Was ist der Unterschied zwischen Spektroskopie und Spektrometrie?

Ist Spektroskopie dasselbe wie Spektrometrie?

Wissenschaftliche Terminologie wird häufig ausgetauscht, und gängige wissenschaftliche Interpretationen werden oft überarbeitet und neu interpretiert, was zu Wahrnehmungsfehlern in der Wissenschaft führt. Während solche Fehler nicht vollständig beseitigt werden können, lassen sie sich durch ein gesteigertes Bewusstsein für sie und ein verbessertes Verständnis der Terminologie reduzieren. Dies gilt insbesondere beim Studium von Spektroskopie und Spektrometrie, die nicht dasselbe sind. Mit diesem Wissen wollen wir etwas tiefer in diese Konzepte eintauchen.

Prinzip der Spektroskopie:

Spektroskopie ist die Untersuchung der Absorption und Emission von Licht und anderer Strahlung durch Materie. Die moderne Spektroskopie verwendet ein Beugungsgitter, um Licht zu zerlegen, das dann auf CCDs (Charge-Coupled Devices) projiziert wird, ähnlich wie bei Digitalkameras. In jüngerer Zeit wurde die Definition der Spektroskopie erweitert, um auch die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Teilchen wie Elektronen, Protonen und Ionen sowie deren Wechselwirkung mit anderen Teilchen in Abhängigkeit von ihrer Stoßenergie einzuschließen.

Ultraviolett- und sichtbare (UV-Vis) Absorptionsspektroskopie ist die Technik, mit der wir die Abschwächung des Lichts messen, das durch eine zu untersuchende Probe hindurchgeht oder auch nach der Reflexion von der Probe. Beide Lichtbereiche (UV und sichtbar) sind energiereich und können Elektronen auf höhere Energieniveaus anregen.

Dies folgt dem Prinzip des Beer-Lambert-Gesetzes, das besagt, dass die Absorption des Lichts durch die Probe direkt proportional zur Weglänge und zur Konzentration der Probe ist.

Einige Anwendungen der Spektroskopie:

• Wir können die unterschiedlichen Spektren nutzen, um die chemische Zusammensetzung, Temperatur und Geschwindigkeit von Objekten im Weltraum zu bestimmen.
• Für die Metaboliten-Screening und -Analyse sowie zur Optimierung der Arzneimittelstruktur.
• Zur Bestimmung des Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses von analysierten Verbindungen oder Nanopartikeln mit einem Massenspektrometer.

Was ist Spektrometrie?

Spektrometrie hingegen ist der Prozess, der genutzt wird, um eine quantitative Messung des Spektrums zu erhalten. Es ist die praktische Anwendung, bei der Ergebnisse erzielt werden, die beispielsweise bei der Quantifizierung von Absorption, optischer Dichte oder Transmittanz helfen. Kurz gesagt, Spektroskopie ist die theoretische Wissenschaft, und Spektrometrie ist die praktische Messung des atomaren und molekularen Gleichgewichts der Materie.

Wird Spektroskopie oder Spektrometrie für Nanopartikel verwendet? 

Verschiedene Materialien reagieren unterschiedlich auf Licht. Einige Materialien absorbieren mehr Licht als andere. Die Lichtabsorptionsrate macht das Material für bestimmte Anwendungen geeignet. Spektroskopische Methoden gibt es schon seit langer Zeit und sie werden seit vielen Jahren in den Bereichen Chemie, Biologie und Ingenieurwesen weit verbreitet eingesetzt.

Viele spektroskopische Methoden können heute eingesetzt werden, um Nanomaterialien zu charakterisieren, da sich die Nanotechnologie zu einem eigenständigen, einzigartigen Fachgebiet entwickelt hat.

UV-Vis hat sich als die ideale Technik zur Untersuchung der optischen Eigenschaften organischer oder halbleitender Materialien erwiesen, da mit abnehmender Größe des Materials die Bandlücke zunimmt und UV-Vis hilft, die Bandlücke des Materials abzuschätzen. Diese Techniken sind entscheidend, um optische Phänomene bei der Untersuchung der Eigenschaften von Nanomaterialien zu erklären.

UV-Vis-Spektroskopie (UV-Vis) ist eine Technik, bei der ein Molekül eine bestimmte Lichtwellenlänge absorbiert, wodurch ein Elektron auf ein höheres Energieniveau angeregt wird. Es werden zwei Arten von Wellenlängen verwendet: eine, die nicht mit dem Nanomaterial interagiert, und eine, die gezielt entworfen wurde, um es anzuregen. Der Detektor zeichnet dann das Verhältnis dieser beiden Lichtstrahlen auf und berechnet die Konzentration des Nanomaterials. Nanopartikel besitzen einzigartige optische Eigenschaften, die empfindlich gegenüber Größe, Form, Konzentration, Aggregationszustand und Brechungsindex in der Nähe der Nanopartikeloberfläche sind, wodurch UV-Vis ein hervorragendes Werkzeug zum Nachweisen, Charakterisieren und Analysieren von Nanomaterialien ist.

Im Vergleich zu anderen Techniken wird UV-Vis jedoch seltener in der Nanotechnologie eingesetzt, dennoch wird es häufig für Nanopartikel in Suspension verwendet. UV-Vis kann genutzt werden, um die Farbsorptions-Eigenschaften metallischer Nanopartikel (durch plasmonische Absorption) sowie die Adsorptions-, Diffusions- und Freisetzungseigenschaften von Nanopartikeln/Nanomaterialien zu bewerten, zusätzlich zur Abschätzung der Konzentration einer Nanopartikelsuspension.

Spektrometer

Ein Spektrometer ist ein Gerät, das die Variation einer physikalischen Eigenschaft über einen bestimmten Bereich, also ein Spektrum, misst. Dies könnte ein Masse-zu-Ladung-Verhältnis-Spektrum in einem Massenspektrometer, eine Änderung der nuklearen Resonanzfrequenzen in einem NMR-Spektrometer oder eine Änderung der Absorption und Emission von Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge in einem optischen Spektrometer sein. Ein Spektrometer misst die Wellenlänge und Frequenz von Licht, wodurch wir die darin enthaltenen Atome identifizieren und untersuchen können. In ihrer einfachsten Form funktionieren Spektrometer ähnlich wie komplexe Formen der Beugung.

Die drei am häufigsten vorkommenden Spektrometertypen, die in Forschungslaboren auf der ganzen Welt zu finden sind, sind Massenspektrometer, NMR-Spektrometer und optische Spektrometer.

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