Spektroskopi; maddelerin veya cisimlerin ozelliklerini ışın ve parcacık gibi etkenler kullanılarak ceşitli tekniklerle inceleme yontemlerinin genel adıdır.
Spektroskopi, bir maddenin ozelliklerinin, soğrulan (emilen) parcacıklar, ışık veya ses aracılığı ile incelendiği bir işlemdir. Molekullerin, iyonların ve cekirdeklerin “kuantumlanmış” enerji duzeylerini belirleyen bir yontemdir. Kimyasal analizlere bağlı değildir. Spektrumsal analizler de, kimyasal analizlerden oluşmaz. Fizik, fonotik ve optik temelli tekniklerdir. Deneysel olarak yalnızca frekans olcumlerini icerir. Uygun olan her maddede veya her yerde kullanılabilir. Astrofizik, tıp, elektrokimya, nukleer fizik, nukleer kimya, analitik kimya ve molekuler biyoloji gibi bircok alanda spektroskopiden faydalanılabilmektedir. Spektroskopinin tarihinden ceşitlerine kadar bircok bilgili makalemizde bulabilirsiniz.
[h=4]Tarihi [/h]Spektroskopi terimi, ilk olarak Alman asıllı İngiliz fizikci Sir Franz Arthur Friedrich Schustter tarafından 1882 yılında kullanılmıştır. Spektroskopinin gecmişi, Newton ’un 17. yuzyılda guneş ışığının ceşitli renklerden oluştuğunu gosteren deneyine kadar dayanıyor. Newton ’un meşhur “prizma deneyi”, spektroskopinin başlangıcı olarak kabul ediliyor. 19. yuzyılın başlarında elektromanyetik ışımanın (ultraviyole gibi) anlaşılması ile “Newton spektrumu” genişlemiştir. Spektral cizgilerin incelenmesi sonucu, bu cizgilerin, maddelerin karakteristik ozelliklerini gosterdiği ortaya cıktı. Ancak ilk tespitlerden itibaren uzun sure bu cizgilerin coğunun ne ifade ettiği anlaşılamadı. Niels Bohr ’un “atom teorisi” ile 1885 yılında Balmer tarafından gozlemlenen hidrojen atomları spektrumları anlam kazandı.
Bu gelişme, spektroskopi ve kuantum fiziğinin gelişimini hızlandırdı. Bu sayede atomların, molekullerin ve katıların spektrumları alınabildi ve tanımlanabildi. 19. yuzyılın ilk yarısında spektrometreler geliştirildi. Bu cihazlarla pek cok elementin veya maddenin spektral cizgileri gozlemlendi, tanımlandı ve sınıflandırıldı. Daha sonra geliştirilen “kırılım ağlı” spektrometreler, spektroskopi alanında onemli gelişmelere kapı araladı ve buyuk ilerlemeler kaydedildi.
“Spektroskopi” kelimesi, Latince “ruhtaki resim” veya “ruhun resmi” gibi anlamındaki bir sozcuktur. Latince “bakmak” anlamındaki “specele”, Yunanca “gormek” anlamındaki “skopya” sozcukleri ile de bağlantılıdır.
[h=3]Tanım [/h]Spektroskopinin en basit tanımı; analiz yapmak icin enerji ile bir numunenin etkileşiminin incelenmesidir. Maddelerin ozelliklerinin belirlenmesi, madde ile ışık arasındaki etkileşiminin incelenmesi, maddelerin ışık aracılığı ile tanımlanmaları gibi uygulamalarda ışık, ses veya parcacıklar kullanılarak bazı veriler elde edilmesi yontemidir. Başka bir tanıma gore de, spektroskopi, elektromanyetik ışımanın ve bazı parcacıkların bir cisim veya bir numune tarafından sacılması, yansıtılması, soğurulması (emilmesi) veya salınmasını inceleyen bilim dalıdır. Spektroskopik analiz yontemlerinde herhangi bir madde, nesne veya numune uzerine bir uyarıcı parcacık veya tanecik gonderilir. Daha sonra elektron, notron, proton, atom veya molekul gibi maddenin yapıtaşlarının bu uyarıcıya karşı tepkisi ve davranışı incelenir ve olculur. Deneysel frekanslardan yararlanılarak atomlar, molekuller veya cekirdekler arasındaki kuvvetlerin etkileşimleri incelenir. Bu atom, molekul ya da cekirdeklerin yapılarını ortaya koyacak deneysel verileri toplamaya imkÂn verir. Spektroskopide; atom ve molekul enerji seviyeleri, molekuler geometriler, kimyasal bağlar, molekullerin etkileşimleri ve ilgili surecler hakkında veriler toplanır. Bu veriler icin “spektrum” veya “spektral cizgi” kullanılır.
