Спектроскопия — это изучение взаимодействия между веществом и электромагнитным излучением в зависимости от длины волны или частоты излучения. Исторически спектроскопия возникла как изучение зависимости поглощения газовой фазой вещества видимого света, рассеянного призмой, от длины волны.
Спектроскопия, в первую очередь в электромагнитном спектре, является фундаментальным инструментом исследования в области физики, химии и астрономии, позволяя изучать состав, физическую структуру и электронную структуру материи в атомном, молекулярном и макромасштабе, а также на астрономических расстояниях. Важные приложения биомедицинской спектроскопии возникают в области анализа тканей и медицинской визуализации.
Виды спектроскопии:
1. Атомная
2. Молекулярная
Спектроскопия как наука началась с того, что Исаак Ньютон расщепил свет с помощью призмы и была названа оптикой. Таким образом, первоначально она была изучением видимого света, который мы называем цветом, но позже под влиянием исследований Джеймса Клерка Максвелла стала включать в себя весь электромагнитный спектр. Хотя в спектроскопии задействован цвет, он не приравнивается к цвету элементов или объектов, которые включают в себя поглощение и отражение определенных электромагнитных волн, чтобы придать объектам ощущение цвета для наших глаз. Скорее, спектроскопия подразумевает расщепление света призмой, дифракционной решеткой или аналогичным инструментом, чтобы получить определенный дискретный рисунок линий, называемый «спектром», уникальный для каждого типа элемента.
Спектроскопические исследования были центральными для развития квантовой механики, потому что первые полезные атомные модели описывали спектры водорода, которые включают модель Бора, уравнение Шредингера и матричную механику, которые все могут производить спектральные линии водорода, таким образом, обеспечивая основу для дискретных квантовых переходов, чтобы соответствовать дискретному спектру водорода.
Спектроскопия используется в физической и аналитической химии, поскольку атомы и молекулы имеют уникальные спектры. В результате эти спектры могут быть использованы для обнаружения, идентификации и количественной оценки информации об атомах и молекулах. Спектроскопия также используется в астрономии и дистанционном зондировании Земли. Большинство исследовательских телескопов оснащены спектрографами. Измеренные спектры используются для определения химического состава и физических свойств астрономических объектов (таких как их температура, плотность элементов в звезде, скорость, черные дыры и многое другое). Важное применение спектроскопия находит в биохимии. Молекулярные образцы могут быть проанализированы для идентификации видов и содержания энергии.
В настоящее время область применения спектроскопии широка и многообразна. Расширение области спектроскопии связано с тем, что для анализа образца может быть использована любая часть электромагнитного спектра — от инфракрасного до ультрафиолетового, что сообщает ученым различные свойства одного и того же образца.
Существует несколько областей применения спектроскопии в медицине, физике, химии и астрономии. Используя свойства поглощения, а в астрономии — испускания, спектроскопия может быть использована для определения определенных состояний природы. Использование спектроскопии в столь разных областях и для столь разных применений привело к появлению специальных научных подполей. К таким примерам относятся:
- Одно из первых применений было для: определения атомной структуры образца.
- Следующее огромное применение было в астрономии: Изучение спектральных эмиссионных линий Солнца и далеких галактик.
- Исследование космоса.
- Мониторинг отверждения композитов с помощью оптических волокон.
- Оценка времени выветривания древесины с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области.
- Измерение различных соединений в образцах пищи с помощью спектроскопии поглощения в видимом и инфракрасном спектре.
- Измерение токсичных соединений в образцах крови.
- Неразрушающий элементный анализ с помощью рентгеновской флуоресценции.
- Исследование электронной структуры с помощью различных спектроскопов.
- Красное смещение для определения скорости и перемещения удаленного объекта.
- Определение метаболической структуры мышцы
- Мониторинг содержания растворенного кислорода в пресноводных и морских экосистемах.
- Изменение структуры лекарств для повышения эффективности.
- Определение характеристик белков.
- Анализ дыхательных газов в больницах.
- Поиск физических свойств далекой звезды или близлежащей экзопланеты с помощью релятивистского эффекта Доплера.
Выставку можно посмотреть в НТЗ (А-112).