Spektroskopie

Vu Wikipedia
Op d'Navigatioun wiesselen Op d'Siche wiesselen
Spiritusflam an hire Spektrum

Spektroskopie (oder Spektrometrie) ass eng Grupp vu physikalesche Methoden, an deenen eng Stralung no enger bestëmmtener Eegenschaft wéi Energie, Wellelängt, Mass a.s.w. zerluecht gëtt. Déi observéiert Intensitéitsverdeelung gëtt Spektrum genannt. Instrumenter, déi opzeechnen heeschen Spektrometer. Fir d'visuell Observatioun vum Spektrum vu visuellem Liicht, déi dem Isaac Newton fir d'éischt gelonge war, déngen Spektroskope.

Déi ënnersichte Stralunge enthaalen de ganze Beräich vun den elektromagnéitesche Wellen an de mechanesche Welle wéi Schall a Waasserwelle, souwéi Deelchenstralen z. B. aus Elektronen, Ionen, Atomen oder Moleküllen. D'Spektroskopie gëtt agesat, fir d'Eegeschaften vun der Stralung selwer ze studéieren, oder d'Eegeschafte vun der Stralequell (Emissiounsspektroskopie) oder d'Eegeschafte vun engem tëscht der Quell an dem Spektrometer leiendem Transportmedium (Absorptiounsspektroskopie).

Weist e Spektrum schaarf a vunenee getrennt Intensitéitsmaxima, gëtt et allgemeng als Linnespektrum bezeechent, am anere Fall als kontinuéierleche Spektrum. Dacks si Spektren aus dëse béide Grondtype gemëscht.

Beispillsweis ass d'Energie- oder Wellelängespektrum vun der Wäermestralung vum kontinuierlechen Typ mat engem breede Maximum, un deem senger Lag een d'Temperatur vum stralenden Kierper ofliese kann. Dogéint weist dat vun Atomen fortgeschéckte oder absorbéiert Liicht e Linnespektrum, un deem een déi chemesch Elementer, zu deenen d'Atome gehéieren, eendeiteg identifizéiere kann (Spektralanalys nom Kirchhoff an Bunsen, 1859). Analog weisen d'Molekülle vun enger chemescher Verbindung bei Ënnersich mat engem Massespektrometer eng charakteristesch Verdeelung vun de Brochstéckmasse. Déi béid leschtgenannt spektroskopesch Methode weisen héich Empfindlechkeet a ginn dofir bei chemeschen Analyse routineméisseg zum Nowäis vu Zousätz friemer Stoffer a klengster Konzentratioun agesat.

Spektroskopesche Observatioune vun de Linnespektren vun den Atome a Molekülle hunn entscheedend Impulse fir d'Entwécklung vun der Atomphysik an der Quantemechanik ginn. Déi héich Prezisioun, mat där vill hirer Spektrallinne gemooss könne ginn, erlaabt ë. a. déi genee Iwwerpréiwung vu Naturgesetzer, d'Bestëmmung vun Naturkonstanten an d'Definitioun vun den Basiseenheeten Meter a Sekonn.

Spektroskopie elektromagnéitescher Stralung[änneren | Quelltext änneren]

Physikalesch Grondlagen[änneren | Quelltext änneren]

Spektrum vun enger Nidderdrock-Quecksëlwerdampluut, opgeholl mat engem 256-Pixel-Zeilesensor respektiv mat enger Kamera

E Spektrum am Sënn vun dësem Artikel ass d'Opdroung vun enger spektraler Leeschtungsdicht iwwer enger Energieskala (Frequenz, Wellenzuel) respektiv enger reziproker Energieskala. Den Zesummenhank tëscht der Frequenz vun enger elektromagnéitescher Well an der Energie vun de Liichtquanten ass dobäi ginn duerch

mat de Planck-Konstanten .

Grondlag fir Verstoe vu Spektren (ouni op dat eigentlecht formal korrekt Orbitalmodell zréckzegräifen) ass d'Atommodell vum Bohr. Mat dësem kann een d'Absorptioun an Emission von Photonen durch Übergänge zwischen verschiedenen den Energieniveau vun engem Atom erkläeren. Déi absorbéiert respektiv emittéiert Energie ass dobäi duerch den ufänglechen Energieniveau an dem Enn-Energieniveau festgeluecht. An der Quantemechanik bezeechent een dësen Energieniveau als Zoustand.

Dobäi gëlt:

Ass , d'Differenz also positiv, sou handelt et sech bei dësem Beispill ëm Emissioun, bei negative Virzeechen, also dann ëm Absorptioun.

Strukturen am Spektrum ginn Hiweiser dorop, wéi eng Energiebeträg eng Substanz ophuelen (absorbéiere) oder ofginn (emittéiere) kann.

Klassesch Spektroskopie[änneren | Quelltext änneren]

D'Ënnersich vun der Liichtemissioun respektiv -absorptioun vu Molekülle am Atome mat Hëllef vu Gitter- a Prismespektrometer sinn déi eelst spektroskopesch Methode. Si ginn dofir och als klassesch Spektroskopie bezeechent. Vill vun de grondléenden Ënnersich iwwer den Opbau vum Atom goufen eréischt duerch d'Entwécklung an d'Uwendung vun héichopléisende Gitter- a Prismespektrometer méiglech.

