spektrianalyysi

Spektrianalyysi on menetelmien ja prosessien kokonaisuus, jolla mitatun spektrin rakennetta ja siihen liittyvää informaatiota tutkitaan. Spektri kuvaa signaalin tai näytteen taajuus- tai energiasisältöä; sen analysointi paljastaa esimerkiksi aineiden tunnistukseen liittyvää kemiallista komppia tai signaalin taajuusominaisuuksia. Käytön kohteet kattavat sekä luonnontieteet että tekniikan: kemiallinen ja fysikaalinen spektroskopia sekä signaalin analysointi, kuten akustiikan, radio- ja sähköisten signaalien spektrien tarkastelu.

Kemiallisessa spektrianalyysissä mitataan usein emissio- tai absorptiokeskuksia. Emissiospektri kertoo, mitä taajuuksia aine säteilee, kun se on virittynyt energiatasolta toiselle. Absorptiospektri puolestaan heijastaa, miten aine absorboi tiettyjä taajuuksia tai aallonpituuksia. Näiden spektrien analyysi mahdollistaa alkuaineiden ja yhdisteiden tunnistamisen sekä pitoisuuksien estimoinnin.

Signaalien spektrianalyysi käsittelee aikasignaaleja ja niiden taajuuskomponentteja. Yleisimmät menetelmät ovat Fourier-transformaatio (esimerkiksi FFT), periodigrammi ja erilaiset tilastolliset estimaattorit kuten Welchin tai multitaper -menetelmät. Tämän avulla voidaan erottaa signaalin ydinrunsa sekä poistaa melu, määrittää taajuuskomponenttien voimakkuuksia ja tarkastella aikavarianttien muutoksia.

Keskeisiä huomioita ovat näytteenotto, esikäsittely, ikkunointi ja resoluutio. Ikkunan valinnalla on vaikutus spektrin leikkautumiseen ja side-lobes-tilaan. Spektrianalyysiä hyödynnetään laajasti analytiikassa, mittauksissa ja tutkimuksessa sekä kemiallisessa että teknisessä kontekstissa.