História da espectroscopia

A história da espectroscopia começou com as experiências ópticas de Isaac Newton (1643–1727).^[1] Embora já se soubesse que a luz solar pode ser decomposta nas cores do arco-íris desde a antiguidade, foi Newton quem, pela primeira vez, no ano de 1665-1666 (século XVII), descreveu adequadamente o fenômeno da decomposição da luz por um prisma. Newton usou o termo espectro para descrever as cores do arco-íris que se revelam a partir da decomposição da luz branca ao atravessar um prisma. As experiências de Newton foram fundamentais para o aparecimento da espectroscopia, inaugurando uma nova área na ciência.

A luz é decomposta nos seus comprimentos de onda ao atravessar um prisma, como o que está na imagem. Esse efeito é chamado de dispersão da luz.

No início do século XIX, Joseph von Fraunhofer fez avanços experimentais com espectrômetros dispersivos, permitindo o desenvolvimento de uma maior técnica científica e resultados quantitativos. Desde então, a espectroscopia desempenha um papel fundamental na química, física e astronomia.^[2]

Origens

Os romanos já estavam familiarizados com a capacidade de um prisma produzir um arco-íris de cores. Newton estudou este fenômeno de forma sistemática durante as suas experiências com óptica, estabelecendo no seu livro Opticks o conceito de dispersão de luz. Ele demonstrou que a luz branca pode ser dividida em infinitas cores, por meio de um prisma. Ele também mostrou que o prisma não cria as cores, mas separa as partes constituintes da luz branca. A teoria corpuscular da luz de Newton foi gradualmente substituída pela teoria das ondas. Durante o século XIX, a medição quantitativa de luz dispersa foi reconhecida e padronizada. Experiências subsequentes com prismas forneceram os primeiros indícios de que os espectros são associados com componentes químicos específicos. Cientistas observaram a emissão de padrões distintos de cor quando determinados sais eram adicionados a chamas de álcool.^[3]

Desenvolvimentos experimentais

Joseph von Fraunhofer fez um avanço significativo, quando descobriu que um prisma poderia ser substituído por uma rede de difração para a dispersão da luz. Fraunhofer construiu as teorias de interferência de luz desenvolvidas por Thomas Young, François Arago e Augustin-Jean Fresnel. Conduziu as suas próprias experiências para demonstrar o efeito da passagem da luz por uma única fenda retangular, duas fendas, e assim por diante, eventualmente desenvolvendo um meio de espaçar milhares de fendas para formar uma rede de difração. A interferência obtida por uma rede de difração produz uma resolução espectral maior do que a de um prisma e permite que os comprimentos de onda dispersos sejam quantificados. O estabelecimento por Fraunhofer de uma escala de comprimento de onda quantificada abriu caminho para a correspondência dos espectros observados em vários laboratórios, a partir de várias fontes (como chamas e a luz solar) e com diferentes instrumentos. Fraunhofer fez e publicou observações sistemáticas do espectro solar e das suas faixas escuras, determinando os seus comprimentos de onda. Estas ainda são conhecidas como linhas de Fraunhofer.^[4]

Datas importantes

• 1665 - I. Newton: experiências de dispersão da luz (prisma)
• 1729 - 1760: Bouguer: a graduação da luz (fotometria)
• 1752 - Th. Melvill: estuda a chama de sódio (espectro de emissão)
• 1777 - Scheele: reações químicas e espectro de radiação
• 1800 - W. Herschel: descobre a região espectral do infravermelho (IR)
• 1801 - J.W. Ritter: da radiação ultravioleta (no AgCl)
• 1802 - Th. Young: fenômeno de interferência. Calculou os valores dos comprimentos de onda (λ) das cores reconhecidas por Newton.
• 1802 - W. Wollaston: estudos da difração da luz (fenda)
• 1811 – Arago: fenômeno da polarização rotatória.
• 1814 - J. Fraunhofer: observação de espectros de estrelas.
• 1822 - J. Herschel: espectro visível de chamas
• 1834 - Talbot: identificação dos corpos mediante seus espectros
• 1836 - J. Herschel: dispositivo para medir brilhos estrelares
• 1842 - C. Doppler e Fizeau 1848: Variação do comprimento de onda (λ) para uma fonte em movimento
• 1849: Foucault: absorção ressonante num meio emissor
• 1853 - A. Beer: relação entre absorção da luz e a concentração do meio
• 1856 - Meyerstein: primeiro espectroscópio moderno de prismas
• 1859 - G.R. Kirchhoff propoe a teoria de absorção e emissão da luz
• 1861 - G.R. Kirchhoff e R. Bunsen: espectros de metais alcalinos
• 1861 - W. Crookes identifica o tálio (linha espectral verde); P.J.C. Janssen observa a linha amarela do espectro solar que N. Lockyer, E. Frankland atribuíram ao hélio
• 1862 - G.G. Stokes: transparência do quartzo no UV
• 1863 - Mascart: absorção da radiação UV na atmosfera em 295 nm
• 1864 - W. Huggins e W. Miller: espectro de uma nebulosa
• 1868 - Huggins: mede o desvio para o vermelho da estrela Sirius; Jansen e Lockyer descobrem a linha do hélio no espectro solar

Ver também

• História da ciência
• Espectroscopia
• Mecânica quântica

Referências

1. Pavia, Donald L.; Lampman, Gary M.; Kriz, George S.,; Vyvyan, James A. (2014). Introduction to Spectroscopy (em inglês) 5 ed. [S.l.]: Cengage Learning. 784 páginas. ISBN 9781285460123
2. Lakowicz, Joseph R, Principles of fluorescence spectroscopy, 3ª edição, Springer, 2009.
3. John M. Chalmers, and Peter Griffiths (Eds.), Handbook of Vibrational Spectroscopy (5 Volume Set), Wiley, New York, 2002.
4. Jerry Workman and Art Springsteen (Eds.), Applied Spectroscopy: A Compact Reference for Practitioners, Academic Press, Boston 1998.