Spektroskopi
Giriş

Spektroskopi, maddenin yapısı ve özellikleri hakkında bilgi edinmek için spektrografik ekipman ve diğer tekniklerle ölçülen dalga boyu veya frekansının bir fonksiyonu olarak elektromanyetik radyasyonun spektrumları ile ilgilenen bir bilim dalıdır. Spektral ölçüm cihazları spektrometreler, spektrofotometreler, spektrograflar veya spektral analizörler olarak adlandırılır. Laboratuvardaki çoğu spektroskopik analiz, analiz edilecek bir örnekle başlar, ardından ışık spektrumunun istenen herhangi bir aralığından bir ışık kaynağı seçilir, ardından ışık örnekten bir dağılım dizisine (kırınım ızgarası aleti) gider ve bir fotodiyot tarafından yakalanır. Astronomik amaçlar için, teleskop ışık dağılım cihazı ile donatılmış olmalıdır. Bu temel kurulumun kullanılabilecek çeşitli versiyonları bulunmaktadır.
Spektroskopi Isaac Newton tarafından bir prizma vasıtasıyla ışığın parçalara ayrılmasıyla başlamıştır. Aynı zamanda modern optiğin başlangıcı da olan bu gelişimin çalışma alanı, renk olarak bildiğimiz görünür ışığın incelenmesi şeklinde başlamış, daha sonrasında ise James Clerk Maxwell'in çalışmaları neticesinde tüm elektromanyetik spektrumu içerecek biçimde genişlemiştir. Renk spektroskopinin bir parçası olsa da nesnelere gözümüze renk hissi vermek için belirli elektromanyetik dalgaların emilmesini ve yansımasını içeren elementlerin veya nesnelerin rengiyle aynı kavram değildir. Bundan farklı olarak spektroskopi, ışığın bir prizma, kırınım ızgarası veya benzer bir aletle bölünmesini ve her bir farklı element tipine özgü "spektrum" adı verilen belirli bir ayrık çizgi deseninin ortaya çıkmasını inceler. Çoğu element, spektrumlarının incelenmesine olanak sağlayabilmek amacıyla ilk olarak bir gaz fazına konulmaktadır, fakat günümüzde farklı fazlar üzerinde başka yöntemler de kullanılabilmektedir. Prizma benzeri bir aletle içinden geçen ışığı kırdırılan her element, soğutma veya ısıtmaya bağlı olarak ya bir soğurma spektrumu ya da bir emisyon spektrumu sonucunu vermektedir.
Yakın zamana kadar tüm spektroskopi çalışmaları çizgi tayflarının incelenmesini içermekteydi ve çoğu çalışma hala daha bu kapsamda yürütülmektedir. Bununla birlikte, spektroskopideki son gelişmeler sonucunda kimi zamanlarda tayf dağılım tekniği göz ardı edilebilmektedir. Örneğin, biyokimyasal spektroskopide, emilim ve ışık saçılması teknikleri ile biyolojik doku hakkında bilgi toplanabilir. Işık saçılma spektroskopisi, elastik saçılmayı inceleyerek doku yapılarını belirleyen bir yansıma spektroskopisi türüdür. Böyle bir durumda, bir kırınım veya dağılım mekanizması olarak hareket eden dokudur.
Spektroskopi çalışmaları Bohr modeli, Schrödinger denklemi ve Matris mekaniği gibi hidrojenin spektral çizgilerini ortaya çıkaran ilk işlevsel atom modelleri sayesinde hidrojen atomunun spektrum ile tanımlanabilmesiyle ayrık hidrojen spektrumu ile ayrık kuantum sıçramalarını birbiriyle eşleştiren temel argümanları sağlayarak kuantum mekaniğinin gelişiminin merkezinde yer almıştır. Ayrıca, Max Planck'ın bir fotometre kullanarak ışığın dalga boyunu karanlık maddenin sıcaklığıyla karşılaştırılabilmesine imkan veren karanlık madde radyasyonu da spektroskopinin çalışma alanlarından birisidir. Spektroskopi atomların ve moleküllerin kendilerine özgü spektrası bulunması nedeniyle fiziksel ve analitik kimya alanında da kullanılmaktadır. Bunun sonucu olarak bu spektrumlar atomların ve moleküllerin tespit edilmesi, tanımlanması ve miktar bilgilerinin elde edilmesinde kullanılır. Spektroskopi aynı zamanda Dünya'dan uzaktaki nesnelerin algılanmasında ve astronomide kullanılmaktadır. Çoğu araştırma teleskopları bünyelerinde spektrografları barındırmaktadır. Bu şekilde ölçümlenen spektrumlar yıldızlar, kara delikler ve diğer astronomik cisimlerde bulunan elementlerinin sıcaklığı, yoğunluğu ve hızı gibi fiziksel özellikleri ile cismin bileşenlerinin belirlenebilmesine katkı sağlar. Spektroskopinin önemli kullanım alanlarından biri de biyokimyadır. Molekül örnekleri türlerin kimliklendirilmesi ve enerji içeriklerinin analizi için kullanılabilmektedir.