A espectroscopia é o estudo da interação entre radiação eletromagnética e matéria. É uma das ferramentas mais poderosas na química analítica, fornecendo informações sobre estrutura molecular, configuração eletrônica e composição elementar em praticamente todos os tipos de amostra. O espectro eletromagnético se estende desde raios gama de alta energia (λ < 10 pm) passando por raios X, ultravioleta (UV), visível (Vis), infravermelho (IV), micro-ondas, até ondas de rádio de baixa energia (λ > 1 m). Cada região investiga diferentes transições moleculares ou atômicas.
Quando a radiação interage com a matéria, três fenômenos principais podem ocorrer: absorção (a molécula absorve energia do fóton e transiciona para um estado excitado), emissão (uma espécie excitada relaxa liberando um fóton) e espalhamento (a radiação é desviada com ou sem mudança de energia — espalhamentos Rayleigh e Raman, respectivamente). A espectroscopia de absorção é a mais utilizada, e a relação entre absorção e concentração é governada pela lei de Beer-Lambert: A = εbc, onde A é a absorbância, ε é a absortividade molar, b é o caminho óptico e c é a concentração.
A espectroscopia molecular envolve transições entre níveis de energia quantizados dentro das moléculas — eletrônicas (UV-Vis), vibracionais (IV, Raman) e rotacionais (micro-ondas). A espectroscopia atômica envolve transições de elétrons em átomos livres, tipicamente requerendo atomização em altas temperaturas (chama, forno ou plasma) para quebrar ligações moleculares. A absorção atômica (AAS), emissão atômica (AES, ICP-OES) e fluorescência atômica (AFS) são as principais técnicas atômicas.
Todos os instrumentos espectroscópicos compartilham componentes comuns: uma fonte de radiação (fonte contínua ou de linha), um selecionador de comprimento de onda (monocromador ou filtro) que isola o comprimento de onda analítico, um porta-amostra (cubeta, chama ou plasma) e um detector (tubo fotomultiplicador, fotodiodo ou dispositivo de carga acoplada) que converte intensidade luminosa em sinal elétrico. A relação sinal-ruído (SNR) determina o menor sinal detectável e pode ser melhorada por meio de média de sinais, modulação e amplificação lock-in. Instrumentos modernos frequentemente incorporam amostradores automáticos, aquisição de dados controlada por computador e softwares avançados de quimiometria para deconvolução espectral.
