BIOSPEKTROSKOPIA 

Spektroskopia

• Dział  nauki  zajmujący  się  badaniem 

struktury 

energetycznej 

(budowy 

i 

właściwości) substancji.

• Odbywa się to poprzez obserwację i analizę 

rozkładu energii czyli widm promieniowania 

emitowanego, 

pochłanianego 

lub 

odbitego

 przez dany obiekt fizyczny.

 

Promieniowanie 
padające

Transmisj
a

 

Absorpcja

 

Odbici
e

Spektroskopia  absorpcyjna  -  bada  widma  powstające  po  przejściu 
promieniowania przez warstwę badanej substancji.

  Spektroskopia  emisyjna  -  bada  widma,  które  emituje  badana  substancja  po 
zadziałaniu określonego czynnika fizycznego.

Spektroskopia  odbiciowa  -  bada  widma,  które  powstały  w  wyniku  odbicia  się 
promieniowania od powierzchni badanej próbki.

Długość fali λ

 

Odległość mierzona między dwoma sąsiednimi 

punktami będącymi w tej samej fazie.

Długość 
fali

c

n

l =

Najczęściej stosowanymi jednostkami 

określającymi długość fali są:

9

6

10

1

10

1

10

1

10

nm

m

m

m

A

m

m

-

-

-

=

=

=

&

Wielkości 

charakteryzujące falę 

elektromagnetyczną 

• Częstość 

drgań 

ν

. 

Jednostką 

częstości  jest    Herz  [1/s],  natomiast 
określa ona ilość drgań na jednostkę 
czasu.

• Liczba falowa k

, która określa liczbę 

długości  fal  w  jednostce  długości. 
Jednostką jest Kejzer.

1

k

l

=

1

1K

cm

=

Zakres 

promieniowania 

UV 

VIS 

IR 

Długość fali [nm]

100-380

380-

780

780-

100000

http://fizyka.maszyna.pl/wstep_widmo.htm

h
v

E

m

E

n

hv

E

m

E

n

m

n

E

E

hv

-

=

hv

E

m

E

n

Absorpcja

Emisja spontaniczna

Emisja wymuszona

Monochromatory:
Pryzmat
Odbiciowy (siatki dyfrakcyjne)
Laser

Rodzaj 

promieniowani

a

Źródło światła

Kuweta

Detektor

VIS

Żarówka, 

lampa 

wolframowa

Szklana, 

plastikowa 

(przeźroczyst

a)

Fotodioda, 

fotopowielacz 

fotokomórka

UV

Lampa UV

Kwarcowa

Fotodioda, 

fotopowielacz 

fotokomórka

IR

Włókno 

Nernsta, pręt 

silitowy 

Globar

Płytki solne

Termoogniwa, 

bolomatry

Struktura energetyczna 

cząsteczek

Rodzaje energii 

cząsteczek

• Translacji
• Rotacji
• Oscylacji
• Elektronó

w

Energia translacji

• Energia ruchu postępowego, energia 

kinetyczna cząsteczek. IR

• Jest wprost proporcjonalna do 

temperatury.

2

2

kin

mV

E =

Energia rotacji

• Związana jest z ruchem obrotowym 

cząsteczek. IR

(

)

2

2

1

8

rot

h

E

J J

I

p

=

+

Energia oscylacji

• Wynika z drgań atomów. IR

0

1

2

osc

E

v

hv

�

�

= +

�

�

�

�

• liniowo symetryczne v

1

,

• deformacyjne poprzeczne 
v

2

• podłużne symetryczne v

3

.

Energia elektronowa

• Energia dostarczona do elektronów. 

UV, VIS

Stan 
podstawowy, 
elektronowy

Stany 
oscylacyjne

Stany 
rotacyjne

v=3

v=2

v=1

v=0

J=

4
3
2
1
0

Struktura energetyczna substancji

Absorpcjometria

Absorpcja 

promieniowania

• Pochłanianie

 promieniowania 

elektromagnetycznego przez materię. 