[h=3]Spektroskopinin Ozelliği [/h]Spektroskopinin temeli ışınlardır. Bir elektromanyetik ışın demeti bir numuneyi gectiğinde, fotonlar numuneyle etkileşime girer. Absorbe (emilmiş) edilmiş radyasyon, bir numunedeki elektronları ve kimyasal bağları etkiler. Bazı durumlarda emilen radyasyon duşuk enerjili fotonların emisyonuna neden olur. Spektroskopi, radyasyonun numuneyi nasıl etkilediğine bakar. Yayılan ve absorbe edilen spektrumlar materyal hakkında bilgi edinmek icin kullanılabilir. Etkileşim, radyasyonun dalga boyuna bağlı olduğu icin bircok spektroskopi turu bulunur.
[h=3]Spektroskopi Ceşitleri [/h]Spektroskopi, surekli gelişme gosteren bir alandır. Hem var olan tekniklerin iyileştirilmesi ve geliştirilmesi hem de yeni yontemlerin onerilmesi bu alanı surekli canlı tutmaktadır. Bu sebeple gunumuzde pek cok spektroskopi yontemi kullanılmaktadır. İlk uygulamalarından “optik spektroskopi” yontemi, diğer yontemlerin temelini oluşturur. Spektroskopi yontemlerinde maddenin elektromanyetik radyasyonu yayması, absorblaması (emmesi), sacması, saptırması gibi elektromanyetik radyasyonla etkileşimi olculur. Bu etkileşimin sonucları ceşitli analizlerde ve analitik amaclarla kullanılır. Spektroskopik yontemlerde mikrodalga, radyo dalgaları ve x ışınları gibi elektromanyetik olan veya olmayan ışınımlar da kullanılmaktadır. Gunumuzde spektroskopi; farklı teknik, farklı madde durumu, kullanılan spektral aralık veya parcacık turune gore alt dallara ayrılmaktadır. Cok sayıdaki spektroskopi ceşidinden başlıcaları şunlardır;
Optik Spektroskopi: Numunenin karakteristik ozelliklerini belirlemede kullanılan onemli bir yontemdir. Katı numunedeki optik aktif iyonların enerji seviyeleri, kristal yapıları, orbital veya orgu enerji seviyeleri hakkında bilgi verir.
Kızılotesi (infrared) Spektroskopi: Bir maddenin kızılotesi absorpsiyon spektrumu bazen molekuler parmak izi olarak adlandırılır. Malzemeleri tanımlamak icin sıkca kullanılıyor olmasına rağmen, emici molekullerin sayısını olcmek icin kızılotesi spektroskopisi de kullanılabilir.
Morotesi (gorunur bolge, ultraviyole) Işık Spektroskopisi: Molekullerdeki elektronik gecişlerin verdiği spektrumları konu alır. “Elektronik spektroskopi” olarak da bilinir. Morotesi spektrofotometrelerinde cam veya kuvars prizma bulunur ve kullanırken ışığın herhangi bir frekanslı UV veya gorunur bolgesi secilir. Işık ornekten gectikten sonraki absorbsiyonu veya gecirgenliği incelenir.
Raman Spektroskopisi: Bir molekulun ışığının Raman dağılımı, bir numunenin kimyasal bileşimi ve molekuler yapısı hakkında bilgi toplamak amacıyla kullanılır. Organik ve inorganik numunelerde, yuksek hassasiyette ve mikronaltı skalalarda goruntuleme ve kimyasal analiz imkÂnı verir.
Astronomik Spektroskopi: Gokyuzu nesnelerinden gelen enerji, kimyasal bileşimi, yoğunluğu, basıncı, sıcaklığı, manyetik alanı, hızı ve diğer ozelliklerini analiz etmek icin kullanılır. Astronomik spektroskopide kullanılabilecek bircok enerji turu (spektroskopi) vardır.
Nukleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi (NMR Spektroskopisi): Atom cekirdeğinin belirli manyetik ozelliklerini kullanan bir araştırma tekniğidir. İcerisindeki atomların veya molekullerin fiziksel ve kimyasal ozelliklerini belirler. Tek sayılı atom numarasına sahip atomların cekirdek spinleri vardır. Bu spinler manyetik alanın olmadığı ortamlarda rastgele yonelim dağılımı gosterirler. Ancak manyetik alan varlığında bu spinler manyetik alana paralel veya anti paralel şekilde yonelirler. Paralel yonelim enerji acısından daha uygundur. Bu spinler, uygun manyetik alan ve elektromanyetik ışınım kombinasyonu ile anti paralel duruma getirilebilir. Bu donuşum (geciş) icin gerekli olan soğrulan enerji NMR spektrometresinde algılanır. İlgili cekirdeğin turu ve bulunduğu ortama gore rezonanslar değişkenlik gosterir.
