Espektroskopia

Espektroskopiak materia eta irradiatutako energiaren arteko interakzioa aztertzen duen teknika esperimentala da, fisika edo kimika analitikoan oso erabilia. Teknika honen bidez energia jakin bateko erradiazio elektromagnetikoaren emisioak eta absortzioak neur daitezke, eta energia hauek aztertu den sustantziaren energia maila jakinetan gerta daitezkeen trantsizio kuantikoekin erlazionatu. Espektroskopiako emaitzak espektro batean irudikatu ohi dira irradiazioaren uhin-luzera edo frekuentziarekiko. Atomo eta molekulek espektro bakar eta adierazgarri bat dutenez, espektro hauek atomo eta molekulak detektatu, identifikatu eta kuantifikatzeko erabiltzen dira.

Teoria 

Espektroskopiaren barruan, kontzeptu garrantzitsuenetako bat erresonantzia eta dagokion erresonantzia frekuentzia da. Hasiera batean erresonantzia sistema mekanikoetan (pendulu bat adibidez) erabili zen. Bibratu edo oszilatu egiten duten sistema mekanikoek oszilazioaren anplitude handi bat erakutsiko dute beraien erresonantzia frekuentzian aurkitzen badira. Anplitudea kitzikadura frekuentziarekiko irudikatu ezkero, grafikoaren gailurra erresonantzia frekuentziarekin bat etorriko da. Grafiko hau espektro mota bat da, eta grafikoko gailur hori espektro-lerroa deritzo. Espektro-lerro gehienek antzeko itxura dute.

Sistema mekaniko-kuantiko batean (atomo bat adibidez), antzeko erresonantzia fenomenoa bi egoera egonkor kuantikoen ahokatzea ematen denean gertatzen da. Erresonantzia gertatzeko energia iturri oszilatzaile bat behar da, fotoi bat adibidez. Planck konstantearen (h) bidez, fotoiaren energia bere frekuentziarekin (v) erlazionatua dagoenez (E=hv), bi egoera egonkor kuantikoen ahokatzea indartsuagoa izango da energia iturriaren (fotoiaren) energiak bi egoera horien energien diferentziarekin bat badator.

Atomo eta molekulen espektroak gehienetan espektro-lerro anitzaz osatuta daude. Espektro-lerro hauetako bakoitzak bi egoera kuantikoen arteko erresonantziari dagokio. Beraz, atomo edo molekula bakoitzak espektro jakin bat izango du. Espektro-lerro hauen azalpena erabakia izan zen mekanika kuantikoa onartua izan eta garatzeko. Esaterako, Rutherford-Bohr-ek hidrogeno atomoarentzako eraikitako modeloak modu egoki batean azaldu zuen hidrogenoaren espektro-lerroak.

Bohr-en Baldintzak 

Trantsizio bat gertatzeko 3 baldintzak:

 Ef −Ei = hν
 Ni ≠ Nf
 Trantsizio Dipoloa d =< f |d'| i > ≠ 0

d'= bektorea

N= populazio maila

Metodoen sailkapena 
Espektroskopiaren barruan azpiatal asko daude, eta ondorioz espektroskopia metodoen sailkapena modu desberdinetan egin daitezke.

Energia erradiaktiboaren arabera 

Espektroskopia mota desberdinak, interakzioan parte hartzen duen erradiazio energia motaren arabera sailkatzen dira. Aplikazio askotan, energia honen intentsitate edo frekuentzian ematen diren aldaketak neurtuz lortzen da espektroa. Erabiltzen diren energia erradiaktibo mota nagusiak hauek dira:

 Erradiazio elektromagnetikoa izan zen lehen energia-iturria espektroskopian. Erradiazio mota hau erabiltzen duten teknikak espektroaren uhin-luzera eremuaren arabera sailkatzen dira: mikro-uhinak, terahertz, infragorriak, gertuko infragorriak, ikusgaia eta ultramorea, X-izpiak eta gamma espektroskopia.

 Partikulak, beraien de Broglie uhin-luzera dela eta, erradiazio energia iturri izan daitezke. Elektroiak eta neutroiak erabiltzen dira espektroskopian, eta beraien energia zinetikoak zehazten du beraien uhin-luzera.

 Espektroskopia akustikoak irradiatutako presio-uhinak erabiltzen ditu.

 Metodo mekanikoak erabil daitezke erradiazio energia lortzeko.

Interakzioaren izaeraren arabera 

Espektroskopia mota desberdinak energia eta materiaren arteko interakzio izaeraren arabera ere sailka daitezke. Hauek dira interakzio mota nagusiak:

 Absortzioa: irradiatutako energia materiak absorbatzen du. Materialean zehar transmititutako energiaren portzentajea neurtzen da, eta absortzioak portzentaje hau txikitu egiten du.

 Emisioan materiak irradiatutako energia absorbatu ondoren, askatu egiten du. Askatutako energia hori neurtzen da. Fluoreszentzia, adibidez, emisio mota bat da.

 Dispertsio elastikoa edo islapen espektroskopiak irradiatutako energia nola dispertsatzen den neurtzen du. Kristalografian, X izpiak edo elektroiak bezalako energia altuko irradiazioen dispertsioa aztertzen da proteinetan edo kristal solidoetan atomoek dituzten ordenamendua zehazteko.

Materia motaren arabera 

 Atomoak: atomoen espektroskopia izan zen espektroskopiaren lehen aplikazioa. Atomoen absortzio espektroskopian eta atomoen emisio espektroskopian argi ikusgaia eta ultramorea erabiltzen dira. Absortzio eta emisio hauei atomoen lerro espektralak deritze. Absortzioaren kasuan, elektroiak nukleotik hurrenago dauden orbitaletarantz elektroi trantsizioa gertatzen da. Emisioaren kasuan, ordea, elektroia energia altuagoko (hurrenagoko) orbitaletara kitzikatu ondoren, nukleotik gertuago dagoen orbital batera ematen den trantsizioa neurtzen da. Elementu desberdinen atomoek espektro desberdina erakusten dute. Ondorioz, espektroskopia atomikoak lagin batek dituen elementuak identifikatu eta kuantifikatzeko erabiltzen dira.

 Molekulak: atomoak konbinatuz molekulak eratzen direnean energia-egoera berriak sortzen dira, eta ondorioz, energia-egoera berri hauen arteko trantsizioei dagokien espektro berriak.

 Kristalak eta materia hedatuak: atomo edo molekulek kristalak edo beste era bateko materia hedatuak eratzen dituztenean, energia-egoera berriak sortzen dira, eta ondorioz energia-egoera horien arteko trantsizio berriak.

 Nukleoak: atomoen nukleoek ere energia-egoera desberdinak dituzte. Energia-egoera hauek oso bananduak daudenez gamma izpien espektroak erabiltzen dira. Nukleo spin-egoera desberdinen energiak eremu magnetiko bategatik bereiziak egon daitezkeenez, NMR espektroskopiak burutu daitezke.

Ikus, gainera 

 Espektrometro
 Erradiazio elektromagnetiko
 Erresonantzia

Kanpo estekak 

Kimika analitikoa
Kimika fisikoa
Behaketa-astronomia
Astronomiako kontzeptuak