სპექტროსკოპია

სპექტროსკოპია ( და ) — ფიზიკის დარგი, რომელიც შეისწავლის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტრებს. სპექტროსკოპიული მეთოდებით შეიძლება გამოკვლეულ იქნეს ატომების, მოლეკულებისა და მათგან შედგენილი მაკროსკოპული სისტემების ენერგეტიკული დონეები და კვანტური გადასვლები ამ დონეებს შორის, რაც მნიშვნელოვან ინფორმაციას იძლევა ნივთიერების აღნაგობასა და თვისებებზე. სპექტროსკოპიის გამოყენების უმნიშვნელოვანესი დარგებია სპექტრული ანალიზი და ასტროფიზიკა.

სპექტროსკოპიის ჩასახვის თარიღად მიიჩნევენ 1666 წელს, როდესაც ი. ნიუტონმა პირველა დაშალა სპექტრად მზის სინათლე. სპექტროსკოპიის შემდგომი განვითარების მნიშვნელოყცა ეტაპი იყო საუკუნის დასაწყისში მზი სპექტრში შთანთქმის ხაზების (ფრაუნჰოფერის ხაზები) აღმოჩენა და შესწალა, შთანთქმისა და გამოსხივების სპექტრებს შორის კავშირის დადგენა (გ. კირჰოფი, რ. ბუნზენი, 1859) და მათ საფუ ძველზე სპექტრული ანალიზის აღმოცენება. სპექტრული ანალიზით პირველად გახდა შესაძლებელი ასტრონომიული ობიექტების (მზის, ვარსკვლავების, ნისლეულების) შედგენილობის განსაზღვრა. საუკუნის ნახევარსა და საუკუნის დასაწყისში სპექტროსკოპია ვითარდებოდა როგორც ემპირიული მეცნიერება. დაგროვდა დიდძალი მასალა ატომებისა და მოლეკულების სპექტრების შესახებ, დადგინდა სპექტრული ხაზების და ზოლების განლაგების კანონზომიერებანი. 1913 წელს ნ. ბორმა ახსნა ეს კანონზომიერებანი კვანტური თეორიის საფუძველზე. ამ თეორიის მიხედვით ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტრების წარმოქმნა დაკავშირებულია ატომური სისტემის ენერგეტიკულ დონეებს შორის კვანტურ გადასვლებთან ბორის პოსტულატების შესაბამისად. შემდგომში სპექტროსკოპიამ დიდი როლ შეასრულა კვანტური მექანიკისა და კვანტური ელექტროდინამიკის ჩამოყლიბებაში, რომლებიც, თავის მხრივ, თანამედროვე სპექტროსკოპიის თეორიულ ბაზად გადაიქცნენ.

სპექტროსკოპიის დაყოფა შეიძლება სხვადასხვა ნიშნის მიხედვით. ელექტრომაგნიტურ ტალღების სიგრძის (ან სიხშირის) დიაპაზონის მიხედვით სპექტროსკოპიაში გამოყოფენ რადიოსპექტროსკოპიას, რომელიც მოიცავს რადიოტალღების მთელ არეს; ოპტიკურ სპექტროსკოპიას რომელიც შეისწავლის ოპტიკურ სპექტრს და მოიცავს ინფრაწითელ სპექტროსკოპიას. ხილული გამოსხივების სპექტროსკოპიასა და ულტრაიისფერ სპექტროსკოპიას; რენტგენულ სპექტროსკოპიასა და გამა-სპექტროსკოპიას, თითოეული მათგანის სპეციფიკა ემყარება შესაბამის დიაპაზონის ელექტრომაგნიტური ბალღების თავისებურებებს, მათი მიღებისა და კვლვის მეთოდებს. რადიოსპექტროსკოპიას იყენებენ რადიოტექნიკური მეთოდებს, რენტგენულ სპექტროსკოპიაში — რენტგენის სხივების მიღებისა და კვლევის მეთოდებს, გამა-სპექტროსკოპიაში — ბირთვული ფიზიკის ექსპერიმენტალურ მეთოდებს, ოპტიკურ სპექტროსკოპიაში — ოპტიკის მეთოდებს. თანამედროვე რადიოელექტრონიკის მეთოდებთან ერთად, ხშირად ტერმინ „სპექტროსკოპიაში“ გულისხმობენ მხოლოდ ოპტიკურ სპექტროსკოპიას.