Kutle Spektroskopisi: Bir kutle spektrometresi kaynağı, iyonlar uretir. Genellikle kutle / yuk oranı kullanılarak, numuneyle etkileşime girdikleri zaman iyonların dağılımını analiz ederek numune hakkında bilgi toplanır. İyonlaşma bolgesinde elde edilen hareketli iyonlar, elektrik yuklu plakalara doğru cekilerek hızlandırılır ve kutle ayracına gonderilir. Kutle ayracında kutle / yuk oranlarına gore hızlıca ayrılır. İyonların coğu tek yuklu olduğundan, oran basitce iyonun kutlesine eşittir. Kuadrupol, ucuş zamanlı ve cift odaklamalı şeklinde alt turleri vardır.
Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS): Sulu ortamlarda metallerin elektrokimyasal reaksiyonlarını inceler. Korozyon sureci, elektrotların modifikasyonu ve performansı acık hucre potansiyeli, dongusel voltametri gibi durumlar incelenir.
Atomik Emisyon Spektroskopisi: Numunenin emdiği enerjinin ozelliklerini değerlendirmek icin kullanılır. Bazen emilen enerji, ışığın floresans spektroskopisi gibi bir teknikle olculebilen ornekten salınmasına neden olur. Gorunur ve ultraviyole ışınları icerir. “Atomik spektral cizgiler” olarak da adlandırılır. Atomik emsiyonda absorbsiyonlar ve emisyonlar; bir elektron yorungesinden diğerine yukseldikce ve duştukce dış kabuk elektronlarının elektronik gecişlerinden kaynaklanır.
Zayıflatılmış Yansıma Spektroskopisi: İnce filmlerdeki veya yuzeydeki maddelerin incelenmesini icerir. Numune, bir veya daha fazla enerji ışını tarafından nufuz edilir ve yansıtılan enerji analiz edilir. Zayıflamış toplam “reflektans spektroskopisi” ve “frustrated coklu ic yansıma spektroskopisi” adı verilen ilgili teknikler, kaplamaları ve opak sıvıları analiz etmek icin kullanılır.
Elektron Paramatik Spektroskopi: Bir manyetik alanda elektronik enerji alanlarını bolmeye dayalı bir mikrodalga tekniğidir. Eşlenmemiş elektron iceren numunelerin yapılarını belirlemek icin kullanılır.
Elektron Spektroskopisi: Elektron spektroskopisinin ceşitli turleri vardır ve bunların hepsi elektronik enerji seviyelerindeki değişimleri olcmekle ilişkilendirilmiştir.
Fourier Donuşum Spektroskopisi: Bir numune uzerinde eş zamanlı olarak tum ilgili dalga boyları tarafından ışınlanan spektroskopik teknikler ailesidir. Absorpsiyon spektrumu, oluşan enerji modeline bir matematiksel analiz uygulayarak elde edilir.
Gama Işını veya Mossbauer Spektroskopisi: Gama radyasyonu, aktivasyon analizi ve Mossbauer spektroskopisini iceren bir enerji kaynağı incelemesidir. Fizik, kimya, biyoloji ve malzeme bilimi gibi alanlarda kullanılır. Kilit noktası; 1957 yılında Rudolf Mossbauer tarafından bulunan “Mossbauer etkisi”dir.
Lazer Spektroskopisi: Absorpsiyon spektroskopisi, fluoresan spektroskopisi, Raman spektroskopisi ve yuzey yukseltilmiş Raman spektroskopisi, yaygın olarak bir enerji kaynağı olarak lazer ışığını kullanır. Lazer spektroskopileri, tutarlı ışığın madde ile etkileşimi hakkında bilgi sağlar. Lazer spektroskopisi genellikle yuksek cozunurluk ve duyarlılığa sahiptir.
Frekans Modulasyonlu Spektroskopi: Bu tur spektroskopide, kaydedilen her optik dalga boyu orijinal dalga boyu bilgisini iceren bir ses frekansı ile kodlanır. Daha sonra bir dalga boyu analizoru ozgun spektrumu yeniden oluşturabilir.
X-ışını Spektroskopisi: Bu teknik, x-ışını emilimi olarak gorulebilen atomların ic elektronlarının uyarılmasını icerir. Bir elektron daha yuksek bir enerji durumundan emilen enerjiyle oluşturulan boşluğa duştuğunde bir x-ışını, floresan emisyon spektrumu uretilebilir.
