Spettroscopia: principi e tipologie
La spettroscopia è una tecnica analitica che si occupa della misurazione e interpretazione degli spettri risultanti dall’interazione tra la radiazione elettromagnetica e la materia. Gli spettri ottenuti forniscono informazioni caratteristiche sulla natura chimica dei composti presenti nel campione analizzato.
La meccanica quantistica ha stabilizzato che atomi e molecole possono esistere in stati con valori discreti di energia. Le grandezze misurate sono le differenze di energia tra due stati. Ad esempio, l’energia rotazionale e vibrazionale si applica alle molecole, mentre l’energia elettronica si può suddividere in energia di legame e energia di cuore interno.
La funzione d’onda del sistema è il prodotto della funzione d’onda elettronica e nucleare, e l’energia del sistema è la somma dell’energia elettronica e dell’energia nucleare. Questa è rappresentata dalle relazioni: ψ = ψe(qe)ψn(qn) e E = Ee + En, dove i pedici e e n si riferiscono rispettivamente agli elettroni e ai nuclei.
Dalle risoluzioni delle equazioni di Schrödinger si ottengono gli insiemi di valori discreti corrispondenti delle diverse forme di energia che caratterizzano le zone spettroscopiche.
Tipi di spettroscopia
In relazione alla natura della radiazione, esistono diversi tipi di spettroscopia. Le regioni spettroscopiche vengono denominate in base ai processi fisici corrispondenti. Ad esempio, la zona dei raggi γ riguarda transizioni nucleari, mentre quella dei raggi X e dell’ultravioletto o visibile coinvolge transizioni degli elettroni (atomiche o molecolari). Inoltre, i moti rotazionali e vibrazionali dei nuclei mostrano attività spettroscopica nelle regioni dell’infrarosso e delle microonde.
Tabelle delle regioni spettroscopiche
Nelle tabelle sono riportate le diverse regioni spettroscopiche, includendo la zona, il processo fisico, la regione spettrale (λ), la frequenza (ν), e l’energia corrispondente (eV). Per esempio, la radiazione nella regione dell’infrarosso deve essere attribuita essenzialmente alle vibrazioni dei nuclei, mentre quella nelle regioni dell’infrarosso lontano e delle microonde trae origine dalle rotazioni delle molecole.
Utilizzando l’accoppiamento di vari tipi di spettroscopia, è possibile ottenere analisi sempre più raffinate e precise, contribuendo così al progresso delle applicazioni analitiche in spettroscopia.