Espectroscòpia: diferència entre les revisions

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Contingut suprimit Contingut afegit
Cap resum de modificació
reformatar ref/s
Línia 1: Línia 1:
[[Fitxer:Light dispersion conceptual.gif|miniatura|Animació que mostra la [[Dispersió (física)|dispersió de la llum]] en travessar un [[prisma (òptica)|prisma]].]]
[[Fitxer:Light dispersion conceptual.gif|miniatura|Animació que mostra la [[Dispersió (física)|dispersió de la llum]] en travessar un [[prisma (òptica)|prisma]].]]
L''''espectroscòpia''' és una [[tècnica]] [[Anàlisi química|analítica]] [[experiment]]al, molt usada en [[química]] i en [[física]]. Es basa a detectar l'[[Absorció (energia)|absorció]] o emissió de [[radiació electromagnètica]] de certes [[energia|energies]], i relacionar aquestes energies amb els [[nivell d'energia|nivells d'energia]] implicats en [[transició quàntica|transicions quàntiques]] de la substància a detectar.<ref>{{doi|10.1351/pac198658121737}}</ref> D'aquesta manera, es poden fer anàlisis [[Anàlisi quantitativa (química)|quantitatives]] o [[Anàlisi qualitativa|qualitatives]] d'una enorme varietat de [[substància|substàncies]], aprofitant la capacitat d'emetre o absorbir la radiació d'una determinada [[longitud d'ona]] que presenten aquestes, o algun producte format a partir d'elles.
L''''espectroscòpia''' és una [[tècnica]] [[Anàlisi química|analítica]] [[experiment]]al, molt usada en [[química]] i en [[física]]. Es basa a detectar l'[[Absorció (energia)|absorció]] o emissió de [[radiació electromagnètica]] de certes [[energia|energies]], i relacionar aquestes energies amb els [[nivell d'energia|nivells d'energia]] implicats en [[transició quàntica|transicions quàntiques]] de la substància a detectar.<ref>{{Ref-publicació|article=Quantities and units in clinical chemistry: Nebulizer and flame properties in flame emission and absorption spectrometry (Recommendations 1986)|url=https://www.degruyter.com/document/doi/10.1351/pac198658121737/html|publicació=Pure and Applied Chemistry|data=1986-01-01|issn=1365-3075|pàgines=1737–1742|volum=58|exemplar=12|doi=10.1351/pac198658121737|llengua=en|nom=R.|cognom=Herrmann|nom2=C.|cognom2=Onkelinx}}</ref> D'aquesta manera, es poden fer anàlisis [[Anàlisi quantitativa (química)|quantitatives]] o [[Anàlisi qualitativa|qualitatives]] d'una enorme varietat de [[substància|substàncies]], aprofitant la capacitat d'emetre o absorbir la radiació d'una determinada [[longitud d'ona]] que presenten aquestes, o algun producte format a partir d'elles.