• Każda z substancji pochłania 

charakterystyczne

 dla siebie 

długości fali

. 

• To jaka długość fali będzie pochłaniana zależy 

od 

rodzaju substancji

 z jaką mamy do 

czynienia. 

   Absorpcjometria dotyczy  

badania i pomiaru absorpcji 

promieniowania w zakresie od 

ultrafioletu do podczerwieni.

Absorbancja

Wielkość fizyczna służąca do 

określenia ilości zaabsorbowanego 

promieniowania. 

0

log

I

A

I

=

I

0

 - natężenie światła padającego. 

I - natężenie światła po przejściu przez 
roztwór. 
A - absorbancja.

Transmitancja

Jest to wielkość, określająca ilość 

promieniowania przepuszczonego. 

Określona jest za pomocą wyrażenia:

0

I

T

I

=

0

100%

I

T

I

= �

Związek pomiędzy 

abrsorbancją a 

transmitancją

1

log

A

T

=

2 log

A

T

= -

Widmo absorpcji

Określa zależność pomiędzy ilością 

promieniowania absorbowanego a 

długością fali. 

W obszarze widzialnym może mieć 

postać ciemnych prążków lub pasm na 

tle ciągłego widma emisyjnego i jest 

charakterystyczne dla każdej 

substancji.

Prawo Lamberta - Beera 

I

0

 - natężenie promieniowania padającego.

I - natężenie promieniowania po przejściu przez warstwę o 

grubości x.

α - współczynnik absorpcji charakterystyczny dla każdej 

substancji.

X - grubość warstwy absorbenta.
c - stężenie roztworu.

I

0

I

x

0

cx

I I e

a

-

=

α

c

A

c

Zależność absorpcji i współczynnika absorpcji od 
stężenia

Prawo addytywności 

absorpcji

Wartość absorpcji kilku składników 

równa się sumie wartości absorpcji 

poszczególnych składników.

1

2

...

c

n

A

A A

A

= + + +

Odstępstwa od praw 

absorpcji

Odstępstwa od praw absorpcji możemy 

podzielić na spowodowane:

• Warunkami pomiarowymi 

(niemonochromatyczność wiązki, 

różna czułość detektorów).

• Niespełnieniem praw absorpcji (np. 

wzrost stężenia roztworu może 

powodować powstawanie cząsteczek 

spolimeryzowanych bądź 

zasocjoanych).

Zastosowanie

Badania jakościowe i ilościowe!!!

Spekol

1

2

3

5

4

1

0

nm

0%

100%

1. Włącznik otwierający szczelinę przez 

które wychodzi promieniowanie

2. Pokrętło służące do ustawiania 

żądanej długości fali

3. Pokrętło ustawiające wskazówkę 

miernika w pozycji 0% T

4. Pokrętło ustawiające wskazówkę 

miernika w pozycji 100%T

5. Miejsce na kuwety z cieczą 

porównawczą i badaną

Widma

A

λ

λ

1

λ

2

A

λ

λ

1

λ

2

λ

3

Witamina C, różne 

stężenia

Oksyhemoglobina

Spektroskopia emisyjna

Widmo emisyjne

Widmo wybranego typu promieniowania 

wysyłanego przez dany obiekt. 

Absorpcja 
promieniowania

Stan wzbudzony

Emisja promieniowania

Widmo emisji

h
v

E

m

E

n

hv

E

m

E

n

m

n

E

E

hv

-

=

Zastosowanie

Badania jakościowe i ilościowe!!!

Widmo światła białego

Widmo wodoru

http://www.coolscan.pl/artykuly.htm http://library.thinkquest.org/28383/nowe_teksty/html/2_13.html

Widma sodu

Żółta linia sodu

Brak żółtej linii sodu

Widmo emisyjne

Widmo 
absorpcyjne

Widmo helu

http://library.thinkquest.org/28383/nowe_teksty/html/2_13.html

Widmo azotu

Widmo 
żelaza

http://pl.wikipedia.org/wiki/Spektroskopia_astronomiczna

http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/zabawki/files/articles/cd/cd.html

A

λ[nm
]

A

λ[nm
]

PDD

Spektroskopia 

odbiciowa

• Spektroskopia odbiciowa - światło 

nie przechodzi przez próbkę ale 
odbija się od jej powierzchni. 

