สเปกโทรสโกปีวิเคราะห์
สเปกโทรสโกปีวิเคราะห์เป็นการวัดว่าสสารดูดกลืน ปล่อย หรือกระเจิงรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างไร เพื่อระบุและหาปริมาณชนิดทางเคมี
Definition
สเปกโทรสโกปีวิเคราะห์เป็นสาขาหนึ่งของเคมีวิเคราะห์ที่ใช้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ากับสสารเพื่อระบุชนิดและปริมาณของสารวิเคราะห์ในตัวอย่าง
Scope
สาขานี้ครอบคลุมวิธีการทางสเปกโทรเคมีที่ใช้เป็นประจำในห้องปฏิบัติการวิเคราะห์ ได้แก่ การดูดกลืนและการปล่อยในย่านอัลตราไวโอเลต แสงที่มองเห็นได้ และอินฟราเรด, สเปกโทรเมตรีอะตอมสำหรับการวิเคราะห์ธาตุ, การกระเจิงรามัน, และการเรืองแสงของโมเลกุล โดยจะกล่าวถึงเครื่องมือ (แหล่งกำเนิด, ตัวเลือกความยาวคลื่น, ตัวตรวจจับ), พื้นฐานทางกายภาพของสัญญาณสารวิเคราะห์, และความสัมพันธ์เชิงปริมาณที่เชื่อมโยงสัญญาณที่วัดได้กับความเข้มข้น ไม่รวมวิธีการเรโซแนนซ์แม่เหล็กและรังสีเอกซ์ที่อยู่ในสาขาเคมีโครงสร้าง และวิธีการที่อิงมวลซึ่งครอบคลุมแยกต่างหากภายใต้สเปกโทรเมตรีมวล
Sub-topics
Core questions
- สัญญาณแสงที่วัดได้มีความสัมพันธ์เชิงปริมาณกับความเข้มข้นของสารวิเคราะห์อย่างไร?
- ย่านสเปกตรัมและการเปลี่ยนสถานะ (อะตอม, การสั่น, อิเล็กตรอน) ใดที่เหมาะสมที่สุดในการตรวจสอบสารวิเคราะห์ที่กำหนด?
- วิธีการทางสเปกโทรสโกปีได้รับการสอบเทียบอย่างไร และอะไรเป็นตัวจำกัดขีดจำกัดการตรวจจับและช่วงเชิงเส้นของวิธีการเหล่านั้น?
- จะรับรู้และแก้ไขการรบกวนและผลกระทบจากเมทริกซ์ในการวัดทางสเปกโทรเคมีได้อย่างไร?
Key theories
- กฎของเบียร์-แลมเบิร์ต
- การดูดกลืนเป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าการดูดกลืนโมลาร์, ความยาวเส้นทาง, และความเข้มข้นของสารวิเคราะห์ ซึ่งเป็นความสัมพันธ์เชิงปริมาณพื้นฐานสำหรับสเปกโทรสโกปีการดูดกลืน; ความเบี่ยงเบนเกิดขึ้นที่ความเข้มข้นสูง, จากแสงรบกวน, และจากสมดุลทางเคมี
- การดูดกลืนและการปล่อยอะตอม
- อะตอมอิสระในสถานะก๊าซดูดกลืนและปล่อยรังสีที่ความยาวคลื่นที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนโดยระดับพลังงานอิเล็กตรอนของพวกมัน; จำนวนประชากรของสถานะพื้นและสถานะกระตุ้น ซึ่งควบคุมโดยการกระจายของโบลต์ซมันน์ จะเป็นตัวกำหนดว่าการดูดกลืนหรือการปล่อยให้สัญญาณวิเคราะห์ที่แรงกว่า
Mechanisms