Històricament, l'espectroscòpia es va originar a través de l'estudi de la [[espectre visible|llum visible]] dispersada d'acord amb la seva [[longitud d'ona]], per exemple mitjançant un prisma òptic. Més tard el concepte es va engrandir considerablement per abastar qualsevol interacció amb l'energia radiativa com a funció de la seva longitud d'ona o [[freqüència]]. Les dades de l'espectroscòpia sovint es representen per un [[espectre]], un diagrama de la resposta d'interès com a funció de la longitud d'ona o la freqüència.
Històricament, l'espectroscòpia es va originar a través de l'estudi de la [[espectre visible|llum visible]] dispersada d'acord amb la seva [[longitud d'ona]], per exemple mitjançant un prisma òptic. Més tard el concepte es va engrandir considerablement per abastar qualsevol interacció amb l'energia radiativa com a funció de la seva longitud d'ona o [[freqüència]]. Les dades de l'espectroscòpia sovint es representen per un [[espectre]], un diagrama de la resposta d'interès com a funció de la longitud d'ona o la freqüència.
Línia 45: Línia 45:
* [[Espectroscòpia de cavitat de l'anell]] [[Cavity ring down spectroscopy]]
* [[Espectroscòpia de cavitat de l'anell]] [[Cavity ring down spectroscopy]]
* Espectroscòpia de [[Dicroisme circular]] ([[Circular Dichroism]])
* Espectroscòpia de [[Dicroisme circular]] ([[Circular Dichroism]])
* [[Espectroscòpia Raman anti-Stokes coherent]] ([[Coherent anti-Stokes Raman spectroscopy]] ,CARS) una tècnica recent aplicada ''in vivo''.<ref>C.L. Evans and X.S. Xie.2008. Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy: Chemical Imaging for Biology and Medicine., {{doi|10.1146/annurev.anchem.1.031207.112754}} ''Annual Review of Analytical Chemistry'', '''1''': 883–909.</ref>
* [[Espectroscòpia Raman anti-Stokes coherent]] ([[Coherent anti-Stokes Raman spectroscopy]] ,CARS) una tècnica recent aplicada ''in vivo''.<ref>{{Ref-publicació|article=Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy: Chemical Imaging for Biology and Medicine|url=https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev.anchem.1.031207.112754|publicació=Annual Review of Analytical Chemistry|data=2008-07-01|issn=1936-1327|pàgines=883–909|volum=1|exemplar=1|doi=10.1146/annurev.anchem.1.031207.112754|llengua=en|nom=Conor L.|cognom=Evans|nom2=X. Sunney|cognom2=Xie}}</ref>
* [[Espectroscòpia de fluorescència de vapor atòmic fred]] ([[Cold vapour atomic fluorescence spectroscopy]])
* [[Espectroscòpia de fluorescència de vapor atòmic fred]] ([[Cold vapour atomic fluorescence spectroscopy]])
* [[Espectroscòpia de correlació]] ([[Correlation spectroscopy]]).
* [[Espectroscòpia de correlació]] ([[Correlation spectroscopy]]).
Línia 58: Línia 58:
* [[Dispersió de neutró inelàstic]] ([[Inelastic neutron scattering]]) similar a l'[[espectroscòpia Raman]], però usant [[neutrons]] en lloc de [[fotons]].
* [[Dispersió de neutró inelàstic]] ([[Inelastic neutron scattering]]) similar a l'[[espectroscòpia Raman]], però usant [[neutrons]] en lloc de [[fotons]].
* [[Espectroscòpia de plasma induïda per làser]] ([[Laser-induced breakdown spectroscopy]] ,(LIBS), també dita Laser-induced plasma spectrometry (LIPS) és un tipus d'espectroscòpia d'emissió atòmica.
* [[Espectroscòpia de plasma induïda per làser]] ([[Laser-induced breakdown spectroscopy]] ,(LIBS), també dita Laser-induced plasma spectrometry (LIPS) és un tipus d'espectroscòpia d'emissió atòmica.
* L'espectroscòpia de laser fa servir [[làser sintonitzable]]s ([[tunable laser]])(un làser l'emissió de longitud d'ona d'operació del qual es pot alterar de manera controlada)<ref>W. Demtröder, ''Laser Spectroscopy'', 3rd Ed. (Springer, 2003).</ref> i altres tipus de fonts d'emissió coherents,<ref>F. J. Duarte (Ed.),[http://www.opticsjournal.com/tla.htm ''Tunable Laser Applications'', 2nd Ed. (CRC, 2009) Chapter 2.]</ref> per l'excitació selectiva d'espècies químiques de molècules o àtoms.
* L'espectroscòpia de laser fa servir [[làser sintonitzable]]s ([[tunable laser]])(un làser l'emissió de longitud d'ona d'operació del qual es pot alterar de manera controlada)<ref>{{Ref-llibre|títol=Laser Spectroscopy|url=http://link.springer.com/10.1007/978-3-540-73418-5|editorial=Springer Berlin Heidelberg|data=2008|lloc=Berlin, Heidelberg|isbn=978-3-540-73415-4|doi=10.1007/978-3-540-73418-5|llengua=en}}</ref> i altres tipus de fonts d'emissió coherents,<ref>{{Ref-llibre|títol=Tunable laser applications|url=https://researchers.mq.edu.au/en/publications/spectroscopic-applications-of-tunable-optical-parametric-oscillat|editorial=CRC Press, Taylor & Francis Group|data=2009|lloc=Boca raton, FL|isbn=978-1-4200-6009-6|pàgines=15–95|nom=B. J.|cognom=Orr|nom2=Yabai|cognom2=He|nom3=R. T.|cognom3=White|llengua=en|capítol=Spectroscopic applications of tunable optical parametric oscillators|editor=F. J. Duarte (ed.)}}</ref> per l'excitació selectiva d'espècies químiques de molècules o àtoms.
