Spektroskoopia

Aatomid ja molekulid saavad omada ainult teatud energiaid, seega saavad nad kiirata või neelata ainult neid footoneid, mille energia langeb täpselt kokku kahe nende taseme vahega. Iga aine seega vastastikmõjustub valgusega kindlate lainepikkuste komplektil, mille määrab tema ehitus, ja mitte millelgi muul ei ole päris sama komplekti. Spekter ongi see sõrmejälg ja just seepärast vastab spektroskoopia küsimusele "millest see koosneb" proovi puudutamata.

Kiirgumine ja neeldumine on samade siirete kaks vaadet. Kuumuta gaasi ja see kiirgab heledaid jooni seal, kus elektronid tasemete vahel alla langevad; lase läbi seesama jahe gaasi valge valgus ja see neelab täpselt neil lainepikkustel, jättes samadesse kohtadesse tumedad jooned. Fraunhofer nägi päikesevalguses tumedaid jooni aastakümneid enne, kui keegi neid seletada oskas; need on Päikese väliskihtide gaasid, mis neelavad altpoolt tulevat valgust, ja just nende lugemine annabki teada tähe koostise.

Praktikas võib sedasama spektraalasukohta esitada lainepikkuse, sageduse, lainearvu või footoni energiana ning need on üks suurus neljas ühikus, mida seovad c = λν ja E = hν. Nende vahel sujuvalt teisendamine on selle valdkonna põhikirjaoskus, sest eri meetodid kasutavad tavapäraselt eri suurusi — infrapunaspektroskoopid ütlevad lainearve, röntgeniinimesed elektronvolte ja mõlemad mõtlevad sedasama füüsikat. See, milliseid siirdeid mingi meetod uurib, sõltub energiavahemikust: elektronsiirded nähtavas ja ultraviolettpiirkonnas, molekulide võnkumised infrapunases, pöörlemised mikrolainealas.