สารวิเคราะห์มีปฏิสัมพันธ์กับโฟตอนผ่านการเปลี่ยนสถานะแบบควอนตัม: การเปลี่ยนสถานะอิเล็กตรอนในย่าน UV–visible, การเปลี่ยนสถานะการสั่นในย่านอินฟราเรดและการกระเจิงรามัน, และการเปลี่ยนสถานะอิเล็กตรอนของอะตอมในแหล่งกำเนิดเปลวไฟและพลาสมา เครื่องมือจะแยกย่านความยาวคลื่น, ส่งรังสีผ่านหรือเก็บรังสีจากตัวอย่าง, และแปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้าด้วยโฟโตมัลติพลายเออร์, อาร์เรย์โฟโตไดโอด, หรือตัวตรวจจับความร้อน การหาปริมาณอาศัยการสอบเทียบที่เชื่อมโยงสัญญาณกับความเข้มข้น ซึ่งส่วนใหญ่มักใช้กฎของเบียร์-แลมเบิร์ตสำหรับการดูดกลืน หรือเส้นโค้งการทำงานสำหรับการปล่อยและการเรืองแสง
Clinical relevance
วิธีการทางสเปกโทรสโกปีเป็นเครื่องมือสำคัญในการวิเคราะห์เชิงปริมาณตามปกติ: การตรวจวิเคราะห์ทางเคมีคลินิก, การเฝ้าระวังโลหะในน้ำดื่มและสิ่งแวดล้อม, ความสม่ำเสมอของปริมาณยา, และการทดสอบอาหารและการเกษตร ล้วนอาศัยสเปกโทรเมตรี UV–visible, อะตอม, และอินฟราเรดอย่างมาก เนื่องจากมีความไวสูง รวดเร็ว และมักมีราคาไม่แพง
History
การวิเคราะห์ทางสเปกโทรเคมีเติบโตมาจากการค้นพบในศตวรรษที่ 19 โดย Bunsen และ Kirchhoff ที่ว่าธาตุแต่ละชนิดปล่อยสเปกตรัมเส้นเฉพาะ ซึ่งเป็นรากฐานของการวิเคราะห์สเปกตรัมเชิงคุณภาพ การวัดการดูดกลืนเชิงปริมาณสร้างขึ้นจากงานโฟโตเมตรีในยุคแรกของ Bouguer, Lambert และ Beer การนำเสนอสเปกโทรเมตรีการดูดกลืนอะตอมโดย Alan Walsh ในปี 1955 ได้เปลี่ยนการวิเคราะห์ธาตุให้เป็นเทคนิคเชิงปริมาณที่ใช้เป็นประจำ
Key figures
- August Beer
- Robert Bunsen
- Gustav Kirchhoff
- Alan Walsh
Related topics
Seminal works
- skoog2017
- harris2020
- ingle1988
Frequently asked questions
- ความแตกต่างระหว่างสเปกโทรสโกปีอะตอมและโมเลกุลคืออะไร?
- สเปกโทรสโกปีอะตอมตรวจสอบอะตอมอิสระในสถานะก๊าซ ทำให้เกิดสเปกตรัมเส้นที่คมชัดซึ่งใช้ในการหาปริมาณธาตุแต่ละชนิด; สเปกโทรสโกปีโมเลกุลตรวจสอบโมเลกุลที่สมบูรณ์และให้สเปกตรัมแถบที่กว้างกว่าซึ่งสะท้อนถึงการเปลี่ยนสถานะอิเล็กตรอน, การสั่น, หรือการหมุน
- ทำไมกฎของเบียร์-แลมเบิร์ตจึงล้มเหลวที่ความเข้มข้นสูง?
- ที่ความเข้มข้นสูง โมเลกุลของสารวิเคราะห์มีปฏิสัมพันธ์กัน, ดัชนีหักเหเปลี่ยนแปลง, และแสงรบกวนกับข้อจำกัดของเครื่องมือมีความสำคัญมากขึ้น, ดังนั้นการดูดกลืนจึงไม่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นอย่างเคร่งครัด และเส้นโค้งการสอบเทียบจะโค้งงอ