[h=3]Hangi Uygulamaları Vardır? [/h]Spektroskopi, fizik, kimya, tıp ve uzay araştırmaları başta olmak uzere bircok bilim dalında kullanılmaktadır. Gokbilim, uzaktan algılama yontemleri, molekuler biyoloji, kuantum mekaniği, analitik kimya başlıca uygulama alanlarıdır. Ultraviyole spektral yontemleri cevre biliminde, infrared (IR) spektral yontemler de iletişim alanlarında kullanılan spektral bolgelerdir. Neon aydınlatma, atomik spektroskopinin bir uygulamasıdır. Neon lambalar, murekkepler, boyalar ve ceşitli renk uretimlerinde spektral ozellikleri incelenen kimyasal bileşikler kullanılır. Azot dioksit, sık kullanılan molekuler spektrumlardan biridir ve karakteristik olarak kırmızı absorbsiyon ozelliğine sahiptir. Radar tekniklerinde de spektroskopi yontemleri kullanılmaktadır. Tıp alanında sık kullanılan Manyetik Rezonans (MR) Spektroskopi cihazları, ceşitli hastalıkların teşhis ve tedavisinde onemli cihazlardır. Spektral goruntuleme, dijital fotoğrafcılığa dayalı bir spektroskopi dalıdır. Astronomi, astrofizik, plaentoloji, nukleer fuzyon denemeleri ve plazma analizi gibi uygulamalarda spektroskopi yontemleri kullanılır.
Spektroskopi, bir numunedeki bileşiklerin doğasını ve ozelliklerini tanımlamak icin, kimyasal sureclerin ilerlemesini izlemek ve urunlerin saflığını değerlendirmek icin, elektromanyetik radyasyonun bir numune uzerindeki etkisini olcmek icin kullanılabilir. Bazı durumlarda, bu radyasyon kaynağına maruz kalma yoğunluğunu veya suresini belirlemek icin de kullanılabilmektedir.
[h=3]Spektroskopi Terimleri [/h]Spektroskopide sık rastlanan bazı terimler şunlardır;
Spektrum (Spektral cizgi); spektroskopiden elde edilen verilere denir. Bir spektrum, enerjinin dalga boyuna veya kutle, momentum ve frekansına karşı tespit edilen enerji yoğunluğunun bir grafiğidir. Spektrumlar, coğu zaman bir numunenin bileşenlerini tanımlamak icin kullanılır. Numunedeki materyal miktarının olcumu icin de spektrumlar kullanılır. İki duzey arasındaki gecişe karşılık gelen soğurma enerjisidir. Spektroskopide geciş frekanslarına karşı gelen spektrumlar incelenir. Bu spektrumların yerleri frekans olarak belirlenir.
Spektroskopinin ana konusu ve temeli “ışık”tır. Işık; omega frekansı ile periyodik olarak değişen, elektrik alanı ve manyetik alan vektorleri ile karakterize edilen elektromanyetik dalgadır. Basit bir tabirler, dalga yayınımıdır. Bir yukun yuksek frekans ile titreşimi sonucu oluşur. Absorbsiyon ve sacılma da elektromanyetik dalganın bu tur osilatorleri zorlaması sonucu ortaya cıkar.
Diğer bir spektroskopi terimi olan foton ise, elektromanyetik dalganın toplam enerjisini oluşturan enerji paketciklerinden her biri icin kullanılan isimdir. Elektromanyetik dalga, ışık hızı ile ilerler ve enerji iceriğini de fotonlar halinde kendisi ile beraber taşır. Sonsuz omru vardır. Başka şeylere donuşmez veya bozunmaz. Durgun kutlesi “sıfır” olarak kabul edilir.
Spektroskopi terimlerinden elektron, en kucuk elektrik yukune sahip temel parcacıktır. Atomların ve iyonların dış kabukları elektron bulutu ile kaplıdır. Bir maddenin dış kabuğundaki elektronların sayısı ve konumu, cekirdekteki proton ve notron sayısı ile birlikte soz konusu madde veya elementin kimyasal ozelliklerini belirler.
Radyo frekansı; elektromanyetik spektroskopinin son aralığını oluşturan frekanstır. Enerji bakımından oldukca zayıftır. Radyo frekansı ile spektroskopi incelemeleri, cekirdek spinleri ile onlara uygulanan manyetik alan arasındaki etkileşimleri icerir.
[h=4]Bunları Biliyor Musunuz? [/h]
Bircok elementin keşfedilmesinde ve ozelliklerinin belirlenmesinde spektroskopi yontemleri kullanılmıştır.
Spektroskopi uygulamalarında spektrometre, spektrofotometre (interferometre), spektrograf ve spektral analizor gibi cihazlar kullanılır.
Rayleigh sacılımı; gokyuzunun rengini acıklayan spektroskopik sacılmadır. Işığın veya diğer elektromanyetik radyasyonun ışığın dalga boyundan daha kucuk tanecikler tarafından sacılımını ifade eder. İngiliz fizikci Lord Rayleigh ’in ortaya attığı teoriye gore, mavi gokyuzunun yansıması, su, hava ve sınır bolgelerinde oluşan goruntu ile suyun mavi olarak algılanmasını sağlar.
Spektroskopinin ilk keşfedildiği donemlerde sadece gorunur ışık kaynakları kullanılıyordu. Gunumuzde ise gorunur veya gorunmek bircok kaynak kullanılmaktadır.