სპექტროსკოპია შეიძლება დაიყოს კონკრეტულ ექსპერიმენტული მეთოდების შესაბამისადაც. ოპტიკურ სპექტროსკოპიას გამოყოფენ ინტერფერენციულ სპექტროსკოპიას (დაფუძნებულია ინტერფერენციაზე და იყენებს ინტერფერომეტრებს), ვაკუუმურ სპექტროსკოპიას; ფურიე-სპექტროსკოპიასა და ლაზერულ სპექტროსკოპიას (რომელიც ლაზერის გამოყენებას ემყარება). ულტრაიისფერი (რენტგენული სპექტროსკოპიის ერთ-ერთი ნაწილი ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია, რომელიც დაფუძნებულია ულტრაიისფერი და რენტგენული ფოტონების შთანთქმისას ნივთიერებიდან ამოგლეჯილი ელექტრონების ენერგეტიკულ ანალიზზე.

გამოსაკვლევი სისტემების ტიპების მიხედვით განასხვავებენ ატომურ (შეისწავლის ატომურ სპექტრებს), მოლეკულურ (შეისწავლის მოლეკულურ სპექტრებს) და ნივთიერების კონდენსირებული მდგომარეობის (კერძოდ, კრისტალების) სპექტროსკოპიას. მოლეკულაში მოძრაობათა ტიპების (ელექტრონული, რხევითი, ბრუნვითი) შესაბაისად მოლეკულურ სპექტროსკოპიას ყოფენ ელექტრონულ, რხევით და ბრუნვით სპექტროსკოპიად. ანალოგიურად განასხვავებენ კრისტალების ელექტრონულსა და რხევით სპექტროსკოპიას. ატომების მოლეკულებისა და კრისტალების სპექტროსკოპიაში იყენებენ ოპტიკური სპექტროსკოპიის რენტგენული სპექტროსკოპიისა და რადიოსპექტროსკოპიის მეთოდებს.

კვლევისას განსაკუთრებული დარგია ბირთვული სპექტროსკოპია, რომელიც მოიცავს გამა-, ალფა- და ბეტა-სპექტროსკოპიას. მათგან ხოლოდ გამა-სპექტროსკოპია განეკუთვნება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტროსკოპიას.

კრისტალთა სპექტროსკოპია
ექსპერიმენტული მეთოდების განსაკუთრებული მრავალნაირობა დამახასიათებელია კრისტალების სპექტროსკოპიისათვის. კრისტალების სპექტროსკოპია შეისწავლის შთანთქმის, არეკვლის, ლუმინესცენციისა და გაბნევის სპექტრებს და მათზე გარეშე ზემოქმედების, მაგალითად ელექტრული ველის (შტარკის ეფექტი), მაგნიტური ველის (ზეემანის ეფექტი), კრისტალის ყოველმხრივი შეკუმშვის ან მიმართული დეფორმაიის (პიეზოსპექტროსკოპიული ეფექტი) და სხვა გავლენას, გრეთვე კრისტალთა სპექტრების დამოიდებულებას ტემპერატურასა (სტრუქტურისა და ინტენსიურობის ცვლილება, ზოლების ჩანაცვლება და გაგანიერება) და სინათლის პოლარიზაციაზე.

კრისტალების სპექტროსკოპია საშუალებას გვაძლევს ივიღოთ ინფორმაცია კრისტალის ენერგეტიკული დონეების სისტემაზე, ნივთიერებასთან სინათლის ურთიერთქმედების მექანიზმზე, კრისტალში შთანთქმული ენერგიის გადატანასა და გარდაქმნაზე, ფოტომეტრიულ რეაქციებსა და ფოტოგამტარობაზე. კრისტალების სპექტროსკოპია იძლევა აგრეთვე ინფორმაციას კრისტალური მესრის სტრუქურაზე, სხვადასხვა დეფექტის აღნაგობასა და ორიენტაციაზე და სხვ. კრისტალების სპექტროსკოპიის შედეგებზეა დაფუძნებული კრისტალთა გამოყენება კვანტურ ელექტრონიკაში, ლუმინოფორებად, სცინტილატორებად, სინათლის ენერგიის გარდამქმნელებად, ინფორმაციის ჩასაწერად და სხვ.

ლაზერების გამოყენება სპექტროსკოპიაში (ლაზეული სპექტროსკოპია) საშუალებას გვაძლევს გადავწყვიტოთ ისეთი ამოცანები, რომელთა გადაყვეტა ჩვეულებრივი მეთოდებით შეუძებელია.