Optinen spektroskopia ja kuvantaminen
Teksti: Markus Metsälä
Optinen spektroskopia mahdollistaa erilaisten näytteiden kemiallisen koostumuksen määrittämisen kaikissa aineen olomuodoissa. Kiinteässä ja nestemäisessä olomuodossa optisilla tekniikoilla voidaan myös kuvantaa molekyylien avaruudellista jakautumista kolmessa ulottuvuudessa. Analytiikan lisäksi optista spektroskopiaa hyödynnetään laajasti myös tieteellisessä perustutkimuksessa aineen rakenteen ja energiatasorakenteen määrittämisessä sekä erilaisten dynaamisten muutosten, kuten esim. kemiallisten reaktioiden seuraamisessa.
Optiset menetelmät ovat kehittyneet viime vuosina huimasti, mahdollistaen yhä pienempien ainemäärien ja yksityiskohtien havaitsemisen ja määrittämisen. Monet viime aikojen edistysaskelista ovat perustuneet nimenomaan laser-teknologian huikeaan kehitykseen. Laservalon ominaisuudet (kirkkaus, suuntaavuus ja monokromaattisuus) mahdollistavat monessa sovelluksessa ylivoimaisen suorituskyvyn verrattuna perinteisiin termisiin valonlähteisiin kuten hehkulamppuihin tai purkauslamppuihin. Loistava esimerkki voimakkaasti kehittyvästä lasertekniikasta ovat optiset taajuuskammat, joiden avulla voidaan tuottaa laservaloa laajalla aallonpituusalueella. Nopeat laserpulssit mahdollistavat myös äärimmäisen nopeiden ilmiöiden tutkimisen erilaisissa kemiallisissa näytteissä, aina femtosekuntien (10-15 s, sekunnin tuhannesbiljoonasosa) aikaskaalalle asti.
Kemian päivien optisen spektroskopian ja kuvantamisen seminaari esittelee eräitä näistä uusista menetelmistä, sekä antaa katsauksen siihen kuinka kyseiset menetelmät edistävät tutkimusta kemian alalla sekä kemian menetelmiä hyödyntävillä aloilla, kuten nanoteknologiassa, biologiassa ja lääketieteessä. Perustutkimuksen lisäksi seminaarissa käsitellään uusimpien optisten menetelmien hyödyntämistä kaupallisesti merkittävissä sovelluskohteissa sekä viranomaistoiminnassa. Optinen spektroskopia toimii monen teollisesti ja yhteiskunnallisesti merkittävän sovelluksen taustalla, vaikka emme sitä yleensä arjessamme tiedostakaan.
Lasereita käytetään usein valolähteinä optisen spektroskopiassa. Kuva: Mikhail Roiz