spektroskop

Spektroskop, (av spektro- og -skop), opprinnelig et instrument som frembringer et synlig spektrum; nå vanligvis brukt som betegnelse på ethvert instrument som frembringer et synlig eller usynlig spektrum. Spektroskop hvor spektret registreres fotografisk, kalles spektrograf. Hvis den spektrale egenskap (bølgelengde, energi, masse) kan måles ved direkte avlesing på en skala eller ved et måleinstrument, kalles instrumentet spektrometer.

Oppbygging, prinsipp

Et spektroskop består av strålekilde (lyskilde) med spalter som begrenser strålen, dispertivt medium, optisk system og detektor. Det optiske systemet skal ved monokromatisk eller monoenergetisk stråling (stråling med en bestemt bølgelengde el. energi) produsere et bilde av inngangsspalten på detektoren. Det dispertive medium splitter strålingen opp etter spektral størrelse (bølgelengde, energi, masse) slik at bildet av spalten forskyves når denne størrelsen forandrer seg. Hvis strålingen danner et kontinuerlig spektrum, blir bildet trukket ut til et bånd, og hvert sted på båndet svarer til stråling med bestemt bølgelengde, energi eller masse.

Beregninger

Hvis den spektrale egenskap bare kan anta bestemte verdier, fremkommer et linjespektrum, hvor hver linje utgjør et monokromatisk bilde av spalten. Forholdet mellom forandring i den spektrale egenskap og den tilsvarende forskyvning av bildet kalles spektroskopets (lineære) dispersjon. Bredden av bildet er bl.a. bestemt av bredden av inngangsspalten, av avbildningsfeil (linsefeil) og ved små spaltebredder av strålingens bølgelengde. Forholdet λ/Δλ, E/ΔE eller m/Δm mellom den spektrale egenskap (bølgelengde λ, energi E eller masse m) og den endring (Δλ, ΔE, Δm) av denne størrelse som må til for å få to atskilte bilder, kalles oppløsningsevnen. Det inverse forhold kalles oppløsningen. Transmisjonen, forholdet mellom den stråling som slipper frem til detektoren og strålingen som passerer inngangsspalten, er bestemt av spektroskopets apertur (åpningsforhold), og av absorpsjon og spredning i instrumentet.

Typer

Prismespektroskop

Prismespektroskop brukes for synlig lys, ultrafiolett og infrarød stråling, i bølgelengdeområdet 100 – 40 μm. Da både absorpsjonsevne og dispersjon varierer sterkt med bølgelengden, må prismematerialet velges med henblikk på undersøkelse av et bestemt bølgelengdeintervall. F.eks. brukes krystaller av kvarts eller kalsiumfluorid i det ultrafiolette området, glass (flintglass, kronglass) i det synlige området, natriumklorid og kaliumbromid i det infrarøde området.

Gitterspektroskop

Gitterspektroskop har vanligvis større oppløsningsevne, men mindre transmisjon enn prismespektroskop. Det har større dispersjonsområde, slik at en større del av spektret kan iakttas eller registreres fotografisk samtidig. Gitrene lages som strekgitter (se optisk gitter). De kan være refleksjonsgitter eller transmisjonsgitter. Brukes plant gitter, må strålen fokuseres ved hjelp av linser, og dette begrenser anvendelseområdet til det samme som for prismespektroskop. Med konkavgitter, som selv virker fokuserende, kan anvendelsesområdet utvides både mot lengre og særlig mot kortere bølgelengder, ned til 1 nm, i røntgenområdet. I dette området brukes for øvrig krystallspektroskop med krystallgitter som dispertivt medium. Se røntgenspektroskopi.

Som detektorer brukes (fra røntgenområdet og opp til bølgelengder på 3 μm) enten fotografisk film (i spektrografer) eller fotomultiplikator som sitter etter en utgangsspalte og registrerer det som slipper gjennom spalten (i spektrometer). For bølgelengder over 3 μm brukes temperaturfølsomme detektorer som termoelement, bolometer, radiometer eller radiomikrometer.

For synlig lys brukes foruten prisme- og gitterspektroskop også interferensspektroskop, som har meget stor oppløsningsevne. Se interferometer.

Partikkelspektroskop

Partikkelspektroskop lages etter lignende prinsipp som spektroskop for elektromagnetisk stråling, men med magnetfelt, av og til også elektrostatisk felt, som dispersivt medium. Se beta-spektrometer, massespektroskop. Som spektroskop for partikler og gammastråling brukes også energifølsomme partikkeldetektorer (proporsjonalteller, halvlederteller, scintillasjonsteller med elektronisk analysesystem).

Spektroskopi

Spektroskopi er registrering, utmåling og tolking av spektra. Begrepet omfattet opprinnelig bare det synlige spektrum, men gjelder nå også undersøkelser av spektra av annen elektromagnetisk stråling (radio-, mikrobølge-, infrarød, ultrafiolett, røntgen-og gammaspektroskopi), av partikkelstråling (alfa-, beta-, nøytronspektroskopi) og av akustiske bølger (lydspektroskopi).

R. W. Bunsen og G. Kirchhoff oppdaget 1859 at spektrallinjene i det synlige spektrum kunne brukes for å identifisere grunnstoffer og la dermed grunnlaget for anvendelse av spektroskopi i kjemien. Se spektralanalyse. Utvidelsen av spektroskopien til å omfatte det ultrafiolette området og røntgenområdet har gitt utførligere opplysninger om de enkelte atomer og hatt stor betydning for undersøkelser av krystallstrukturer. Spektroskopi innen den langbølgede delen av spektret, infrarød og mikrobølgespektroskopi gir opplysninger om molekylstrukturer og molekylbevegelse. Gammaspektroskopi gir opplysninger om atomkjernenes struktur. Partikkelspektroskopi omfatter undersøkelser av alfa- og betastråling fra radioaktive desintegrasjoner og av partikler som sendes ut i kjernereaksjoner. Se også spektrum.