Optiskā spektroskopija ir līdzeklis fizisko objektu īpašību izpētei, pamatojoties uz to, kā objekts izstaro gaismu un mijiedarbojas ar to. To var izmantot, lai izmērītu tādus atribūtus kā objekta ķīmiskais sastāvs, temperatūra un ātrums. Tas ietver redzamo, ultravioleto vai infrasarkano gaismu, atsevišķi vai kombinācijā, un ir daļa no lielākas spektroskopisko metožu grupas, ko sauc par elektromagnētisko spektroskopiju. Optiskā spektroskopija ir svarīga tehnika mūsdienu zinātnes jomās, piemēram, ķīmijā un astronomijā.
Objekts kļūst redzams, izstarojot vai atstarojot fotonus, un šo fotonu viļņu garumi ir atkarīgi no objekta sastāva, kā arī no citiem atribūtiem, piemēram, temperatūras. Cilvēka acs dažādu viļņu garumu esamību un neesamību uztver kā dažādas krāsas. Piemēram, fotoni ar viļņa garumu no 620 līdz 750 nanometriem tiek uztverti kā sarkani, un tāpēc objekts, kas galvenokārt izstaro vai atstaro fotonus šajā diapazonā, izskatās sarkans. Izmantojot ierīci, ko sauc par spektrometru, gaismu var analizēt ar daudz lielāku precizitāti. Šis precīzais mērījums kopā ar izpratni par dažādām gaismas īpašībām, ko dažādas vielas ražo, atstaro vai absorbē dažādos apstākļos, ir optiskās spektroskopijas pamatā.
Dažādi ķīmiskie elementi un savienojumi atšķiras atkarībā no tā, kā tie izstaro vai mijiedarbojas ar fotoniem, pateicoties kvantu mehāniskajām atšķirībām atomos un molekulās, kas tos veido. Gaismai, ko mēra ar spektrometru pēc tam, kad gaisma ir atstarojusies no pētāmā objekta, izgājusi cauri vai izstarota no tā, ir tā sauktās spektrālās līnijas. Šīs līnijas ir asas gaismas vai tumsas pārtraukumi spektrā, kas norāda uz neparasti augstu vai neparasti zemu noteiktu viļņu garumu fotonu skaitu. Dažādas vielas rada atšķirīgas spektrālās līnijas, ko var izmantot, lai tās identificētu. Šīs spektrālās līnijas ietekmē arī tādi faktori kā objekta temperatūra un ātrums, tāpēc to mērīšanai var izmantot arī spektroskopiju. Papildus viļņa garumam noderīgu informāciju var sniegt arī citas gaismas īpašības, piemēram, tās intensitāte.
Optisko spektroskopiju var veikt vairākos dažādos veidos atkarībā no tā, kas tiek pētīts. Atsevišķi spektrometri ir specializētas ierīces, kas koncentrējas uz konkrētu, šauru elektromagnētiskā spektra daļu precīzu analīzi. Tāpēc tie ir pieejami dažādos veidos dažādiem lietojumiem.
Viens no galvenajiem optiskās spektroskopijas veidiem, ko sauc par absorbcijas spektroskopiju, ir balstīts uz to, lai noteiktu, kādus gaismas viļņu garumus viela absorbē, mērot fotonus, kuriem tā ļauj iziet cauri. Gaismu var ražot īpaši šim nolūkam ar aprīkojumu, piemēram, lampām vai lāzeriem, vai arī to var iegūt no dabiska avota, piemēram, zvaigžņu gaismas. To visbiežāk izmanto ar gāzēm, kas ir pietiekami izkliedētas, lai mijiedarbotos ar gaismu, vienlaikus ļaujot tai iziet cauri. Absorbcijas spektroskopija ir noderīga ķīmisko vielu identificēšanai, un to var izmantot, lai atšķirtu elementus vai savienojumus maisījumā.
Šī metode ir ārkārtīgi svarīga arī mūsdienu astronomijā, un to bieži izmanto debess objektu temperatūras un ķīmiskā sastāva pētīšanai. Astronomiskā spektroskopija mēra arī attālu objektu ātrumu, izmantojot Doplera efektu. Šķiet, ka gaismas viļņiem no objekta, kas virzās uz novērotāju, ir augstākas frekvences un tādējādi mazāki viļņu garumi nekā gaismas viļņiem no objekta, kas atrodas miera stāvoklī, salīdzinot ar novērotāju, savukārt viļņiem no objekta, kas virzās prom, šķiet, ir zemākas frekvences. Šīs parādības sauc attiecīgi par zilo nobīdi un sarkano nobīdi, jo, palielinot redzamās gaismas viļņa frekvenci, tas virzās uz spektra zilo/violeto galu, savukārt, pazeminot frekvenci, tas virzās uz sarkano pusi.
Vēl viens svarīgs optiskās spektroskopijas veids ir emisijas spektroskopija. Kad atomus vai molekulas ierosina ārējs enerģijas avots, piemēram, gaisma vai siltums, to enerģijas līmenis īslaicīgi palielinās, pirms tie atgriežas sākotnējā stāvoklī. Kad satrauktās daļiņas atgriežas sākotnējā stāvoklī, tās atbrīvo lieko enerģiju fotonu veidā. Tāpat kā absorbcijas gadījumā, dažādas vielas izstaro dažāda viļņa garuma fotonus, kurus pēc tam var izmērīt un analizēt. Vienā šīs metodes izplatītajā formā, ko sauc par fluorescences spektroskopiju, analizējamais objekts tiek darbināts ar gaismu, parasti ultravioleto gaismu. Atomu emisijas spektroskopijā izmanto uguni, elektrību vai plazmu.
Fluorescences spektroskopiju parasti izmanto bioloģijā un medicīnā, jo tā mazāk kaitē bioloģiskajiem materiāliem nekā citas metodes un dažas organiskās molekulas ir dabiski fluorescējošas. Atomu absorbcijas spektroskopija tiek izmantota ķīmiskajā analīzē, un tā ir īpaši efektīva metālu noteikšanai. Dažādi atomu absorbcijas spektroskopijas veidi tiek izmantoti tādiem nolūkiem kā vērtīgu minerālu identificēšana rūdās, noziegumu vietu pierādījumu analīze un kvalitātes kontroles uzturēšana metalurģijā un rūpniecībā.