Τεχνικές πειραματικής ανάλυσης - Η αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και ύλης
1. Απορρόφηση φωτός
Όταν τα άτομα, τα μόρια ή τα ιόντα απορροφούν την ενέργεια των φωτονίων και η διαφορά μεταξύ της ενέργειας βάσης και της ενέργειας διεγερμένης κατάστασης ικανοποιεί το Δ E=mv, θα μεταβούν από τη θεμελιώδη κατάσταση στη διεγερμένη κατάσταση και αυτή η διαδικασία ονομάζεται απορρόφηση. Η μελέτη των φασμάτων απορρόφησης μπορεί να καθορίσει τη σύνθεση, το περιεχόμενο και τη δομή του δείγματος. Η αναλυτική μέθοδος που καθιερώθηκε με βάση τη φασματοσκοπία απορρόφησης ονομάζεται φασματοσκοπία απορρόφησης.
2. Εκπομπή φωτός
Όταν μια ουσία απορροφά ενέργεια και μεταβαίνει από τη θεμελιώδη κατάσταση στη διεγερμένη κατάσταση, η διεγερμένη κατάσταση είναι ασταθής και θα επιστρέψει στη θεμελιώδη κατάσταση μετά από περίπου 10-8 δευτερόλεπτα. Σε αυτό το σημείο, εάν απελευθερωθεί ενέργεια με τη μορφή φωτός, αυτή η διαδικασία ονομάζεται εκπομπή.
3. Σκέδαση φωτός
Όταν το φως διέρχεται από ένα μέσο, εμφανίζεται το φαινόμενο της εκπομπής. Όταν το μέγεθος των σωματιδίων του μέσου (όπως σε γαλακτώματα, εναιωρήματα, κολλοειδή διαλύματα) είναι παρόμοιο με το μήκος κύματος του φωτός, η ένταση του εκπεμπόμενου φωτός αυξάνεται, το οποίο μπορεί επίσης να φανεί με γυμνό μάτι ως το φαινόμενο Tyndall. Η ένταση του σκεδαζόμενου φωτός είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο του μήκους του προσπίπτοντος φωτός και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη του μεγέθους και της μορφολογίας των μορίων του πολυμερούς και των κολλοειδών σωματιδίων. Όταν τα μόρια του μέσου είναι μικρότερα από το μήκος κύματος του φωτός, εμφανίζεται η εκπομπή Rayleigh M9. Αυτή η σκέδαση προκαλείται από ελαστικές συγκρούσεις μεταξύ φωτονίων και μοριακών μορίων. Δεν υπάρχει ανταλλαγή ενέργειας κατά τη σύγκρουση, αλλάζει μόνο η κατεύθυνση της κίνησης των φωτονίων, επομένως η συχνότητα του σκεδαζόμενου φωτός παραμένει αμετάβλητη και η ένταση του σκεδαζόμενου φωτός είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τέταρτη δύναμη του προσπίπτοντος μήκους κύματος φωτός. Όταν τα φωτόνια συγκρούονται μη ελαστικά με μεσαία μόρια, όχι μόνο αλλάζουν την κατεύθυνση της κίνησής τους αλλά και ανταλλάσσουν ενέργεια, με αποτέλεσμα μια αλλαγή στη συχνότητα του σκεδαζόμενου φωτός. Αυτό το φαινόμενο σκέδασης ονομάζεται σκέδαση Raman.
4. Ανάκλαση και Διάθλαση
Όταν το φως ακτινοβολείται από το μέσο (1) στη διεπιφάνεια ενός άλλου μέσου (2), μέρος του φωτός αλλάζει κατεύθυνση στη διεπιφάνεια και επιστρέφει στη διεπαφή (1), που ονομάζεται ανάκλαση φωτός. Ένα άλλο μέρος του φωτός αλλάζει κατεύθυνση και εισέρχεται στο μέσο (2) υπό γωνία r (γωνία διάθλασης), που ονομάζεται διάθλαση φωτός.
5. Παρεμβολές
Υπό ορισμένες συνθήκες, τα κύματα φωτός θα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Όταν υπερτίθενται, θα παράγουν ένα σύνθετο κύμα του οποίου η ένταση εξαρτάται από τη φάση κάθε κύματος. Όταν η διαφορά φάσης μεταξύ των δύο κυμάτων είναι 180 μοίρες, εμφανίζεται η μέγιστη καταστροφική παρεμβολή. Όταν τα δύο κύματα βρίσκονται σε φάση, εμφανίζεται η μέγιστη εποικοδομητική παρεμβολή. Μέσω του φαινομένου παρεμβολής, μπορούν να ληφθούν φωτεινές και σκούρες ρίγες. Εάν δύο κύματα δυναμώσουν το ένα το άλλο, θα εμφανιστούν φωτεινές ρίγες. Εάν αλληλοεξουδετερωθούν, θα εμφανιστούν σκούρες ρίγες
6. Περίθλαση
Το φαινόμενο των κυμάτων φωτός που αποκλίνουν από την ευθεία γραμμή τους όταν περνούν μέσα από εμπόδια ή στενές σχισμές ονομάζεται φαινόμενο περίθλασης. Είναι αποτέλεσμα παρεμβολών.
