La spettroscopia è un ambito di studio di grande importanza in ogni settore della chimica (analitica,organica,inorganica efisica) e in molti rami della fisica (dall'ottica all'astronomia), ha svariate applicazioni tecnologiche, mediche e industriali e storicamente è stata fondamentale per lo sviluppo dellameccanica quantistica.
È noto che la luce emessa da una sorgente si propaga nello spazio in ogni direzione. Se essa incontra un corpo “opaco” (in cui le radiazioni non possono propagarsi), si genera un cono d'ombra. Se la superficie è levigata i raggi possono subire unariflessione, se non è levigata possono subire unadiffusione. Se invece penetrano in un corpo trasparente ma vengono deviati, allora si ha il fenomeno dellarifrazione, che provoca la scomposizione della luce policromatica in radiazioni di diverso colore (lunghezza d'onda) che possono essere raccolte su uno schermo dando origine allo spettro. L'esperimento di scindere la luce nei suoi colori componenti fu effettuato daNewton nel1666, ponendo le basi della spettroscopia.
Esistono 3 tipi di spettri:
Ademissione continua: studiando la radiazione ottenuta scaldando uncorpo nero si otterrà uno spettro continuo che contiene tutte le onde elettromagnetiche esistenti, poiché in esso non vi sono interruzioni tra una radiazione e l'altra.
Ademissione a righe o bande: si ottiene usando come sorgente ungas rarefatto (a bassadensità epressione) ad elevata temperatura. Lospettro che ne deriva non è continuo ma a righe o bande (caratteristiche di specie poliatomiche). Gas con diversa composizione danno diversi insiemi di righe caratteristiche, per questo motivo esso è utile per identificare la composizione chimica di un gas.
Adassorbimento: quando la luce emessa da una sorgente passa per un gas a bassa pressione. Esso consente di identificare la natura chimica di una sostanza allo stato però gassoso.
L'analisi spettrale dunque, non solo è utile per analizzare le stelle, ma anche per studiare qualsiasi altro corpo che assorba e riflettaradiazioni elettromagnetiche.
Per eseguire un'analisi spettrofotometrica si misura l'entità dell'assorbimento di una radiazione luminosa con un campione posto davanti ad una sorgente di radiazioni.Per interpretare i fenomeni che avvengono è necessario conoscere le caratteristiche delle sorgenti luminose e la struttura della materia.L'assorbimento della radiazione provoca un aumento dell'energia interna della sostanza che assorbe. Ciò implica una eccitazione delle particelle componenti (elettroni, atomi, molecole, ecc.), che produce fenomeni caratteristici per ogni sostanza. Secondo lameccanica quantistica l'energia delle particelle costituenti la materia è quantizzata, può cioè assumere solo certi valori discreti.
In condizioni normali una particella si trova nello stato di minima energia. Quando una radiazione colpisce una particella, se l'energia deifotoni è uguale alla differenza fra l'energia dello stato eccitato della particella e quella di uno stato fondamentale, la radiazione viene assorbita e la particella passa dallo stato fondamentale a quello eccitato.
Poiché ad ogni sistema molecolare è associata una distribuzione caratteristica deilivelli energetici (elettronici, vibrazionali, rotazionali) l'assorbimento di una data radiazione è una proprietà caratteristica di quel sistema e non di altri. La meccanica quantistica consente di spiegare perché l'assorbimento di una determinata radiazione è specifico per ogni sostanza e dà luogo ad un caratteristico spettro di assorbimento. Essa inoltre, mediante lo sviluppo delleregole di selezione, permette di stabilire quali transizioni siano proibite e quali invece siano permesse.
Gli spettri di assorbimento rilevano quali frequenze sono state sottratte alla radiazione incidente nel passaggio attraverso il campione e permettono di misurare l'intensità con cui queste frequenze sono assorbite.
Le tecniche basate sullo studio delle radiazioni assorbite che trovano maggior applicazione nei laboratori di analisi sono suddivise in base alle caratteristiche delle radiazioni in:
Ogni sostanza assorbe a caratteristiche lunghezze d'onda. Questo consente di individuare un'analita sulla base del suo spettro di assorbimento, come fosse la sua impronta digitale, cioè di effettuare un'analisi qualitativa. Il profilo dello spettro di assorbimento dipende da vari parametri, quali, lo stato di aggregazione della sostanza, la natura del solvente, ilpH della soluzione. L'assorbimento ad una certa lunghezza d'onda dipende dalla natura e dalla concentrazione dell'analita.
Spettroscopia astronomica - Lo studio dello spettro della radiazione emessa dalle stelle e degli oggetti del profondo cielo
Spettroscopia a campo integrale - Tecniche spettroscopiche utilizzate per lo studio di oggetti astronomici in particolar modo nella frequenza infrarossa
Spettroscopia optogalvanica - Misura il cambiamento di corrente e del voltaggio in rapporto allalunghezza d'onda della radiazione utilizzata per modificare la conducibilità di un gas tramite una scarica autosostenuta
