Analiza Widmowa i jej zastosowanie

WIDMO jest to zarejestrowany obraz promieniowania, które zostało wyemitowane albo weszło w kontakt z analizowaną substancją i zostało przez nią odbite lub przepuszczone. Widma możemy otrzymać za pomocą siatki dyfrakcyjnej albo pryzmatu.
Generalnie widma dzielimy na absorpcyjne związane z rozkładem natężenia promieniowania elektromagnetycznego w funkcji częstotliwości lub długości fali po przejściu przez substancję, pochłaniającą fale elektromagnetyczne o charakterystycznych dla siebie częstotliwościach i emisyjne powodujące rozkład natężenia promieniowania elektromagnetycznego, wysyłanego przez daną substancję w funkcji częstotliwości. Wśród widm emisyjnych rozróżniamy kilka rodzajów:
· Ciągłe – to mniej lub bardziej falista linia w badanym zakresie długości fal, wysyłana przez ciecze i ciała stałe, pobudzone do świecenia.
· Nieciągłe – spore obszary bez promieniowania i pojedyncze wyskoki (prążki, piki) na wykresie.
· Pasmowe – widmo cząsteczkowe powstające przy przejściach między poziomami energetycznymi swobodnych cząsteczek, które obserwuje się w postaci pasm widmowych.
· Liniowe - wysyłane przez gazy i pary o cząsteczkach jednoatomowych.

ANALIZA WIDMOWA jest to dział analizy instrumentalnej, w którym na podstawie charakteru widma, poprzez położenia linii i pasm oraz natężenia, można ustalić skład ilościowy i jakościowy danej substancji.
W roku 1859 Bunsen i Kirchoff odkryli, że pierwiastek w stanie lotnym, w określonych warunkach pobudzony do świecenia, daje tylko sobie właściwe widmo liniowe. Można pokusić się o stwierdzenie, że widmo atomu jest jego „liniami papilarnymi”, które pozwalają na jego bezbłędną identyfikacje i klasyfikację. Każdy pierwiastek daje pewną, większą albo mniejszą liczbę linii widmowych, w określonych barwach. Tak na przykład, wodór atomowy pobudzony do świecenia daje cztery linie widmowe widzialne: czerwoną, niebieską i dwie fioletowe.
Niektóre pierwiastki dotychczas nieznane zostały odkryte właśnie dzięki metodzie analizy widmowej. Historia taka miała miejsce w przypadku odkrycia helu. Najpierw zaobserwowano linie widmowe w widmie Słońca, a dopiero później znaleziono ów pierwiastek na Ziemi. Tą metodą odkryto też prawie wszystkie gazy szlachetne, a także gal, ind i tal, których istnienie jest trudne do stwierdzenia na drodze chemicznej.

ZASTOSOWANIE

Analizę widmową wykorzystuje się w kryminalistyce i medycynie sądowej. Często na miejscu zbrodni zdarza się tak, że sprawca nie pozostawił po sobie praktycznie żadnych widocznych śladów, jednakże zawsze zostają mikroślady. Właśnie do ich badania wykorzystuje się działy spektroskopii. Często dzięki właśnie takiemu mikrośladowi oraz analizie widmowej (oraz pokrewnych jej technik analitycznych) zostaje ujęty sprawca przestępstwa. Użycie tej techniki w medycynie sądowej jest bardzo podobne, z tą różnicą, że owe mikroślady są znajdowane przez patologa na ofierze. Nawet niewielka ilość substancji wystarczy do jej zidentyfikowania dzięki niezwykłym właściwościom widm, budowie atomu, cząsteczek.
Metodę analizy widmowej wykorzystuje się także w technice do badania próbek stopów czy stali, oraz do kontrolowania procesów technologicznych np. podczas wytopu szkła. Metoda ta powszechnie jest również stosowana w geologii i mineralogii do oceny zawartości pewnych pierwiastków w wodzie, rudach czy minerałach.
Najszersze zastosowanie znajduje w dziedzinie sygnałów akustycznych. Szczególne miejsce znajdują tu badania audiometryczne prowadzące do określenia częstotliwościowych charakterystyk słuchu, hałasu, a także akustyki pomieszczeń. Bardzo ważną dziedzinę zastosowań stanowi przetwarzanie sygnału mowy. Z sygnałami akustycznymi są blisko związane badania geofizyczne obejmujące obserwację zjawisk naturalnych (trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów) oraz zjawisk sztucznych związanych z poszukiwaniem surowców, głównie ropy i gazu ziemnego.
Kolejne, to diagnostyka urządzeń technicznych. Obejmuje ona badania stanu maszyn, urządzeń i konstrukcji w celu oceny ich jakości, stopnia sprawności lub zużycia. Ważnym parametrem są tutaj drgania mechaniczne (wibracje). Analiza widmowa wibracji pozwala w porę wykryć stany niesprawności oraz wyeliminować zużyte elementy. Typowym przykładem są tutaj drgania łopatek turbiny w elektrowni.
Analizy widmowe stosowane są również w diagnostyce medycznej. Organizm ludzki jest obiektem generującym wiele sygnałów elektrycznych które są wykorzystywane w procesie diagnozowania. Do najbardziej znanych należą elektrokardiogram (EKG) oraz elektroencyfalogram (EEG).
Kolejna dziedzina to telekomunikacja oraz telemetria, gdzie często występują sygnały bardzo złożone (modulacja amplitudy, modulacja częstotliwości, modulacje impulsowe). Ostatnio coraz szersze zastosowanie analizy widmowe znajdują również w dziedzinie rozpoznawania obrazów.