Spektrometrija

Prikaz spektrometra kojim se promatra emisijska D linija natrija, valne duljine 589 nanometara D2 (lijevo) i 590 nanometara D1 (desno), korištenjem fitilja i plamena koji se natapa slanom vodom.

Emisijski spektar natrija koji prikazuje svojstvenu D liniju.

Spektrometar.

Spektar plamena alkohola.

Spektrometrija je grana analitičke kemije koja se isprva temeljila samo na mjerenjima međudjelovanja (interakcije) elektromagnetskoga zračenja s česticama (atomima i molekulama) tvari, a danas je proširena i na izbijanje manjih čestica iz početnih. Tom se tehnikom vrlo precizno mjere valna duljina elektromagnetskoga zračenja ili veličine proporcionalne energiji zračenja (valni broj, frekvencija) te kinetička energija izbačenih ili preostalih nabijenih čestica. Znatno se slabije mogu mjeriti promjene jakosti (intenziteta) zračenja i struje nabijenih čestica. Iz tih podataka dobivaju se vrijedne informacije o sastavu analiziranih uzoraka u kvalitativnom i kvantitativnom smislu pa se spektrometrija ubraja među najvažnije instrumentalne tehnike kemijske analize. Osim toga, spektrometrijom se dobivaju informacije i o strukturi (geometrija, masa, energija), električnim i magnetskim svojstvima molekula.

Spektrometrijska analiza

Spektrometrijska analiza je primjena spektroskopskih tehnika radi prepoznavanja (identifikacije), određivanja kemijskoga sastava (kvalitativna analiza), količine (kvantitativna analiza) i strukture tvari (spektroskopija). Spektrometrijska analiza provodi se s pomoću spektrometrijskih instrumenata (na primjer spektrometar). Položaj (valna duljina) registriranih spektralnih linija pruža podatke za kvalitativnu, a njihova jakost (intenzitet) za kvantitativnu kemijsku analizu. Analizom optičkih spektara Sunca i drugih zvijezda u svemiru bili su određeni njihovi kemijski sastavi, temperature i gustoće. Razvojem znanosti istraživanja su se proširila na sve vrste tvari, uključujući i žive organizme. Danas se tehnike spektrometrijske analize ubrajaju u najveću i najvažniju skupinu instrumentalnih tehnika suvremene kemijske analize, a primjenjuju se i u biokemiji, medicini, forenzici, fizici, geologiji, astronomiji i drugom.

U spektrometrijskoj analizi dominantne su emisijske i apsorpcijske tehnike. Atomska spektrometrija (emisijska i apsorpcijska) temelj je određivanja kemijskih elemenata. U atomskoj emisijskoj spektrometriji položaj linije u spektru (valna duljina) karakterističan je za atome određenog elementa, a intenzitet linije za njegovu koncentraciju. Tako se karakteristične emisijske linije alkalijskih i zemnoalkalijskih elemenata pojavljuju u vidljivom dijelu spektra (na primjer natrijeva žuta linija na valnoj duljini 589,3 nm, barijeva zelena linija na 524,2 nm). Elementi se analiziraju i drugim spektrometrijskim tehnikama, kao što je rendgenska fluorescencijska spektrometrija. Kemijski spojevi analiziraju se uglavnom tehnikama molekularne spektrometrije. Među njima prevladavaju apsorpcijske tehnike, kojima se određuje jakost (intenzitet) elektromagnetskoga zračenja koje se pri prolazu kroz analizirani uzorak djelomično apsorbira, a apsorpcija nastaje pri valnim duljinama svojstvenima za dotičnu tvar. Tako se ultraljubičastom i vidljivom spektrometrijom određuju funkcijske skupine, dok infracrvena i spektrometrija nuklearne magnetske rezonancije daje podatke o strukturi molekule. Od emisijskih spektrometrijskih tehnika u analizi molekula najvažnije su fluorescencija i fosforescencija.

