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Capitolo 15
Introduzione ai metodi spettroscopici
15.1
Analisi conmetodi fisici
I metodi spettroscopici si basano sulla misura della quantità della radiazione pro-
dotta o assorbita dalle specie molecolari o atomiche di interesse e vengono classi-
ficati in base alla regione dello spettro elettromagnetico coinvolta nella misura.
Le regioni dello spettro che vengono utilizzate sono quelle dei raggi
g
, dei raggi
X, dell’ultravioletto (UV), del visibile, dell’infrarosso (IR), delle microonde e del-
le radio frequenze (RF). In realtà l’uso corrente estende il significato di spettro-
scopia ancora oltre, includendo tecniche che non coinvolgono neppure la radia-
zione elettromagnetica, quali la spettroscopia acustica, di massa ed elettronica.
15.1.1
Proprietà generali della radiazione elettromagnetica
La
radiazione elettromagnetica
è una forma di energia che viene trasmessa nello
spazio ad elevate velocità. Essa può essere descritta come un’onda avente pro-
prietà quali la lunghezza d’onda, la frequenza, la velocità e l’ampiezza.
Diversamente dalle onde sonore, la luce non richiede un mezzo di supporto per
la sua trasmissione; pertanto attraversa velocemente il vuoto. Inoltre, la luce viag-
gia con una velocità che è quasi un milione di volte più alta di quella del suono.
Il modello ondulatorio fallisce nel rendere conto di fenomeni associati con
l’assorbimento e l’emissione di energia radiante. Per capire questi processi, la
radiazione elettromagnetica può essere trattata come pacchetti discreti di ener-
gia o di particelle chiamati
fotoni
o
quanti
. Questi due aspetti della radiazione
come particella e come onda non sono mutualmente esclusivi ma, piuttosto,
complementari. Infatti l’energia di un fotone è direttamente proporzionale
alla sua frequenza. Analogamente, questo dualismo si applica al comportamen-
to di correnti di elettroni, di protoni e di altre particelle elementari che posso-
no produrre effetti di interferenza e diffrazione che sono tipici del comporta-
mento dell’onda.
15.1.2
Interazione della radiazione con la materia
I tipi di interazioni più interessanti nella spettroscopia riguardano le transizio-
ni tra i diversi livelli di energia delle specie chimiche. Gli altri tipi di interazioni
quali la riflessione, la rifrazione, lo scattering elastico, l’interferenza e la diffra-
zione sono spesso legati alle proprietà della massa del materiale piuttosto che