Színképelemzés

A színképelemzés vagy spektrálanalízis a megfigyelt objektumokból érkező látha-tófény színképének vizsgá-lata. A különböző hullámhosszú elnyelési sávok intenzitásából meghatározhatjuk a vizsgált anyag összetevőit.A színképelemzés jelentősen hozzájárult az anyagról szerzett ismeretekhez. Segítségével tárták fel az atomok elektronszerkezetének sajátosságait, határozták meg az elektronállapotokat jellemző kvantumszámokat; végeredményben ez tette lehetővé a kémiai elemek periódusos rendszerének elméleti értelmezését.  A színképelemzés legfontosabb funkciója, hogy ismeretlen atomok és molekulák beazonosíthatók legyenek. A színkép, idegen szóval spektrum az atomok által kibocsátott elektromágneses hullámok összességét jelenti. Ezek egy része a látható fény tartományába esik. A spektrum ugyanúgy prizmával állítható elő, akárcsak a Nap fényéből a szívárvány, hiszen a prízma az össze elektromágneses hullámot a frekvenciájától függő mértékben töri meg.   Ha egy anyagot magas hőmérsékletre hevítünk, és így elektronjait gerjesztett állapotba juttatjuk, akkor azok az alapállapotba való visszaugráskor egy fotont bocsátanak ki. Ennek frekvenciája függ az adott atom vagy molekula elektronszerkezetétől, amely már ismeretes a fizikusok előtt, így az anyagot könnyen beazonosítják.   Kétféle színkép létezik: az emissziós (kibocsátási) és az abszorpciós (elnyelési). Az előbbiről a fenti sorokban volt szó. Az utóbbi pedig akkor jön létre, ha egy adott anyag elnyel egy bizonyos frekvenciájú fotont. Ez akkor történhet meg, ha a foton megfelel a Bohr-féle frekvenciakritériumnak, azaz energiája éppen akkora, mint az adott anyag egy elektronjának két energiaszintje közti különbség. Ekkor az anyag a fotont elnyeli és ez a színképvonal hiányzik az emittáló anyag spektrumából. Pl. ha egy folytonos színképű fényforrás (pl. ívlámpa) fényét valamely anyagon át bocsájtjuk a spektroszkópba, az ebben jelentkező színképből hiányoznak a vizsgált anyag által elnyelt hullámhosszak. Ezek az elnyelt vonalak alkotják az abszorpciós színképet. A gázoknak vonalas színképe van. Ha a gáz forró, akkor emissziós spektruma is látható. Ha azonban hideg, akkor csak az abszorpciós. A folyadékok és a szilárd testek folytonos spektrunot adnak. Ez azzal magyarázható, hogy a közeli szomszédos atomok elektronjai is befolyásolják a kibocsátott foton hullámhosszát. Az izzólámpa ennek megfelelően folytonos színképet ad.   A színképvonalak vizsgálata vezetett el az elektronok kvantumszámainak felfedezéséhez. Fontos szerepe van a csillagászatban, ahol a csillagok vagy más égitestek összetételére lehet következtetni a spektrumából.   Az elektronok diszkrét energiájú fénykibocsátását alkalmazzák a lézer (LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) esetében is. A lézer anyagát (gáz, folyadék vagy szilárd test) két párhuzamos tükör közt gerjesztik (pl. impulzuslámpával). Ennek hatására elektronjai gerjesztett állapotba kerülnek, mégpedig azonos energiájú pályákra. Alapállapotba való visszakerülésük alkalmával egy fotont bocsátanak ki. A két párhuzamos tükör gondoskodik arról, hogy összehangolja a fénykibocsátási aktusokat. Így az atomok azonos energiájú és fázisú fotonokat bocsátanak ki. Ezáltal lesz a lézer monokróm (egyszínű) és koherens nyaláb. Használatos a gyógyászatban (kemény és lágy formában egyaránt), az anyagvizsgálatban, a holográfiában, fizikai mérésekben stb. A módszer elve alapján kialakult tudományos vizsgálati eljárások összességére a spektroszkópia kifejezést használják. Mára az elektromágneses sugárzás teljes hullámhossz-, illetve frekvenciatartományán működik már spektroszkópiai módszer, és ide sorolják a részecskesugárzások megfigyelésével foglalkozó eljárásokat is.  A módszerrel megismerhető a molekulák szerkezete, a molekulákon belüli atomtávolságok, valamint az elektronok elrendeződése. Számos elemet, elemek izotópjait, molekulát a színképelemzés révén fedeztek fel. Anyagok összetételének vizsgálatánál széleskörűen alkalmazzák az asztrofizikában, a technikában, a régészetben, a rendőri nyomozásban. A színképelemzés vagy spektrumanalízis az összetevőire bontott elektromágneses sugárzás, a színkép vizsgálatát jelenti. A színképelemzéssel foglalkozó tudományágat spektroszkópiának nevezzük.