire
• Spectroscopie photo??lectronique aux rayons X (XPS)

Applications

• Estimation r??sist?? ?? des temps d'exposition de bois en utilisant la spectroscopie proche infrarouge.
• surveillance de la Cure de composites utilisant des fibres optiques