Spektroskopi, bir maddenin ozelliklerinin, soğrulan (emilen) parcacıklar, ışık veya ses aracılığı ile incelendiği bir işlemdir. Molekullerin, iyonların ve cekirdeklerin “kuantumlanmış” enerji duzeylerini belirleyen bir yontemdir. Kimyasal analizlere bağlı değildir. Spektrumsal analizler de, kimyasal analizlerden oluşmaz. Fizik, fonotik ve optik temelli tekniklerdir. Deneysel olarak yalnızca frekans olcumlerini icerir. Uygun olan her maddede veya her yerde kullanılabilir. Astrofizik, tıp, elektrokimya, nukleer fizik, nukleer kimya, analitik kimya ve molekuler biyoloji gibi bircok alanda spektroskopiden faydalanılabilmektedir. Spektroskopinin tarihinden ceşitlerine kadar bircok bilgili makalemizde bulabilirsiniz. [h=4]Tarihi [/h]Spektroskopi terimi, ilk olarak Alman asıllı İngiliz fizikci Sir Franz Arthur Friedrich Schustter tarafından 1882 yılında kullanılmıştır. Spektroskopinin gecmişi, Newton ’un 17. yuzyılda guneş ışığının ceşitli renklerden oluştuğunu gosteren deneyine kadar dayanıyor. Newton ’un meşhur “prizma deneyi”, spektroskopinin başlangıcı olarak kabul ediliyor. 19. yuzyılın başlarında elektromanyetik ışımanın (ultraviyole gibi) anlaşılması ile “Newton spektrumu” genişlemiştir. Spektral cizgilerin incelenmesi sonucu, bu cizgilerin, maddelerin karakteristik ozelliklerini gosterdiği ortaya cıktı. Ancak ilk tespitlerden itibaren uzun sure bu cizgilerin coğunun ne ifade ettiği anlaşılamadı. Niels Bohr ’un “atom teorisi” ile 1885 yılında Balmer tarafından gozlemlenen hidrojen atomları spektrumları anlam kazandı.
Bu gelişme, spektroskopi ve kuantum fiziğinin gelişimini hızlandırdı. Bu sayede atomların, molekullerin ve katıların spektrumları alınabildi ve tanımlanabildi. 19. yuzyılın ilk yarısında spektrometreler geliştirildi. Bu cihazlarla pek cok elementin veya maddenin spektral cizgileri gozlemlendi, tanımlandı ve sınıflandırıldı. Daha sonra geliştirilen “kırılım ağlı” spektrometreler, spektroskopi alanında onemli gelişmelere kapı araladı ve buyuk ilerlemeler kaydedildi.
“Spektroskopi” kelimesi, Latince “ruhtaki resim” veya “ruhun resmi” gibi anlamındaki bir sozcuktur. Latince “bakmak” anlamındaki “specele”, Yunanca “gormek” anlamındaki “skopya” sozcukleri ile de bağlantılıdır.
[h=3]Tanım [/h]Spektroskopinin en basit tanımı; analiz yapmak icin enerji ile bir numunenin etkileşiminin incelenmesidir. Maddelerin ozelliklerinin belirlenmesi, madde ile ışık arasındaki etkileşiminin incelenmesi, maddelerin ışık aracılığı ile tanımlanmaları gibi uygulamalarda ışık, ses veya parcacıklar kullanılarak bazı veriler elde edilmesi yontemidir. Başka bir tanıma gore de, spektroskopi, elektromanyetik ışımanın ve bazı parcacıkların bir cisim veya bir numune tarafından sacılması, yansıtılması, soğurulması (emilmesi) veya salınmasını inceleyen bilim dalıdır. Spektroskopik analiz yontemlerinde herhangi bir madde, nesne veya numune uzerine bir uyarıcı parcacık veya tanecik gonderilir. Daha sonra elektron, notron, proton, atom veya molekul gibi maddenin yapıtaşlarının bu uyarıcıya karşı tepkisi ve davranışı incelenir ve olculur. Deneysel frekanslardan yararlanılarak atomlar, molekuller veya cekirdekler arasındaki kuvvetlerin etkileşimleri incelenir. Bu atom, molekul ya da cekirdeklerin yapılarını ortaya koyacak deneysel verileri toplamaya imkÂn verir. Spektroskopide; atom ve molekul enerji seviyeleri, molekuler geometriler, kimyasal bağlar, molekullerin etkileşimleri ve ilgili surecler hakkında veriler toplanır. Bu veriler icin “spektrum” veya “spektral cizgi” kullanılır.