* [[Espectroscòpia de massa]] ([[Mass spectroscopy]]) és un terme històric per a referir-se a l'[[espectrometria de massa]]. Actualment es recomana<ref>{{ref-web |url=http://mass-spec.lsu.edu/msterms/index.php/Mass_spectroscopy |títol=Mass Spectrometry Terms and Definitions Project Page |consulta=2011-11-25 |arxiuurl=https://web.archive.org/web/20120424010802/http://mass-spec.lsu.edu/msterms/index.php/Mass_spectroscopy |arxiudata=2012-04-24}}</ref> fer servir el segon terme. L'ús del terme espectroscòpia de massa es va originar pel fet de fers servir pantalles de [[fòsfor]] per detectar [[ions]]
* [[Espectroscòpia de massa]] ([[Mass spectroscopy]]) és un terme històric per a referir-se a l'[[espectrometria de massa]]. Actualment es recomana<ref>{{Ref-publicació|article=Definitions of terms relating to mass spectrometry (IUPAC Recommendations 2013)|url=https://www.degruyter.com/document/doi/10.1351/PAC-REC-06-04-06/html|publicació=Pure and Applied Chemistry|data=2013-06-06|issn=1365-3075|pàgines=1515–1609|volum=85|exemplar=7|doi=10.1351/PAC-REC-06-04-06|llengua=de|nom=Kermit K.|cognom=Murray|nom2=Robert K.|cognom2=Boyd|nom3=Marcos N.|cognom3=Eberlin|nom4=G. John|cognom4=Langley|nom5=Liang|cognom5=Li}}</ref> fer servir el segon terme. L'ús del terme espectroscòpia de massa es va originar pel fet de fers servir pantalles de [[fòsfor]] per detectar [[ions]]
* [[Espectroscòpia Mössbauer]] ([[Mössbauer spectroscopy]]) sondegen les propietats d'[[isòtops]] específics dels nuclis atòmics amb l'[[efecte Mössbauer]].
* [[Espectroscòpia Mössbauer]] ([[Mössbauer spectroscopy]]) sondegen les propietats d'[[isòtops]] específics dels nuclis atòmics amb l'[[efecte Mössbauer]].
* [[Espectroscòpia per eco de spin neutrònic]] ([[Neutron spin echo]]) mesura la dinàmica interna en proteïnes i altres sistemes de [[materia tova]].
* [[Espectroscòpia per eco de spin neutrònic]] ([[Neutron spin echo]]) mesura la dinàmica interna en proteïnes i altres sistemes de [[materia tova]].
Línia 71: Línia 71:
* [[Espectrofotometria]]
* [[Espectrofotometria]]
* [[Time-resolved spectroscopy]] mesura la taxa de temps de durada de [[fluorescència]]/ [[fosforescència]] respecte a l'emissió de longitud d'ona.
* [[Time-resolved spectroscopy]] mesura la taxa de temps de durada de [[fluorescència]]/ [[fosforescència]] respecte a l'emissió de longitud d'ona.
* [[Espectroscòpia d'ampliació de temps]] ([[Time stretch analog-to-digital converter]])<ref>D. R. Solli, J. Chou, and B. Jalali, [http://www.nature.com/nphoton/journal/v2/n1/full/nphoton.2007.253.html "Amplified wavelength–time transformation for real-time spectroscopy"], ''Nature Photonics'' 2, 48-51, 2008. </ref><ref>J. Chou, D. Solli, and B. Jalali, [http://apl.aip.org/resource/1/applab/v92/i11/p111102_s1 "Real-time spectroscopy with subgigahertz resolution using amplified dispersive Fourier transformation"]{{Enllaç no actiu|bot=InternetArchiveBot |data=2021}}, ''Applied Physics Letters'' 92, 111102, 2008.</ref>
* [[Espectroscòpia d'ampliació de temps]] ([[Time stretch analog-to-digital converter]])<ref>{{Ref-publicació|article=Amplified wavelength–time transformation for real-time spectroscopy|url=https://www.nature.com/articles/nphoton.2007.253|publicació=Nature Photonics|data=2008-01|issn=1749-4893|pàgines=48–51|volum=2|exemplar=1|doi=10.1038/nphoton.2007.253|llengua=en|nom=D. R.|cognom=Solli|nom2=J.|cognom2=Chou|nom3=B.|cognom3=Jalali}} </ref><ref>{{Ref-publicació|article=Real-time spectroscopy with subgigahertz resolution using amplified dispersive Fourier transformation|url=http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.2896652|publicació=Applied Physics Letters|data=2008-03-17|issn=0003-6951|pàgines=111102|volum=92|exemplar=11|doi=10.1063/1.2896652|llengua=en|nom=Jason|cognom=Chou|nom2=Daniel R.|cognom2=Solli|nom3=Bahram|cognom3=Jalali}}</ref>
* [[Espectroscòpia tèrmica infraroja]] ([[Thermal infrared spectroscopy]]) mesura la radiació tèrmica emesa en els materials i en la seva superfície i es fa servir per determinar els [[enllaços químics]] presents en la mostra. Es fa servir en química mineralogia i [[ciència planetària]].
* [[Espectroscòpia tèrmica infraroja]] ([[Thermal infrared spectroscopy]]) mesura la radiació tèrmica emesa en els materials i en la seva superfície i es fa servir per determinar els [[enllaços químics]] presents en la mostra. Es fa servir en química mineralogia i [[ciència planetària]].
* [[Espectroscòpia fotoelectrònica ultraviolada]] ([[Ultraviolet photoelectron spectroscopy]], UPS)
* [[Espectroscòpia fotoelectrònica ultraviolada]] ([[Ultraviolet photoelectron spectroscopy]], UPS)

