Tipi di spettroscopia
La spettroscopia studia le interazioni tra radiazione e materia.
La spettroscopia rappresenta uno degli strumenti più potenti e versatili a disposizione della scienza moderna per indagare la materia. Basata sull’interazione tra radiazione elettromagnetica e sostanza, questa disciplina permette di ottenere informazioni dettagliate sulla struttura atomica e molecolare, sulla composizione chimica, sugli stati energetici e sulle dinamiche dei materiali. Dalla chimica analitica alla fisica, dalla biologia alle scienze dei materiali, le tecniche spettroscopiche sono oggi fondamentali per comprendere fenomeni complessi e per sviluppare tecnologie avanzate.
Nel corso del tempo, la spettroscopia si è evoluta in una vasta famiglia di metodi, ciascuno basato su una diversa porzione dello spettro elettromagnetico o su specifiche modalità di interazione tra luce e materia. Spettroscopia UV-Vis, infrarossa, Raman, NMR, di massa, a fluorescenza e molte altre tecniche consentono di osservare la materia con “occhi” differenti, restituendo informazioni complementari e spesso indispensabili.
In questo articolo esploreremo i principali tipi di spettroscopia, illustrandone i principi di funzionamento, le caratteristiche distintive e le applicazioni più rilevanti. L’obiettivo è fornire una panoramica chiara e completa
Le radiazioni sono caratterizzate da una determinata energia che è direttamente proporzionale alla frequenza tramite la costante di Planck secondo la relazione E = hν essendo E l’energia misurata in Joule e ν la frequenza misurata in s-1.
Classificazione
L’insieme delle radiazioni costituiscono lo spettro elettromagnetico della luce
A seconda dell’energia della radiazione si possono verificare delle variazioni della specie chimica. Le tecniche spettroscopiche sono classificate in:
Il primo stadio comune a tutti i processi di spettroscopia atomica è l’atomizzazione processo. In questo processo il composto è volatilizzato e decomposto per dare un gas atomico.
Metodo
La spettroscopia di assorbimento atomico è utilizzata principalmente per la determinazione di sostanze organiche ed in particolare di ioni metallici.
Quando una radiazione di una determinata energia colpisce un atomo uno o più dei suoi elettroni esterni passano dallo stato fondamentale ad uno stato con un livello energetico più elevato. Questo stato è detto stato eccitato.
Gli atomi assorbono parte della radiazione proveniente dalla sorgente, mentre quella rimanente raggiunge il rivelatore.
Spettroscopia e spettri a righe
Poiché ciascun atomo ha un proprio numero di elettroni che occupano determinati orbitali si ottengono degli spettri a righe. Ogni riga corrisponde al salto energetico di un elettrone che passa da un livello a un altro.
Ciascuna riga corrisponde a una lunghezza d’onda caratteristica dell’atomo e ciò consente l’analisi di tipo qualitativo. L’intensità dell’energia assorbita è proporzionale al numero di atomi che passano dallo stato fondamentale a quello eccitato.
La spettroscopia atomica di emissione si occupa di transizioni elettroniche di atomi o di ioni monoatomici. Esamina la radiazione elettromagnetica ottenuta con un opportuno processo di eccitazione degli stessi.
Quando un atomo, infatti, ha ricevuto una determinata quantità di energia si trova in uno stato che non corrisponde ad un minimo di energia detto stato eccitato.
Quando dallo stato eccitato ricade nello stato fondamentale esso emette una radiazione effettuando un salto quantico da un livello energetico discreto a un altro.
La differenza di energia ΔE fra questi due livelli è pari all’energia del fotone emesso secondo la relazione ΔE = hν dove h è la costante di Planck (h = 6.626∙10-34 J s) e ν è la frequenza del fotone emesso.
Lo spettro di emissione di un atomo o di uno ione monoatomico dipende direttamente dalla carica elettrica e dalla struttura elettronica di quest’ultimo. Presenta quindi caratteristiche assolutamente specifiche che sono utilizzate a scopi analitici infatti lo spettro di un elemento chimico è detto impronta digitale.
Ad ogni transizione elettronica corrisponde una riga dello spettro e, poiché i salti energetici che può subire un elettrone sono ben definiti le transizioni possibili da un’orbitale a un altro sono limitate. L’energia emessa sotto forma di radiazione elettromagnetica risulta costituita da quantità discrete con l’ottenimento di linee discontinue.
Fluorescenza
Il fenomeno della fluorescenza è dovuto a un assorbimento della luce incidente da parte del campione e a una successiva emissione di radiazioni di lunghezza d’onda diversa da quella incidente.
Per comprendere l’origine della fluorescenza si consideri un vapore monoatomico di sodio.
Se il vapore è illuminato con una radiazione avente lunghezza d’onda compresa tra 589 e 589.6 nm che corrisponde esattamente a quella necessaria per portare gli elettroni di valenza dal livello fondamentale al primo livello eccitato, la radiazione è assorbita e poi riemessa completamente senza variazione di lunghezza d’onda.
Se, invece, l’energia della radiazione è tale da eccitare gli elettroni a un livello superiore al primo, il sistema ha la possibilità di tornare allo stato fondamentale in più stadi emettendo in tal modo quantità di luce a energia inferiore a quella incidente.
La spettroscopia di fluorescenza (FS) è un metodo spettroscopico in cui viene misurata la fluorescenza di una specie a seguito dell’eccitazione con un fascio di luce. Il termine fluorescenza fu coniato nel 1852 dal fisico britannico Sir George Gabriel Stokes, che studiò l’emissione luminosa della fluorite (CaF₂), un minerale che emetteva luce visibile quando irradiato con luce ultravioletta.
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il 22 Luglio 2020