Základní principy analytických metod

Optické analytické metody mají v současné laboratorní analýze nezastupitelné místo. 

K měření využívají nějaký zdroj záření. Do této skupiny patří metody využívající nejen viditelnou oblast záření, ale také ultrafialovou (UV) a infračervenou (IR) část elektromagnetického záření.  Viditelná oblast záření je ohraničena vlnovou délkou 380 - 780 nm. Sluneční světlo obsahuje plné elektromagnetické spektrum, mluvíme o polychromatickém záření. Atmosféra (ozonová vrstva) slouží jako polopropustné zrcadlo, které zadržuje nebezpečné sluneční a kosmické elektromagnetické záření. Do optických metod zahrnujeme i metody prováděné pomocí ultrafialového záření (UV světlo). které má vlnovou délku nižší než viditelné světlo a méně časté je i použití infračerveného záření (IR) s vlnovou délkou vyšší než viditelné světlo. Otázkou, co je to vlastně světlo, se zabývalo mnoho vědců, někteří tvrdili, že je to proud částic, jiní ,že se jedná o vlnění. Nyní mluvíme o jednotě vlny a částice (dualismus světla) - světlo má současně vlastnosti vlny i částic (fotonů) a záleží na způsobu zkoumání chování záření, která z těchto vlastností se projeví. Viditelné světlo je pouze velmi malá část spektra elektromagnetického záření. 

Frekvence (kmitočet)  ν (ný)  je počet kmitů vykonaných za jednu sekundu, jednotkou je hertz (Hz), který má rozměr s ^-1. Frekvence je základní vlastností elektromagnetického záření. Zůstává konstantní při přechodu záření z jednoho do druhého prostředí.

Rychlost světla ve vakuu   c = 2,9979. 10 ⁸  ms^-1 , tj. přibližně 3 10 ⁸  ms^-1. V jiných prostředích je rychlost světla nižší. 

Vlnová délka  λ (lambda) je vzdálenost mezi dvěma vrcholy vln. Má jednotku délky a ve viditelné a ultrafialové oblasti spektra je udávána v nanometrech (1 nm = 10^-9 m). V prostředí, ve kterém je rychlost světla nižší než ve vakuu, je nižší i jeho vlnová délka.

Energie fotonu je přímo úměrná jeho frekvenci  Záření s nižší vlnovou délkou má větší frekvenci a větší energii.     

Obr. 1  Elektromagnetické spektrum

Obr. 2  Spektrum viditelného světla

Světlo nese určitou energii a optické metody dělíme na metody, kde dochází.

•  k výměně energie mezi hmotou a zářením - metody nazýváme spektrální 
•  k výměně energie nedochází, ale dochází ke změně rychlosti světla, optické aktivity,     rozptylu na částicích - metody nespektrální 

Nyní si popíšeme některé spektrální metody, kde dochází k výměně energie. Světlo může být odraženo, propuštěno nebo pohlceno. Různá barviva pohlcují světlo různých vlnových délek. Všechny vlnové délky pohlcuje černé barvivo, naopak bílá barva světlo odráží. Listový chlorofyl pohlcuje červené a modré světlo, zelené odráží, a my pozorujeme zelenou barvu listů. Barva látky, kterou pozorujeme, je doplňkovou barvou k barvě, která byla absorbována. Energie pohlceného fotonu je předána elektronu, který je vyzdvižen ze základního stavu do stavu vybuzeného. Tento stav je nestálý, a tak následuje opět pád do základního stavu a přebytečná energie se vyzáří jako teplo. Například bílé auto je na slunci chladnější než tmavé, protože odráží viditelné světlo, tmavé auto světlo pohlcuje a vyzařuje jako teplo, které cítíme. Když světlo narazí na povrch předmětu, část se odráží a část je pohlcena, povrch se velmi slabě zahřeje. Každý druh atomu absorbuje určité vlnové délky světla a barva povrchu záleží na tom, které vlnové délky vstřebává a které pohlcuje. Podobné je to i s roztoky. Bezbarvý roztok viditelné světlo neabsorbuje, naproti tomu černý roztok dokonale absorbuje. 

Tabulka 1: Barva absorbovaného světla, jeho vlnová délka a barva látky (doplňková barva)