5 Verschiedene Arten der Spektroskopie

Die Spektroskopie ist ein weites Feld, das mehrere verschiedene Teildisziplinen und eine breite Palette von Techniken umfasst, für die jeweils hochspezialisierte Geräte verwendet werden. In diesem Blogbeitrag werden fünf der beliebtesten Arten der Spektroskopie vorgestellt.

Definition der Spektroskopie

Die Spektroskopie ist die Wissenschaft von der Untersuchung von Materialien durch Messung ihrer Reaktion auf verschiedene Strahlungsfrequenzen. Es sei darauf hingewiesen, dass einige wenige Formen der Spektroskopie andere Formen der Strahlungsenergie nutzen, wie z. B. Schall- oder Materiewellen, aber die Spektroskopie wird praktisch immer so verstanden, dass sie elektromagnetisch Strahlung zur Untersuchung von Materie.

Die Spektroskopie ist ein grundlegendes Instrument für wissenschaftliche Untersuchungen, deren Anwendungsbereiche von der Materialcharakterisierung bis hin zur Astronomie und Medizin reichen. Spektroskopietechniken werden in der Regel nach dem verwendeten Wellenlängenbereich, der Art der beteiligten Wechselwirkung oder der Art des untersuchten Materials kategorisiert.

Infrarot (IR)-Spektroskopie

Die Photonen im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums haben charakteristische Energien, die denen von Molekülschwingungen entsprechen; das bedeutet, dass die IR-Spektroskopie derzeit das wichtigste Instrument zur Untersuchung der Schwingungs- und Rotationsmoden von Molekülen ist.

IR-Spektrometer messen in der Regel die relative Absorption der verschiedenen Frequenzen im IR-Bereich durch eine Probe. Anhand dieses Absorptionsspektrums können dann die in der Probe vorhandenen Molekülbindungen identifiziert werden, was auf die Art der in einer Probe vorhandenen Molekularstrukturen hinweist.

Ultraviolett-Visuelle (UV/Vis) Spektroskopie

Der ultraviolette (UV) und der sichtbare Bereich des elektromagnetischen Spektrums entsprechen den Übergängen von Elektronenniveaus in Atomen und Molekülen. Mit der UV/Vis-Spektroskopie kann daher die elektronische Struktur von Molekülen in einer Probe untersucht werden, was die Identifizierung der vorhandenen Verbindungen ermöglicht. Die UV/Vis-Spektroskopie ist besonders nützlich für die Identifizierung von Peptidbindungen, bestimmten Aminosäure-Seitenketten und bestimmten prosthetischen Gruppen und Coenzymen. Diese Art der Spektroskopie ist für viele tragbare Sensortechnologien nützlich.

Kernspinresonanzspektroskopie (NMR)

Die Kernspinresonanzspektroskopie ist eine Technik zur Messung der Magnetfelder, die um Atomkerne herum existieren. Die NMR-Spektroskopie nutzt Radiowellen, um Atomkerne in einer Probe anzuregen. Wenn die Kerne zu schwingen beginnen, wird dies von empfindlichen Radioempfängern erkannt.

Da die Resonanzfrequenz eines Atomkerns von der elektronischen Struktur des Moleküls abhängt, von dem er ein Teil ist, liefert die NMR-Spektroskopie detaillierte Informationen über die Struktur und den Reaktionszustand von Molekülen. Sie ist daher ein leistungsfähiges Instrument, um die genaue Beschaffenheit von monomolekularen organischen Verbindungen zu ermitteln.

Raman-Spektroskopie

Die Raman-Spektroskopie befasst sich ausschließlich mit der inelastischen Streuung von Photonen, der so genannten Raman-Streuung, bei der sich die scheinbare Wellenlänge eines Photons ändert, wenn es mit der Probe wechselwirkt.

Bei der Raman-Streuung wird eine monochromatische Lichtquelle verwendet, um die Probe zu beleuchten. Wenn das Laserlicht mit Molekülschwingungen oder anderen Anregungen im Molekülsystem in Wechselwirkung tritt, wird die Energie der Photonen entweder nach oben oder unten verschoben. Die genaue Messung dieser Energieverschiebungen ermöglicht eine detaillierte Analyse der in der Probe vorhandenen Arten chemischer Bindungen. Die Raman-Streuung liefert ähnliche, aber ergänzende Daten wie die IR-Spektroskopie.

Röntgenspektroskopie

Die Anwendung der Röntgenspektroskopie begann mit der Entwicklung der Röntgenkristallographie im Jahr 1912. Das Vater-Sohn-Gespann William Henry Bragg und William Lawrence Bragg zeigte, dass aus den Beugungsmustern, die beim Durchgang von Röntgenstrahlen durch kristalline Materialien entstehen, auf die Natur der Kristallstruktur geschlossen werden kann.

Zwei weitere Röntgenspektroskopietechniken werden heute häufig eingesetzt: wellenlängendispersive Röntgenspektroskopie (WDXS) und energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDXS). Beide Verfahren ermöglichen die Elementanalyse durch Messung charakteristischer Röntgenstrahlen in einem engen Bereich des Spektrums.

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