Úvod do optických spektrálních metod

Elektromagnetické záření

Světlo je makroskopická soustava, může být odraženo, propuštěno, může se lámat, rozptylovat, absorbovat. Světlo lze zobrazit jako kmitající elektrické a magnetické pole šířící se v prostoru jako vlnění, ve vakuu se toto vlnění pohybuje rychlostí 2,997924581 × 10⁸ m/s. Každá světelná vlna je charakterizována vlnovou délkou (lambda).

Vlnová délka je dvojnásobnou vzdáleností dvou sousedních uzlů vlnění a její vztah ke světelné energii vyplývá z Planckovy kvantové teorie (r.1900, rozdělení kvanta energie se řídí zákonem, velikost kvanta energie není neměnná, závisí na frekvenci)

E = h × n = (h × c)/λ,

kde:

E – energie

h - Planckova konstanta (energie × čas, 6,626176 × 10^-34 J.s)

n - frekvence

c - rychlost světla ve vakuu (3 × 10¹⁰ m/s)

λ - vlnová délka.

Převrácená hodnota vlnové délky se nazývá vlnočet, frekvence (kmitočet) udává počet vln, které projdou daným bodem za jednotku času.

Elektromagnetická spektra

Elektromagnetické spektrum se skládá ze souboru světelných vln při plynule se měnící vlnové délce. Vlnový rozsah elektromagnetického spektra přestupuje přes 15 řádů, mezi jednotlivými oblastmi záření neexistují ostré hranice.

Druhy optických spekter

a) podle vzhledu

- spojité spektrum (obsahuje všechny vlnové délky dané oblasti spektra),

- čárové spektrum (ostré jasně oddělené čáry - typické pro atomy),

- pásové spektrum ( pásy jsou tvořeny velkým počtem čar v malém rozsahu vlnových délek, typické pro molekuly),

b) podle metody získávání spekter

- emisní spektra (spektrum zkoumanou látkou vysílané),

- absorpční spektra (látka selektivně pohlcuje záření zdroje),

- luminiscenční spektra (látka selektivně absorbuje záření zdroje, transformuje jej na jinou vlnovou délku a jako luminiscenci záření opět vysílá)

Typy optických spekter

a) Mikrovlnná spektroskopie

oblast vlnových délek (nm)	10⁶ až 10⁸
kmitočet (s^-1)	10⁹ až 10¹¹
energie (kJ/mol)	4 × 10^-4 až 4 × 10^-2
typ molekulové energie	rotace těžkých molekul
získávané informace	mezijaderné vzdálenosti dipólové momenty jaderné interakce

b) Spektroskopie v daleké infračervené oblasti

oblast vlnových délek (nm)	10⁴ až 10⁶
kmitočet (s^-1)	10¹¹ až 10¹³
energie (kJ/mol)	4 × 10^-2 až 4
typ molekulové energie	rotace lehkých molekul vibrace těžkých molekul
získávané informace	mezijaderné vzdálenosti silové konstanty vazeb

c) Infračervená spektroskopie

oblast vlnových délek (nm)	10³ až 10⁴
kmitočet (s^-1)	10¹³ až 10¹⁴
energie (kJ/mol)	4 až 40
typ molekulové energie	vibrace lehkých molekul vibrace s rotacemi
získávané informace	mezijaderné vzdálenosti silové konstanty vazeb rozložení nábojů v molekulách

d) Ramanova spektroskopie

oblast vlnových délek (nm)	10³ až 10⁶
kmitočet (s^-1)	10¹¹až 10¹⁴
energie (kJ/mol)	4 × 10^-2 až 40
typ molekulové energie	čistá rotace nebo vibrace s rotacemi
získávané informace	mezijaderné vzdálenosti silové konstanty vazeb rozložení nábojů v molekulách

e) Spektroskopie ve viditelné a ultrafialové oblasti

oblast vlnových délek (nm)	200 až 750
kmitočet (s^-1)	10¹⁴až 10¹⁶
energie (kJ/mol)	40 až 4000
typ molekulové energie	elektronové přechody
získávané informace	všechny výše uvedené vlastnosti plus disociační energie vazeb

Jaroslava Vávrová