[h=3]Spektroskopinin Ozelliği [/h]Spektroskopinin temeli ışınlardır. Bir elektromanyetik ışın demeti bir numuneyi gectiğinde, fotonlar numuneyle etkileşime girer. Absorbe (emilmiş) edilmiş radyasyon, bir numunedeki elektronları ve kimyasal bağları etkiler. Bazı durumlarda emilen radyasyon duşuk enerjili fotonların emisyonuna neden olur. Spektroskopi, radyasyonun numuneyi nasıl etkilediğine bakar. Yayılan ve absorbe edilen spektrumlar materyal hakkında bilgi edinmek icin kullanılabilir. Etkileşim, radyasyonun dalga boyuna bağlı olduğu icin bircok spektroskopi turu bulunur.
[h=3]Spektroskopi Ceşitleri [/h]Spektroskopi, surekli gelişme gosteren bir alandır. Hem var olan tekniklerin iyileştirilmesi ve geliştirilmesi hem de yeni yontemlerin onerilmesi bu alanı surekli canlı tutmaktadır. Bu sebeple gunumuzde pek cok spektroskopi yontemi kullanılmaktadır. İlk uygulamalarından “optik spektroskopi” yontemi, diğer yontemlerin temelini oluşturur. Spektroskopi yontemlerinde maddenin elektromanyetik radyasyonu yayması, absorblaması (emmesi), sacması, saptırması gibi elektromanyetik radyasyonla etkileşimi olculur. Bu etkileşimin sonucları ceşitli analizlerde ve analitik amaclarla kullanılır. Spektroskopik yontemlerde mikrodalga, radyo dalgaları ve x ışınları gibi elektromanyetik olan veya olmayan ışınımlar da kullanılmaktadır. Gunumuzde spektroskopi; farklı teknik, farklı madde durumu, kullanılan spektral aralık veya parcacık turune gore alt dallara ayrılmaktadır. Cok sayıdaki spektroskopi ceşidinden başlıcaları şunlardır;
Optik Spektroskopi: Numunenin karakteristik ozelliklerini belirlemede kullanılan onemli bir yontemdir. Katı numunedeki optik aktif iyonların enerji seviyeleri, kristal yapıları, orbital veya orgu enerji seviyeleri hakkında bilgi verir.
Kızılotesi (infrared) Spektroskopi: Bir maddenin kızılotesi absorpsiyon spektrumu bazen molekuler parmak izi olarak adlandırılır. Malzemeleri tanımlamak icin sıkca kullanılıyor olmasına rağmen, emici molekullerin sayısını olcmek icin kızılotesi spektroskopisi de kullanılabilir.
Morotesi (gorunur bolge, ultraviyole) Işık Spektroskopisi: Molekullerdeki elektronik gecişlerin verdiği spektrumları konu alır. “Elektronik spektroskopi” olarak da bilinir. Morotesi spektrofotometrelerinde cam veya kuvars prizma bulunur ve kullanırken ışığın herhangi bir frekanslı UV veya gorunur bolgesi secilir. Işık ornekten gectikten sonraki absorbsiyonu veya gecirgenliği incelenir.
Raman Spektroskopisi: Bir molekulun ışığının Raman dağılımı, bir numunenin kimyasal bileşimi ve molekuler yapısı hakkında bilgi toplamak amacıyla kullanılır. Organik ve inorganik numunelerde, yuksek hassasiyette ve mikronaltı skalalarda goruntuleme ve kimyasal analiz imkÂnı verir.
Astronomik Spektroskopi: Gokyuzu nesnelerinden gelen enerji, kimyasal bileşimi, yoğunluğu, basıncı, sıcaklığı, manyetik alanı, hızı ve diğer ozelliklerini analiz etmek icin kullanılır. Astronomik spektroskopide kullanılabilecek bircok enerji turu (spektroskopi) vardır.
Nukleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi (NMR Spektroskopisi): Atom cekirdeğinin belirli manyetik ozelliklerini kullanan bir araştırma tekniğidir. İcerisindeki atomların veya molekullerin fiziksel ve kimyasal ozelliklerini belirler. Tek sayılı atom numarasına sahip atomların cekirdek spinleri vardır. Bu spinler manyetik alanın olmadığı ortamlarda rastgele yonelim dağılımı gosterirler. Ancak manyetik alan varlığında bu spinler manyetik alana paralel veya anti paralel şekilde yonelirler. Paralel yonelim enerji acısından daha uygundur. Bu spinler, uygun manyetik alan ve elektromanyetik ışınım kombinasyonu ile anti paralel duruma getirilebilir. Bu donuşum (geciş) icin gerekli olan soğrulan enerji NMR spektrometresinde algılanır. İlgili cekirdeğin turu ve bulunduğu ortama gore rezonanslar değişkenlik gosterir.
