Спектроскопия

Спектроскопия (от спектр и ...скопия), раздел физики, посвященный изучению спектров электромагнитного излучения. Методами С. исследуют уровни энергии атомов, молекул и образованных из них макроскопических систем и квантовые переходы между уровнями энергии, что даёт важную информацию о строении и свойствах вещества. Важнейшие области применения С. - спектральный анализ и астрофизика.

Возникновение С. можно отнести к 1666, когда И. Ньютон впервые разложил солнечный свет в спектр. Важнейшие этапы дальнейшего развития С. - открытие и исследование в начале 19 в. линий поглощения в солнечном спектре (фраунгоферовых линий), установление связи спектров испускания и поглощения (Г. Р. Кирхгоф и Р. Бунзен, 1859) и возникновение на её основе спектрального анализа. С его помощью впервые удалось определить состав астрономических объектов - Солнца, звёзд, туманностей. Во 2-й половине 19 - начале 20 вв. С. продолжала развиваться как эмпирическая наука, был накоплен огромный материал об оптических спектрах атомов и молекул, установлены закономерности в расположении спектральных линий и полос. В 1913 Н. Бор объяснил эти закономерности на основе квантовой теории, согласно которой спектры электромагнитного излучения возникают при квантовых переходах между уровнями энергии атомных систем в соответствии с постулатами Бора (см. Атомная физика). В дальнейшем С. сыграла большую роль в создании квантовой механики и квантовой электродинамики, которые, в свою очередь, стали теоретической базой современной С.

Деление С. может быть произведено по различным признакам. По диапазонам длин волн (или частот) электромагнитных волн в С. выделяют радиоспектроскопию, охватывающую всю область радиоволн; оптическую С., изучающую спектры оптические и содержащую инфракрасную спектроскопию, С. видимого излучения и ультрафиолетовую спектроскопию, рентгеновскую спектроскопию и гамма-спектроскопию. Специфика каждого из этих разделов С. основана на особенностях электромагнитных волн соответствующего диапазона и методах их получения и исследования: в радиоспектроскопии применяются радиотехнические методы, в рентгеновской - методы получения и исследования рентгеновских лучей, в гамма-спектроскопии - экспериментальные методы ядерной физики, в оптической С. - оптические методы в сочетании с методами современной радиоэлектроники. Часто под С. понимают лишь оптическую С.

В соответствии с различием конкретных экспериментальных методов выделяют отдельные разделы С. В оптической С. - интерференционную С., основанную на использовании интерференции и применении интерферометров, вакуумную спектроскопию, Фурье-спектроскопию, спектроскопию лазерную, основанную на применении лазеров. Одним из разделов ультрафиолетовой и рентгеновской С. является фотоэлектронная спектроскопия, основанная на анализе энергий электронов, вырываемых из вещества при поглощении ультрафиолетовых и рентгеновских фотонов.
По типам исследуемых систем С. разделяют на атомную, изучающую атомные спектры, молекулярную, изучающую молекулярные спектры, С. веществ в конденсированном состоянии (в частности, спектроскопию кристаллов). В соответствии с видами движения в молекуле (электронное, колебательное, вращательное) молекулярную С. делят на электронную, колебательную и вращательную С. Аналогично различают электронную и колебательную С. кристаллов. В С. атомов, молекул и кристаллов применяют методы оптической С., рентгеновской С. и радиоспектроскопии .
Особую область исследований представляет ядерная спектроскопия, в которую включают гамма-, альфа- и бета-спектроскопии; из них только гамма-спектроскопия относится к С. электромагнитного излучения.
Лит.: Ельяшевич М. А., Атомная и молекулярная спектроскопия, М., 1962; Герцберг Г., Спектры и строение простых свободных радикалов, пер. с англ., М., 1974. См. также лит. при статьях Инфракрасная спектроскопия, Комбинационное рассеяние света, Ультрафиолетовое излучение, Спектроскопия кристаллов, Рентгеновская спектроскопия, Гамма-спектроскопия, атомные спектры, молекулярные спектры.
? М. А. Ельяшевич.