Revisió del 17:36, 17 març 2023

Animació que mostra la dispersió de la llum en travessar un prisma.

L'espectroscòpia és una tècnica analítica experimental, molt usada en química i en física. Es basa a detectar l'absorció o emissió de radiació electromagnètica de certes energies, i relacionar aquestes energies amb els nivells d'energia implicats en transicions quàntiques de la substància a detectar.[1] D'aquesta manera, es poden fer anàlisis quantitatives o qualitatives d'una enorme varietat de substàncies, aprofitant la capacitat d'emetre o absorbir la radiació d'una determinada longitud d'ona que presenten aquestes, o algun producte format a partir d'elles.

Històricament, l'espectroscòpia es va originar a través de l'estudi de la llum visible dispersada d'acord amb la seva longitud d'ona, per exemple mitjançant un prisma òptic. Més tard el concepte es va engrandir considerablement per abastar qualsevol interacció amb l'energia radiativa com a funció de la seva longitud d'ona o freqüència. Les dades de l'espectroscòpia sovint es representen per un espectre, un diagrama de la resposta d'interès com a funció de la longitud d'ona o la freqüència.

Teoria

Un dels conceptes centrals de l'espectroscòpia és la ressonància i la seva corresponent freqüència ressonant. Les ressonàncies es van caracteritzar primer en sistemes mecànics com els pèndols. Els sistemes mecànics que vibren o oscil·len experimentaran grans oscil·lacions d'amplitud quan són conduïts a la seva freqüència ressonant. Un diagrama d'amplitud versus freqüència d'excitació tindrà un pic centrat en la freqüència de ressonància. Aquest diagrama és un tipus d'espectre, amb el pic sovint anomenat línia espectral i la majoria de línies espectrals tenen una aparença similar.

En els sistemes mecànics quàntics, la ressonància anàloga és un acoblament de dos estats estacionaris de mecànica quàntica d'un sistema, com una àtom, a través d'una font d'energia oscil·latòria com una fotó. L'acoblament dels dos estats és més forta quan l'energia de la font coincideix amb la diferència d'energia entre els dos estats. L'energia () d'un fotó està relacionada amb la seva freqüència () per on és la constant de Planck, de manera que un espectre de la resposta del sistema davant de la freqüència fotó tindrà el pic a la freqüència o energia. ressonant Partícules com els electrons i neutrons tenen una relació comparable, les relacions de De Broglie, entre la seva energia cinètica i la seva longitud d'ona i freqüència i per tant també poden excitar les interaccions ressonants.

Els espectres dels àtoms i molècules sovint consisteixen en una sèrie de línies espectrals, cadascuna representant una ressonància entre dos estats quàntics diferents. L'explicació d'aquestes sèries, i els patrons espectrals associats amb elles, eren un dels enigmes en experimentació que va impulsar el desenvolupament i l'acceptació de la mecànica quàntica. Les sèries espectrals d'hidrogen, en particular, s'explicaren per primer cop amb èxit pel model quàntic Rutherford-Bohr de l'àtom d'hidrogen. En alguns casos les línies espectrals estan ben separats i distingibles, però les línies espectrals també es poden superposar-se i semblen ser una sola transició, si la densitat d'estats d'energia és prou alta.

