Apsorpciona spektroskopija

Apsorpciona spektroskopija se odnosi na spektroskopske tehnike koje mere apsorpciju zračenja,[1][2][3] nastalu usled interakcije sa uzorkom, kao funkciju frekvencije ili talasne dužine.[4] Uzorak apsorbira energiju (npr. fotone) iz izvora zračenja pri čemu postoji razlika u intenzitetu apsorpcije u zavisnosti od frekvencije. Zavisnost intentiteta apsorpcije od frekvencije (ili talasne dužine) predstavlja apsorpcioni spektar. Apsorpciona spektroskopija ima primenu u analitičkoj hemiji kao tehnika kojom je moguće kvalitativno i kvantitativno odrediti neku supstancu (npr. infracrvena spektroskopija, UV-vidljiva spektroskopija).

Pregled apsorpcije elektromagnetne radijacije. Ovaj primer diskutuje opšti princip koristeći vidljivu svetlost. Izvor belog snopa - koji emituje svetlost mnoštva talasnih dužina - fokusiran je na uzorak (parovi komplementarnih boja su označeni žutim isprekidanim linijama). Kada dosegnu uzorak, fotoni koji odgovaraju energetskom jazu prisutnih molekula (zeleno svetlo u ovom primeru) se apsorbuju čime se pobuđuju molekuli. Ostali fotoni se prenose netaknuti i ako je zračenje u vidljivom području (400-700nm), boja uzorka je komplementarna boji apsorbovane svetlosti. Upoređivanjem „prigušenja” transmitovane sa upadnom svetlošću može se dobiti apsorpcioni spektar.
Primer primene apsorpcione spektroskopije: apsorpcioni spektar atmosfere planete izvan Sunčevog sistema - vidljiva je natrijumova linija

Postoji širok opseg eksperimentalnih pristupa za merenje apsorpcionih spektra. Najčešći aranžman je direktno usmeravanje generisanog snopa zračenja na uzorak i detekcija intenziteta radijacije koja prolazi kroz njega. Prenesena energija može se koristiti za izračunavanje apsorpcije. Izvor, dispozicija uzorka i tehnika detekcije značajno se razlikuju u zavisnosti od frekvencijskog opsega i svrhe eksperimenta.

Glavne vrste apsorpcione spektroskopije su navedene u sledećoj tabeli.[5]

Sr. br Elektromagnetna radijacija Spektroskopski tip
1 X-zraci X-zračna apsorpciona spektroskopija
2 UV - vidljiva UV-Vis apsorpciona spektroskopija
3 IR Infracrvena apsorpciona spektroskopija
4 Mikrotalasi Mikrotalasna apsorpciona spektroskopija
5 Radio talasi Elektronski spinski rezonantna spektroskopija

Nuklearno magnetno rezonantna spektroskopija

Apsorpcioni spektarУреди

 
Solarni spektar sa vidljivim Fraunhoferovim linijama[6][7][8]

Apsorpcioni spektar neke supstance predstavlja deo upadnog zračenja koji je supstanca apsorbovala u određenom rangu frekvencija. Apsorpcioni spektar je primarno određen atomskim i molekularnim sastavom supstance.[1][2][3] Najveća je verovatnoća da će zračenje biti apsorbovano na frekvencijama koje odgovaraju energetskoj razlici između energetskih nivoa molekule. Apsorpcija koja se događa usled prelaza između dva energetska stanja predstavlja apsorpcionu liniju, a spektar se obično sastoji od većeg broja linija.[9][10] Apsorpcija do koje dolazi usled prelaza između dva stanja se naziva apsorpcionom linijom i spektar se tipično sastoji od mnoštva linija.[11] U zavisnosti od sredine u kojoj se nalazi molekula, spektar će imati određenu širinu i oblik.

Osnovna teorijaУреди

Apsorpcione linije su tipično klasifikovane prema prirodi kvantno-mehaničke promjene indukovane u atomu ili molekulu. Npr. rotacione linije se pojavljuju kada se menja rotaciono stanje molekule. Rotacione linije pripadaju mikrotalasnom delu spektra.[12] Vibracione linije su posledica promene vibracionog stanja molekule i pripadaju infracrvenom području elektromagnetnog spektra.[13]

Energija povezana sa kvantno-mehaničkom promenom je pvenstvena odrednica frekvencije apsorpcione linije, mada frekvencija može biti pomerena usled nekoliko tipova interakcija. Električna i magnetna polja mogu prouzrokovati pomak. Interakcije sa susednim molekulama mogu prouzrokovati pomake. Na primer, apsorpcione linije molekula u gasnoj fazi mogu se značajno pomerati kada je taj molekul u tečnom ili čvrstom stanju, i stoga formira jače interakcije sa susednim molekulima.

Širina i oblik apsorpcionih linija se određuju instrumentom koji se koristi za posmatranje materijala koji apsorbuje zračenje i fizičkog okruženja tog materijala. Uobičajeno je da linije imaju oblik Gausove ili Lorencove distribucije. Takođe je uobičajeno da se linija opisuje isključivo intenzitetom i širinom, umesto da se karakteriše celokupan oblik.