Kutle Spektroskopisi: Bir kutle spektrometresi kaynağı, iyonlar uretir. Genellikle kutle / yuk oranı kullanılarak, numuneyle etkileşime girdikleri zaman iyonların dağılımını analiz ederek numune hakkında bilgi toplanır. İyonlaşma bolgesinde elde edilen hareketli iyonlar, elektrik yuklu plakalara doğru cekilerek hızlandırılır ve kutle ayracına gonderilir. Kutle ayracında kutle / yuk oranlarına gore hızlıca ayrılır. İyonların coğu tek yuklu olduğundan, oran basitce iyonun kutlesine eşittir. Kuadrupol, ucuş zamanlı ve cift odaklamalı şeklinde alt turleri vardır.
Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS): Sulu ortamlarda metallerin elektrokimyasal reaksiyonlarını inceler. Korozyon sureci, elektrotların modifikasyonu ve performansı acık hucre potansiyeli, dongusel voltametri gibi durumlar incelenir.
Atomik Emisyon Spektroskopisi: Numunenin emdiği enerjinin ozelliklerini değerlendirmek icin kullanılır. Bazen emilen enerji, ışığın floresans spektroskopisi gibi bir teknikle olculebilen ornekten salınmasına neden olur. Gorunur ve ultraviyole ışınları icerir. “Atomik spektral cizgiler” olarak da adlandırılır. Atomik emsiyonda absorbsiyonlar ve emisyonlar; bir elektron yorungesinden diğerine yukseldikce ve duştukce dış kabuk elektronlarının elektronik gecişlerinden kaynaklanır.
Zayıflatılmış Yansıma Spektroskopisi: İnce filmlerdeki veya yuzeydeki maddelerin incelenmesini icerir. Numune, bir veya daha fazla enerji ışını tarafından nufuz edilir ve yansıtılan enerji analiz edilir. Zayıflamış toplam “reflektans spektroskopisi” ve “frustrated coklu ic yansıma spektroskopisi” adı verilen ilgili teknikler, kaplamaları ve opak sıvıları analiz etmek icin kullanılır.
Elektron Paramatik Spektroskopi: Bir manyetik alanda elektronik enerji alanlarını bolmeye dayalı bir mikrodalga tekniğidir. Eşlenmemiş elektron iceren numunelerin yapılarını belirlemek icin kullanılır.
Elektron Spektroskopisi: Elektron spektroskopisinin ceşitli turleri vardır ve bunların hepsi elektronik enerji seviyelerindeki değişimleri olcmekle ilişkilendirilmiştir.
Fourier Donuşum Spektroskopisi: Bir numune uzerinde eş zamanlı olarak tum ilgili dalga boyları tarafından ışınlanan spektroskopik teknikler ailesidir. Absorpsiyon spektrumu, oluşan enerji modeline bir matematiksel analiz uygulayarak elde edilir.
Gama Işını veya Mossbauer Spektroskopisi: Gama radyasyonu, aktivasyon analizi ve Mossbauer spektroskopisini iceren bir enerji kaynağı incelemesidir. Fizik, kimya, biyoloji ve malzeme bilimi gibi alanlarda kullanılır. Kilit noktası; 1957 yılında Rudolf Mossbauer tarafından bulunan “Mossbauer etkisi”dir.
Lazer Spektroskopisi: Absorpsiyon spektroskopisi, fluoresan spektroskopisi, Raman spektroskopisi ve yuzey yukseltilmiş Raman spektroskopisi, yaygın olarak bir enerji kaynağı olarak lazer ışığını kullanır. Lazer spektroskopileri, tutarlı ışığın madde ile etkileşimi hakkında bilgi sağlar. Lazer spektroskopisi genellikle yuksek cozunurluk ve duyarlılığa sahiptir.
Frekans Modulasyonlu Spektroskopi: Bu tur spektroskopide, kaydedilen her optik dalga boyu orijinal dalga boyu bilgisini iceren bir ses frekansı ile kodlanır. Daha sonra bir dalga boyu analizoru ozgun spektrumu yeniden oluşturabilir.
X-ışını Spektroskopisi: Bu teknik, x-ışını emilimi olarak gorulebilen atomların ic elektronlarının uyarılmasını icerir. Bir elektron daha yuksek bir enerji durumundan emilen enerjiyle oluşturulan boşluğa duştuğunde bir x-ışını, floresan emisyon spektrumu uretilebilir.