Classificació dels mètodes

L'espectroscòpia és un camp molt ampli on hi ha moltes subdisciplines, cadascuna amb les seves pròpies tècniques i es poden classificar de diverses maneres.

Tipus d'energia radiant

Els tipus d'espectroscòpia es diferencien pel tipus d'energia radiant implicada en la interacció. En moltes aplicacions l'espectre es determina mesurant canvis en la intensitat o freqüència d'aquesta energia.

Els tipus d'energia radiativa estudiats inclouen:

Espectroscòpia atòmica

Un tipus d'espectroscòpia especial és l'espectroscòpia atòmica, en la qual no s'analitza la mostra tal qual sinó atomitzada (mitjançant escalfament en flama, forn de grafit o plasma), amb la qual cosa s'aconsegueix una selectivitat molt bona amb nivells de detecció molt baixos.

Segons la relació entre la radiació i la substància detectada

Les tècniques espectroscòpiques es classifiquen segons la relació entre la radiació i la substància detectada en:

Tècniques d'absorció
La radiació excita les partícules de l'espècie de manera que aquesta, per assolir el nou estat energètic absorbeix la radiació d'energia adequada. Es mesura la relació entre la intensitat de radiació en sortir de la mostra i la intensitat que hi arriba.
Tècniques d'emissió
S'excita la mostra, principalment amb calor, i es mesura en una determinada longitud d'ona (característica de l'espècie que emet) la intensitat de radiació que emet aquesta en relaxar-se de nou.
Tècniques de fluorescència
La mostra s'excita mitjançant radiació de l'energia adequada i es mesura la radiació que s'emet en tornar a l'estat fonamental.

Altres tipus d'espectroscòpia

Altres tipus d'espectroscòpia es diferencien per les seves aplicacions específiques o implementacions:

Referències

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Espectroscòpia
  1. Herrmann, R.; Onkelinx, C. «Quantities and units in clinical chemistry: Nebulizer and flame properties in flame emission and absorption spectrometry (Recommendations 1986)» (en anglès). Pure and Applied Chemistry, 58, 12, 01-01-1986, pàg. 1737–1742. DOI: 10.1351/pac198658121737. ISSN: 1365-3075.
  2. Evans, Conor L.; Xie, X. Sunney «Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy: Chemical Imaging for Biology and Medicine» (en anglès). Annual Review of Analytical Chemistry, 1, 1, 01-07-2008, pàg. 883–909. DOI: 10.1146/annurev.anchem.1.031207.112754. ISSN: 1936-1327.
  3. Laser Spectroscopy (en anglès). Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2008. DOI 10.1007/978-3-540-73418-5. ISBN 978-3-540-73415-4. 
  4. Orr, B. J.; He, Yabai; White, R. T.. «Spectroscopic applications of tunable optical parametric oscillators». A: F. J. Duarte (ed.). Tunable laser applications (en anglès). Boca raton, FL: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2009, p. 15–95. ISBN 978-1-4200-6009-6. 
  5. Murray, Kermit K.; Boyd, Robert K.; Eberlin, Marcos N.; Langley, G. John; Li, Liang «Definitions of terms relating to mass spectrometry (IUPAC Recommendations 2013)» (en alemany). Pure and Applied Chemistry, 85, 7, 06-06-2013, pàg. 1515–1609. DOI: 10.1351/PAC-REC-06-04-06. ISSN: 1365-3075.
  6. Solli, D. R.; Chou, J.; Jalali, B. «Amplified wavelength–time transformation for real-time spectroscopy» (en anglès). Nature Photonics, 2, 1, 2008-01, pàg. 48–51. DOI: 10.1038/nphoton.2007.253. ISSN: 1749-4893.
  7. Chou, Jason; Solli, Daniel R.; Jalali, Bahram «Real-time spectroscopy with subgigahertz resolution using amplified dispersive Fourier transformation» (en anglès). Applied Physics Letters, 92, 11, 17-03-2008, pàg. 111102. DOI: 10.1063/1.2896652. ISSN: 0003-6951.