Integrisani intenzitet - dobijen integrisanjem područja ispod apsorpcione linije - proporcionalan je količini prisutne apsorbujuće supstance. Intenzitet je takođe povezan sa temperaturom materije i kvantno mehaničkom interakcijom između zračenja i apsorbera. Ova interakcija se kvantifikuje momentom tranzicije i zavisi od određenog donjeg stanja iz kojeg tranzicija polazi, kao i gornjeg stanja sa kojim je povezana.

Širina apsorpcionih linija može se odrediti spektrometrom koji se koristi za njihovo snimanje. Spektrometri imaju svojstvena ograničenja u pogledu širine linija koje mogu da razreše, tako da uočena širina može da bude na ovoj granici. Ako je širina veća od limita rezolucije, tada je prvenstveno određena okruženjem apsorbera. Tečni ili čvrsti apsorberi, u kojima susedni molekuli formiraju snažne međusobne interakcije, imaju tendenciju stvaranja širih apsorpcionih linija od gasa. Povećanje temperature ili pritiska apsorbujućeg materijala isto tako rezultira tendencijom povećanja širine linije. Često se dešava da nekoliko susednih prelaza budu dovoljno blizu jedni drugima da se njihove linije preklapaju i rezultirajuća sveukupna linija je stoga šira.

Relation to transmission spectrumУреди

Spektri apsorpcije i transmisije predstavljaju ekvivalentne informacije, i jedni se mogu izračunati iz drugih matematičkom transformacijom. Transmisioni spektar ima svoj maksimalni intenzitet na talasnim dužinama gde je apsorpcija najslabija, jer se kroz uzorak prenosi više svetlosti. Apsorpcioni spektar ima svoj maksimalni intenzitet na talasnim dužinama gde je apsorpcija najjača.

Vidi jošУреди

ReferenceУреди

  1. ^ а б Modern Spectroscopy (Paperback) by J. Michael Hollas. ISBN 978-0-470-84416-8.
  2. ^ а б Symmetry & Spectroscopy: An Introduction to Vibrational and Electronic Spectroscopy (Paperback) by Daniel C. Harris, Michael D. Bertolucci. ISBN 978-0-486-66144-5.
  3. ^ а б Spectra of Atoms and Molecules by Peter F. Bernath. ISBN 978-0-19-517759-6.
  4. ^ Donald A. McQuarrie; John D. Simon (1997). Physical Chemistry: A Molecular Approach (1st изд.). University Science Books. ISBN 0935702997. 
  5. ^ Kumar, Pranav (2018). Fundamentals and Techniques of Biophysics and Molecular biology. New Delhi: Pathfinder publication. стр. 33. ISBN 978-93-80473-15-4. 
  6. ^ Hearnshaw, J.B. (1986). The analysis of starlight. Cambridge: Cambridge University Press. стр. 27. ISBN 978-0-521-39916-6. 
  7. ^ Fraunhofer, Joseph (1814). "Bestimmung des Brechungs- und des Farben-Zerstreuungs - Vermögens verschiedener Glasarten, in Bezug auf die Vervollkommnung achromatischer Fernröhre"] (Determination of the refractive and color-dispersing power of different types of glass, in relation to the improvement of achromatic telescopes). 5. Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München. стр. 193—226. 
  8. ^ Jenkins, Francis A.; White, Harvey E. (1981). „Fundamentals of Optics” (4th изд.). McGraw-Hill: 18. ISBN 978-0-07-256191-3. 
  9. ^ Weinberg, S. (2002). The Quantum Theory of Fields. I. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-55001-7. 
  10. ^ Griffiths, David J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-111892-8. 
  11. ^ Rothman, L.S.; Gordon, I.E.; Babikov, Y.; Barbe, A.; Chris Benner, D.; Bernath, P.F.; Birk, M.; Bizzocchi, L.; Boudon, V.; Brown, L.R.; Campargue, A.; Chance, K.; Cohen, E.A.; Coudert, L.H.; Devi, V.M.; Drouin, B.J.; Fayt, A.; Flaud, J.-M.; Gamache, R.R.; Harrison, J.J.; Hartmann, J.-M.; Hill, C.; Hodges, J.T.; Jacquemart, D.; Jolly, A.; Lamouroux, J.; Le Roy, R.J.; Li, G.; Long, D.A.; et al. (2013). „The HITRAN2012 molecular spectroscopic database”. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 130: 4—50. Bibcode:2013JQSRT.130....4R. ISSN 0022-4073. doi:10.1016/j.jqsrt.2013.07.002. 
  12. ^ Gordy, W. (1970). A. Weissberger, ур. Microwave Molecular Spectra in Technique of Organic Chemistry. IX. New York: Interscience. 
  13. ^ Atkins PW, de Paula J (2009). Elements of physical chemistry (5th изд.). Oxford: Oxford U.P. ISBN 978-0-19-922672-6. 

LiteraturaУреди

Spoljašnje vezeУреди