[h=3]Hangi Uygulamaları Vardır? [/h]Spektroskopi, fizik, kimya, tıp ve uzay araştırmaları başta olmak uzere bircok bilim dalında kullanılmaktadır. Gokbilim, uzaktan algılama yontemleri, molekuler biyoloji, kuantum mekaniği, analitik kimya başlıca uygulama alanlarıdır. Ultraviyole spektral yontemleri cevre biliminde, infrared (IR) spektral yontemler de iletişim alanlarında kullanılan spektral bolgelerdir. Neon aydınlatma, atomik spektroskopinin bir uygulamasıdır. Neon lambalar, murekkepler, boyalar ve ceşitli renk uretimlerinde spektral ozellikleri incelenen kimyasal bileşikler kullanılır. Azot dioksit, sık kullanılan molekuler spektrumlardan biridir ve karakteristik olarak kırmızı absorbsiyon ozelliğine sahiptir. Radar tekniklerinde de spektroskopi yontemleri kullanılmaktadır. Tıp alanında sık kullanılan Manyetik Rezonans (MR) Spektroskopi cihazları, ceşitli hastalıkların teşhis ve tedavisinde onemli cihazlardır. Spektral goruntuleme, dijital fotoğrafcılığa dayalı bir spektroskopi dalıdır. Astronomi, astrofizik, plaentoloji, nukleer fuzyon denemeleri ve plazma analizi gibi uygulamalarda spektroskopi yontemleri kullanılır.
Spektroskopi, bir numunedeki bileşiklerin doğasını ve ozelliklerini tanımlamak icin, kimyasal sureclerin ilerlemesini izlemek ve urunlerin saflığını değerlendirmek icin, elektromanyetik radyasyonun bir numune uzerindeki etkisini olcmek icin kullanılabilir. Bazı durumlarda, bu radyasyon kaynağına maruz kalma yoğunluğunu veya suresini belirlemek icin de kullanılabilmektedir.
[h=3]Spektroskopi Terimleri [/h]Spektroskopide sık rastlanan bazı terimler şunlardır;
Spektrum (Spektral cizgi); spektroskopiden elde edilen verilere denir. Bir spektrum, enerjinin dalga boyuna veya kutle, momentum ve frekansına karşı tespit edilen enerji yoğunluğunun bir grafiğidir. Spektrumlar, coğu zaman bir numunenin bileşenlerini tanımlamak icin kullanılır. Numunedeki materyal miktarının olcumu icin de spektrumlar kullanılır. İki duzey arasındaki gecişe karşılık gelen soğurma enerjisidir. Spektroskopide geciş frekanslarına karşı gelen spektrumlar incelenir. Bu spektrumların yerleri frekans olarak belirlenir.
Spektroskopinin ana konusu ve temeli “ışık”tır. Işık; omega frekansı ile periyodik olarak değişen, elektrik alanı ve manyetik alan vektorleri ile karakterize edilen elektromanyetik dalgadır. Basit bir tabirler, dalga yayınımıdır. Bir yukun yuksek frekans ile titreşimi sonucu oluşur. Absorbsiyon ve sacılma da elektromanyetik dalganın bu tur osilatorleri zorlaması sonucu ortaya cıkar.
Diğer bir spektroskopi terimi olan foton ise, elektromanyetik dalganın toplam enerjisini oluşturan enerji paketciklerinden her biri icin kullanılan isimdir. Elektromanyetik dalga, ışık hızı ile ilerler ve enerji iceriğini de fotonlar halinde kendisi ile beraber taşır. Sonsuz omru vardır. Başka şeylere donuşmez veya bozunmaz. Durgun kutlesi “sıfır” olarak kabul edilir.
Spektroskopi terimlerinden elektron, en kucuk elektrik yukune sahip temel parcacıktır. Atomların ve iyonların dış kabukları elektron bulutu ile kaplıdır. Bir maddenin dış kabuğundaki elektronların sayısı ve konumu, cekirdekteki proton ve notron sayısı ile birlikte soz konusu madde veya elementin kimyasal ozelliklerini belirler.
Radyo frekansı; elektromanyetik spektroskopinin son aralığını oluşturan frekanstır. Enerji bakımından oldukca zayıftır. Radyo frekansı ile spektroskopi incelemeleri, cekirdek spinleri ile onlara uygulanan manyetik alan arasındaki etkileşimleri icerir.
[h=4]Bunları Biliyor Musunuz? [/h]
Bircok elementin keşfedilmesinde ve ozelliklerinin belirlenmesinde spektroskopi yontemleri kullanılmıştır.
Spektroskopi uygulamalarında spektrometre, spektrofotometre (interferometre), spektrograf ve spektral analizor gibi cihazlar kullanılır.
Rayleigh sacılımı; gokyuzunun rengini acıklayan spektroskopik sacılmadır. Işığın veya diğer elektromanyetik radyasyonun ışığın dalga boyundan daha kucuk tanecikler tarafından sacılımını ifade eder. İngiliz fizikci Lord Rayleigh ’in ortaya attığı teoriye gore, mavi gokyuzunun yansıması, su, hava ve sınır bolgelerinde oluşan goruntu ile suyun mavi olarak algılanmasını sağlar.
Spektroskopinin ilk keşfedildiği donemlerde sadece gorunur ışık kaynakları kullanılıyordu. Gunumuzde ise gorunur veya gorunmek bircok kaynak kullanılmaktadır.