สเปกโทรสโกปี

สเปกโทรสโกปีศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารกับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าโดยแยกตาม ความยาวคลื่น, ความถี่ หรือ พลังงาน ตำแหน่งและรูปร่างของ เส้นสเปกตรัม หรือ วงดนตรี ให้ข้อมูลเกี่ยวกับระดับพลังงาน โครงสร้าง องค์ประกอบ และสภาวะของตัวอย่าง

แกนของ สเปกตรัม

สเปกตรัม มักเขียน ความเข้ม เทียบกับ ความยาวคลื่น λ, ความถี่ ν หรือ หมายเลขคลื่น ᵠν=1/λ โดย ν=c/λ และ พลังงานโฟตอน E=hν=สาธารณสุข/λ ดังนั้น ความยาวคลื่น สั้นหมายถึง พลังงานโฟตอน สูงขึ้น

ต้องอ่านหน่วยของแกนให้ชัด เพราะ IR นิยม cm⁻¹ ส่วน มองเห็นได้ด้วยรังสียูวี มักใช้ nm และ ไมโครเวฟ อาจใช้ ความถี่ โดยตรง

สเปกตรัมเส้นอะตอม

อะตอมมี ระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ แบบไม่ต่อเนื่อง เมื่อ การเปลี่ยนแปลง ระหว่างระดับเกิดขึ้น จะดูดหรือปล่อย โฟตอน ที่ เชื่อฟัง ΔE=hν เส้นของอะตอมเดี่ยวอาจคมมาก แต่ตัวอย่างจริงมี ดอปเปลอร์, ความกดดัน และ การขยายเครื่องมือ

การปล่อยก๊าซเรือนกระจก กับ การดูดซึม อาจเกี่ยวข้องกับ ความแตกต่างของพลังงาน เดียวกัน แต่ ประชากร ของ รัฐ และ กฎการคัดเลือก ทำให้ ความเข้ม ต่างกัน

สเปกตรัมโมเลกุล

โมเลกุลมี หมุนเวียน และ ระดับย่อยของการสั่นสะเทือน เพิ่มจาก ระดับอิเล็กทรอนิกส์ จึงมักเห็น วงดนตรี หรือโครงสร้างหนาแน่นกว่าอะตอม การหมุนหัววัดไมโครเวฟ, การสั่นสะเทือนของโพรบ IR และ มองเห็นได้ด้วยรังสียูวี มักเกี่ยวกับ การเปลี่ยนทางอิเล็กทรอนิกส์

การสั่นจะ IR-ใช้งานอยู่ เมื่อ โมเมนต์ไดโพล เปลี่ยนระหว่าง การสั่นสะเทือน ส่วน รามัน ใช้ กฎการเลือก ที่เกี่ยวกับ ความสามารถในการโพลาไรซ์ จึงไม่ใช่ทุก พันธบัตร ที่ให้ จุดสูงสุด แบบเดียวกัน

กฎหมายเบียร์-แลมเบิร์ต

สารละลายเจือจางที่ดูดกลืนสามารถใช้ A=εก่อนคริสต์ศักราช โดย A=−เข้าสู่ระบบ₁₀T และ T=I/I₀ ค่า ε ขึ้นกับชนิดสารและ ความยาวคลื่น, b คือ ความยาวเส้นทาง และ c ความเข้มข้น

ที่ ความเข้มข้น สูง มี กระเจิง, เคมีสมดุล หรือ แสงหลงทาง ความเป็นเชิงเส้นอาจเสีย จึงควรใช้ ช่วงการสอบเทียบ ที่ทดสอบแล้ว

ความละเอียด และ การสอบเทียบ

ความละเอียด บอกว่าสอง คุณสมบัติ ที่อยู่ใกล้กันแยกได้หรือไม่ การทำ กรีด แคบอาจเพิ่ม ความละเอียด แต่ลด สัญญาณ และ เสียงรบกวน ของ เครื่องตรวจจับ ยังจำกัดการวัด

การสอบเทียบความยาวคลื่น ใช้ เส้นอ้างอิง ที่ทราบค่า ส่วน การวิเคราะห์เชิงปริมาณ ต้องจัดการ พื้นฐาน, รูปร่างเส้น และ การสอบเทียบความเข้ม ให้เหมาะสม ไม่ควรดู ความสูงสูงสุด อย่างเดียวโดยไม่ตรวจบริบท

การขยายเส้น

เส้นสเปกตรัมจริงมีความกว้าง การขยายดอปเปลอร์อันจำกัด เกิดจาก การกระจายสินค้า ของความเร็วอะตอมและเพิ่มกับอุณหภูมิ ส่วน การขยายแรงดัน เกิดจาก การชนกัน ที่รบกวน เฟส หรือ ระดับพลังงาน ของตัวปล่อยแสง

ตราสาร เองก็มี ความละเอียดจำกัด ดังนั้น รูปร่างเส้นที่สังเกตได้ เป็นผลรวมของ การขยายทางกายภาพ กับ การตอบสนองของเครื่องมือ การแยกสองส่วนสำคัญเมื่อใช้ ความกว้างของเส้น หาอุณหภูมิหรือ ความกดดัน

การระบุสารและการวิเคราะห์เชิงปริมาณ

ตำแหน่ง จุดสูงสุด ทำหน้าที่คล้าย ลายนิ้วมือ แต่การระบุสารควรใช้หลาย คุณสมบัติ พร้อมกัน เพราะ จุดสูงสุด เดี่ยวอาจซ้อนกับสารอื่นได้ สำหรับ ส่วนผสม การใช้ สเปกตรัมอ้างอิง หรือ การปรับหลายตัวแปร มักน่าเชื่อถือกว่าการเลือก จุดสูงสุด เดียว

การวิเคราะห์เชิงปริมาณต้องใช้ ว่างเปล่า, มาตรฐานการสอบเทียบ และ ความไม่แน่นอน ของ ความยาวเส้นทาง หรือ การเตรียมความเข้มข้น ไม่ใช่เพียงแทนค่า เบียร์-แลมเบิร์ต โดยไม่ประเมิน ข้อผิดพลาด

แบบฝึกหัด

พลังงาน โฟตอน

λ=500 nm

เฉลย: E≈3.97×10⁻¹⁹ J≈2.48 eV

เบียร์-แลมเบิร์ต

ε=100 L mol⁻¹ cm⁻¹, b=1 cm, c=0.010 mol/L

เฉลย: A=1.00 และ T=0.10

ความถี่

λ=600 nm

เฉลย: ν≈5.00×10¹⁴ Hz