• Kąt odbicia zależy od struktury 

chemicznej próbki i długości 
padającego światła. 

• Pozwala to ustalić skład chemiczny 

samej powierzchni próbki.

• Część kwantów promieniowania, 

oddziałuje z cząsteczkami próbki.

• Powoduje to zmianę energii oscylacji 

cząsteczek materiału.

• Oznacza to zamianę energii 

padających kwantów.

• Do wzbudzania stosuje się bardzo 

silne źródła promieniowania – lasery 
o działaniu ciągłym.

• Badanie w zakresie UV, VIS, IR .

Zastosowanie

Badania jakościowe i ilościowe!!!

Widmo odbiciowe

http://www.tribologia.org/ptt/kaj/kaj35.htm

Badanie włosów

Badania włosów:
• Ocena 

obecności 

substancji 

chemicznych 

(rodamina B)

• Badania dyfuzji związków (polietylenoimina) 
• Badanie  dyfuzji  substancji  redukujących  (kwas 

tioglikolowy, L-cysteina)

Badanie składu i właściwości 
kosmetyków

Badania cery (kolor, ukrwienie, natłuszczenie)

Zadania

• Podaj  wzór  opisujący  absorbancję. 

Opisz użyte symbole.

• Podaj  wzór  opisujący  zależność 

między absorbancją i transmitancją.

• Od  czego  zależy  spadek  natężenia 

wiązki przechodzącej przez roztwór?

• Narysuj  wykres  zależności  A=f(c)  i 

znajdź stężenie substancji X.

Zadania

Stężenie c 

[%]

Absorbancja 

A

10

22

20

40

30

61

40

79

X

50

Dwukrotnie badano widmo absorpcji tej 

samej substancji. 

•

Pierwszy  pomiar:  Grubość  kuwety  – 
2  mm,  Stężenie  substancji  –  4  %, 
Absorpcja – 8

•

Drugi  pomiar:  Stężenie  substancji  – 
4 %, Absorpcja – 16. 

Podaj  grubość  kuwety  jakiej  użyto  do 

drugiego pomiaru.

Zadania

• Podaj długość fali światła białego.
• Podaj 

zakres 

promieniowania 

widzialnego.

• Światło  jest  falą  czy  strumieniem 

cząstek?

• Przedstaw  na  wykresie  zależność 

(kształt) transmisji od stężenia.

Zadania

• Na  podstawie  danych  i  widma 

absorpcji  określ  która  z  substancji 
zawarta jest w badanej próbce. 

Rodzaj 

substancji

Długość fali 

maksimum 

absorpcji

A

117nm

B

200nm

C

215nm

D

649nm

E

355nm

F

377nm

G

640nm

A

λ

λ

1

λ

2

λ

3

λ

1

215nm

λ

2

649nm

λ3

377nm

Zbadano  widmo  absorpcji  substancji  X  dla 

dwóch stężeń.

Doświadczenie  przeprowadzono  w  tych 

samych  warunkach.  Stężenie  nr  1  wynosi 
3,5%. Podaj stężenie nr 2. 

Zadania

A

λ

9

7

2

1

Piśmiennictwo

• Chemia fizyczna – Sobczyk
• Biospektroskopia – Kęcki
• Biospektorskopia – Twardowski
• Instrumentalne metody analityczne – Szyszko
• http://fizyka.ckumm.edu.pl/fizykaatomu/fizykaatomu.

htm

• http://fizar.pu.kielce.pl/student/gawor/glowna.html
• http://library.thinkquest.org/28383/nowe_teksty/html/
• Janusz Lipiec, Zakład Fizyki Akademii Rolniczej 

ćwiczenie 46

• http://www.chemmix.artnet.pl/index.php?s1=01
• Wikipedia