Spettroscopia

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La misura e lo studio di uno spettro è chiamato spettroscopia. In origine uno spettro era la gamma di colori che si osserva quando della luce bianca viene dispersa per mezzo di un prisma. Con la scoperta della natura ondulatoria della luce, il termine spettro venne riferito all'intensità della luce in funzione della lunghezza d'onda o della frequenza.

Oggi il termine spettro è stato generalizzato ulteriormente, ed è riferito a un flusso o un'intensità di radiazione elettromagnetica o particelle (atomi, molecole o altro) in funzione della loro energia, lunghezza d'onda, frequenza o massa.

Uno strumento che permette di misurare uno spettro viene chiamato spettrometro, spettrografo o spettrofotometro. Quest'ultimo termine si riferisce ad uno strumento per la misura dello spettro elettromagnetico.

[modifica] Spettroscopia

[modifica] Teoria dell'assorbimento

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 la meccanica 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 dei fotoni 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 dei livelli 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.

[modifica] La radiazione

• Radiazione elettromagnetica
• Spettro elettromagnetico
• Zone spettrali

[modifica] La materia

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

[modifica] Strumenti e tecniche

Le tecniche basate sullo studio delle radiazioni assorbite che trovano maggior applicazione nei laboratori di analisi sono suddivide in base alle caratteristiche delle radiazioni in:

• spettrofotometria Ultravioletto/Visibile (UV/Vis)
• spettrofotometria Infrarosso (IR)
• spettrofotometria di Assorbimento Atomico (AAS)
• spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR)

[modifica] Applicazioni analitiche

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, il pH della soluzione. L'assorbimento ad una certa lunghezza d'onda dipende dalla natura e dalla concentrazione dell'analita.

[modifica] Analisi qualitativa

• Analisi qualitativa UV/Visibile
• Analisi qualitativa IR

[modifica] Analisi quantitativa

• Analisi quantitativa
• Legge di Lambert-Beer
• Metodi di analisi quantitativa: UV/Vis e AAS

[modifica] Tipi di spettroscopia

[modifica] Radiazione elettromagnetica

• spettroscopia infrarossa - Lo studio dello spettro della radiazione infrarossa
• spettroscopia ottica/ultavioletta - Lo studio dello spettro della radiazione ottica e ultravioletta
• spettroscopia stellare - Lo studio dello spettro della radiazione emessa dalle stelle
• spettroscopia di risonanza magnetica nucleare - Misura dell'assorbimento risonante di radiazione in radiofrequenza da parte di nuclei atomici in un forte campo magnetico
• spettroscopia Mössbauer - Misura l'assorbimento nucleare risonante di fotoni senza rinculo
• spettroscopia di assorbimento dei raggi X - Misura dell'assorbimento dei raggi X intorno ad una soglia, indicata con la sigla XAS (X-ray absorption spectroscopy)
• spettrofotometria XRF - Misura l'emissione di luce di fluorescenza di un campione esposto ai raggi X
• spettroscopia ad emissione di raggi X - Indicata con la sigla anglosassone EDX (Energy Dispersive X-ray analysis)
• spettroscopia ad emissione di raggi X - Indicata con la sigla anglosassone PIXE (Particle Induced X-ray Emission)

[modifica] Particelle

• spettrometria di massa - Lo studio della massa di atomi, ioni o molecole misurata deviazione della loro traiettoria attraversando un campo magnetico

[modifica] Varie

• spettroscopia in trasformata di Fourier - Metodo estesamente applicato nella misura di spettri di vario tipo al fine di passare da uno spettro registrato nel dominio del tempo ad uno leggibile nel dominio delle frequenze. È comunemente applicato nella spettroscopia infrarossa (FTIR) e nella spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (FTNMR) da circa venti anni.
• spettroscopia Raman
• spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR)
• spettroscopia fotoelettronica

[modifica] Collegamenti esterni

• (IT) Tesi di laurea sulla spettroscopia EPR (ESR)