Vrlo su važne i ostale tehnike spektrometrijske analize, na primjer masena spektrometrija, kojom se određuje molekularna formula i struktura molekula, Ramanova spektrometrija, koja se temelji na neelastičnom raspršenju monokromatskoga zračenja u vidljivom i bliskom infracrvenom dijelu spektra, spektrometrija nuklearne magnetske rezonancije, koja, osim u kemijskoj analizi, ima vrlo važnu primjenu i u medicini i tako dalje.

Spektrometar

Podrobniji članak o temi: Spektrometar

Spektrometar je uređaj koji izravno elektronskim detektorom snima spektar i mjeri njegovu jakost (intenzitet), dok je spektrofotometar naziv za spektrometar koji se koristi u području takozvane optičke spektrometrije (obuhvaća samo ultraljubičasto, vidljivo i infracrveno zračenje). Spektrometar se sastoji od izvora zračenja, monokromatora i detektora. U spektrometar valja staviti uzorak koji je predmet promatranja. Spektrometar će izmjeriti jakost određene valne duljine elektromagnetskog zračenja, koji je uzorak emitirao, apsorbirao, ili reflektirao. Kao detektori elektromagnetskog zračenja služe fotomultiplikatori, fotoosjetljive diode ili CCD čip, u vidljivom i ultraljubičastom području zračenja, te termoosjetljivi otpornici ili bolometri u infracrvenom području.

Kao što svjetlost Sunca, električne žarulje i električnog luka možemo rastaviti pomoću optičke prizme, tako možemo rastaviti svjetlost i različitih drugih izvora, na primjer usijanih kovina, soli, plinova i tako dalje. Proučavanjem spektra različitih tvari zove se spektroskopija. Za proučavanje i mjerenje spektara različitih izvora svjetlosti služi spektrometar. Spektrometar se sastoji od prizme, kolimatora, dalekozora i cijevi sa skalom za mjerenje položaja pojedinih dijelova spektra. Kolimator je cijev koja na prednjoj strani ima usku pukotinu na koju padaju zrake svjetlosti iz izvora, čiji spektar istražujemo. Na drugoj strani cijevi je optička leća. Duljina kolimatora jednaka je žarišnoj daljini leće, tako da zrake svjetlosti poslije izlaza iz kolimatora budu paralelne. Nakon loma kroz prizmu stvara se spektar u žarišnoj daljini dalekozora, pa taj spektar promatramo kroz okular. Cijev sa skalom ima na vanjskom kraju staklenu pločicu na kojoj je fotografirana skala, a postavljena je u žarišnoj daljini leće koja se nalazi na drugom kraju cijevi. Od osvijetljene skale padaju zrake svjetlosti na prizmu i nakon refleksije ulaze u dalekozor. Tako se pomoću reflektirane zrake može mjeriti položaj pojedinih spektralnih boja. Ako se mjesto dalekozora stavi fotografska kamera, može se dobiti fotografski snimak spektra. Takav se spektralni uređaj zove spektrograf.

Spektroskopija

Podrobniji članak o temi: Spektroskopija

Spektroskopija je znanost koja proučava djelovanje elektromagnetskog zračenja i materije. Spektroskopija se primjenjuje u mnogim granama prirodnih znanosti jer daje informacije o građi i sastavu tvari, njezinoj temperaturi, tlaku. Spektroskopija može dati informacije o dinamici promatranog sustava. Vjerojatno najšira upotreba spektroskopije je u analitičke svrhe. Spektroskopija se najčešće dijeli prema spektralnom području, a to često ovisi o grani znanosti koja rabi dotičnu spektroskopiju. Kao rezultat spektroskopskog istraživanja dobiva se spektar. Spektroskopija se, prema fenomenu koji izaziva sprezanje elektromagnetskog zračenja može podijeliti na:

• rotacijsku spektroskopiju
• vibracijsku spektroskopiju
• elektronsku spektroskopiju