Optinė spektroskopija yra fizinių objektų savybių tyrimo priemonė, pagrįsta objekto spinduliavimo ir sąveikos su šviesa matavimu. Jis gali būti naudojamas matuoti tokius požymius kaip objekto cheminė sudėtis, temperatūra ir greitis. Tai apima matomą, ultravioletinę arba infraraudonąją šviesą, atskirai arba kartu, ir yra didesnės spektroskopinių metodų grupės, vadinamos elektromagnetine spektroskopija, dalis. Optinė spektroskopija yra svarbi technika šiuolaikinėse mokslo srityse, tokiose kaip chemija ir astronomija.
Objektas tampa matomas spinduliuodamas arba atspindėdamas fotonus, o šių fotonų bangos ilgiai priklauso nuo objekto sudėties, taip pat nuo kitų savybių, tokių kaip temperatūra. Žmogaus akis skirtingų bangų ilgių buvimą ir nebuvimą suvokia kaip skirtingas spalvas. Pavyzdžiui, fotonai, kurių bangos ilgis yra nuo 620 iki 750 nanometrų, yra suvokiami kaip raudoni, todėl objektas, kuris pirmiausia skleidžia arba atspindi fotonus šiame diapazone, atrodo raudonas. Naudojant prietaisą, vadinamą spektrometru, šviesą galima analizuoti daug tiksliau. Šis tikslus matavimas kartu su skirtingų šviesos savybių, kurias įvairios medžiagos sukuria, atspindi arba sugeria įvairiomis sąlygomis, supratimu, yra optinės spektroskopijos pagrindas.
Skirtingi cheminiai elementai ir junginiai skiriasi tuo, kaip jie spinduliuoja arba sąveikauja su fotonais dėl juos sudarančių atomų ir molekulių kvantinių mechaninių skirtumų. Šviesa, išmatuota spektrometru po to, kai šviesa atsispindėjo nuo tiriamo objekto, praėjo pro jį arba jį išspinduliuoja, turi vadinamąsias spektrines linijas. Šios linijos yra ryškūs šviesos ar tamsos netolygumai spektre, rodantys neįprastai didelį arba neįprastai mažą tam tikro bangos ilgio fotonų skaičių. Skirtingos medžiagos sukuria išskirtines spektrines linijas, kurias galima naudoti joms identifikuoti. Šias spektrines linijas taip pat veikia tokie veiksniai kaip objekto temperatūra ir greitis, todėl spektroskopija taip pat gali būti naudojama jiems matuoti. Be bangos ilgio, naudingos informacijos gali suteikti ir kitos šviesos charakteristikos, pavyzdžiui, jos intensyvumas.
Optinė spektroskopija gali būti atliekama keliais skirtingais būdais, priklausomai nuo to, kas tiriama. Individualūs spektrometrai yra specializuoti prietaisai, orientuoti į tikslią specifinių siaurų elektromagnetinio spektro dalių analizę. Todėl jų yra įvairių tipų, skirtų įvairioms reikmėms.
Vienas iš pagrindinių optinės spektroskopijos tipų, vadinamas sugerties spektroskopija, yra pagrįstas nustatant, kokius šviesos bangos ilgius medžiaga sugeria, matuojant fotonus, per kuriuos ji leidžia praeiti. Šviesa gali būti gaminama specialiai šiam tikslui naudojant įrangą, pvz., lempas ar lazerius, arba gali būti gaunama iš natūralaus šaltinio, pvz., žvaigždžių šviesos. Jis dažniausiai naudojamas su dujomis, kurios yra pakankamai išsklaidytos, kad galėtų sąveikauti su šviesa, tačiau leidžia jai prasiskverbti. Absorbcijos spektroskopija yra naudinga identifikuojant chemines medžiagas ir gali būti naudojama atskirti elementus ar junginius mišinyje.
Šis metodas taip pat nepaprastai svarbus šiuolaikinėje astronomijoje ir dažnai naudojamas dangaus objektų temperatūrai ir cheminei sudėčiai tirti. Astronominė spektroskopija taip pat matuoja tolimų objektų greitį, pasinaudodama Doplerio efektu. Atrodo, kad objekto, kuris juda į stebėtoją, šviesos bangos yra aukštesnio dažnio, taigi ir mažesnio ilgio, nei šviesos bangos, sklindančios iš ramybės būsenos objekto, palyginti su stebėtoju, o tolstančio objekto bangos turi žemesnius dažnius. Šie reiškiniai atitinkamai vadinami mėlynuoju ir raudonuoju poslinkiu, nes padidinus matomos šviesos bangos dažnį ji juda link mėlynos/violetinės spektro galo, o sumažinus dažnį – link raudonos spalvos.
Kita svarbi optinės spektroskopijos forma vadinama emisijos spektroskopija. Kai atomai ar molekulės yra sužadinami išorinio energijos šaltinio, pavyzdžiui, šviesos ar šilumos, jų energijos lygis laikinai padidėja, kol grįžta į pradinę būseną. Kai sužadintos dalelės grįžta į pradinę būseną, jos išskiria energijos perteklių fotonų pavidalu. Kaip ir sugerties atveju, skirtingos medžiagos išskiria skirtingo bangos ilgio fotonus, kuriuos vėliau galima išmatuoti ir analizuoti. Taikant vieną įprastą šio metodo formą, vadinamą fluorescencine spektroskopija, tiriamasis yra maitinamas šviesa, dažniausiai ultravioletine šviesa. Atominės emisijos spektroskopijoje naudojama ugnis, elektra arba plazma.
Fluorescencinė spektroskopija dažniausiai naudojama biologijoje ir medicinoje, nes ji mažiau kenkia biologinėms medžiagoms nei kiti metodai ir kai kurios organinės molekulės natūraliai fluorescuoja. Atominės absorbcijos spektroskopija naudojama cheminėje analizėje ir ypač efektyvi metalams aptikti. Įvairūs atominės absorbcijos spektroskopijos tipai naudojami tokiems tikslams kaip vertingų mineralų identifikavimas rūdose, įrodymų iš nusikaltimo vietų analizė ir kokybės kontrolė metalurgijoje bei pramonėje.