Spektroskopieaarten[änneren | Quelltext änneren]

D'Andeelung vun de ville spektroskopesche Methoden ass villfälteg a an der Literatur net ëmmer eenheetlech. Allgemeng ënnerscheet een ufanks tëscht Methode vun der Atom- an der Moleküllspektroskopie. D'Atomspektroskopie faasst spektroskopesch Methode, déi op Emissiouns-, Absorptiouns- oder Fluoreszenzvirgäng bei Atome zréckginn a fir d'Bestëmmung vu chemeschen Elementen agesat ginn. Déi observéiert Spektren sinn am Allgemengen Linnespektren. Déi moleküllspektroskopesch Methode baséieren dogéint op d'Ureegung an Auswäertung vu Rotatiouns-, Schwéngungs- an Elektronenzoustänn an Molekülle. Duerch d'Iwwerlagerung vun Eenzelzoustänn ginn dobäi keng Linnespektren mä sougenannt Bännerspektren observéiert.

Niewen dëser grondleeënder Andeelung, no der Aart vun den ënnersichten Zoustänn, gëtt et vill aner Ënnerdeelungen, beispillsweis no der Ureegungsenergie vun der elektrescher Stralung (z. B. Mikrowellespektroskopie, Röntgenspektroskopie), vum Aggregatzoustand (z. B. Festkierperspektroskopie) oder vun der Ureegungsaart (z. B. Elektronespektroskopie, Laserspektroskopie).

Spektroskopieaarten no Wellelängten an ënnersichten Eegeschaften
EM-Stralung Wellelängt Frequenzberäich Wellenzuel Energieberäich ënnersichte Eegeschaft Spektroskopesch Method
Radiowelle 100 m…1 m 3•106…300•106 Hz 10−4…0,01 cm−1 10−6…10−4 kJ/mol Ännerung vum Kärspinzoustand Kärresonanzspektroskopie (NMR, oder Héichfrequenzspektroskopie)
Mikrowelle 1 m…1 cm 300•106…30•109 Hz 0,01…1 cm−1 10−4…0,01 kJ/mol Ännerung vum Elektronespinzoustand oder Hyperfäinzoustand Elektronespinresonanz (ESR/EPR), Ramsey-Spektroskopie (Atomauere)
Mikrowelle 10 cm…1 mm 30•108…3•1011 Hz 0.1…10 cm−1 0,001…0,1 kJ/mol Ännerung vum Rotatiounszoustand Mikrowellespektroskopie
Terahertzstralung 1 mm…100 µm 0,3•1012…30•1012 Hz 10…100 cm−1 0,1…1 kJ/mol Ännerung vum Schwéngungszoustand Submillimeterwellespektroskopie
Infraroutstralung 1 mm…780 nm 3•1011…3,8•1014 Hz 10…12,84 cm−1 0,12…153 kJ/mol Ännerung vum Schwéngungszoustand Schwéngungsspektroskopie; (Infraroutspektroskopie (IR), Reflexiounsspektroskopie a Ramanspektroskopie, Ultrakuerzzäit-Spektroskopie)
siichtbart Liicht; UV-Stralung 1 µm…10 nm 3•1014…3•1016 Hz 104…106 cm−1 100…104 kJ/mol Ännerung vum Zoustand vun de baussenzegten Elektronen UV/VIS-Spektroskopie (UV/Vis), Reflexiounsspektroskopie, Fotoleedungsspektroskopie, Fluoreszenzspektroskopie; Ultrakuerzzäit-Spektroskopie; Atomspektroskopie; Verglach mat Frequenzkamm
Röntgenstralung 10 nm…100 pm 3•1016…3•1018 Hz 106…108 cm−1 104…106 kJ/mol Ännerung vum Zoustand vun de Kierperelektronen Röntgenspektroskopie (XRS); Elektronenspektroskopie; Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES); Mößbauer-Spektroskopie
Gammastralung 100 pm…1 pm 3•1018…3•1020 Hz 108…1010 cm−1 106…108 kJ/mol Ännerung vum Kärzoustand (Opstellung vun de Nukleonen) Gammaspektroskopie

Lëscht mat Spektroskopieaarten a -methoden an der Analytik[änneren | Quelltext änneren]

  1. Atomspektroskopie – Miessunge vun den Eegeschaften eenzelner Atome, virun allem hirer Elektronen-Energieniveauen
  2. Molekülspektroskopie – Miessunge vun den Eegenschaften vun eenzelne Molekülle, virun allem den Valenzelektronen-Energieniveaue an der Moleküllschwéngunge a -rotatiounen
  3. Festkierperspektroskopie – Miessunge vun den Eegenschaften ganzer Festkierper (wéi Kristalle), virun allem hirer Bandstrukturdetailer
  4. Impedanzspektroskopie (Dielektresch Spektroskopie)
  5. Laserspektroskopie

Spektroskopie an der Astronomie[änneren | Quelltext änneren]

Gedenktafel zu Heidelberg

D'Spektralanalys vum Sonneliicht an anere Stäre hu fir d'éischt gewisen, datt d'Himmelskierper aus de selwechten Elemente bestinn wéi d'Äerd. Allerdéngs gouf d'Element Helium fir d'éischt duerch spektroskopesch Ënnersich vum Sonneliicht identifizéiert. Eng vun de Spektrallinne am Sonnespektrum konnt joerzéngtelaang kenger bekanntener Substanz zougeuerdert ginn, sou datt bis zum Nowäis vum ierdesche Virkommen ugeholl gouf, datt op der Sonn en onbekannt Element existéiere misst.

Weider klassesch Erfolleg vun der astronomescher Spektralanalys sinn:

Déi charakteristesch Miessinstrumenter ("Spektralapparater") vun der Astrospektroskopie sinn:

Kuckt och[änneren | Quelltext änneren]

Saturn 01.svg Portal Astronomie

Literatur[änneren | Quelltext änneren]

Spezial Wierker[änneren | Quelltext änneren]

Um Spaweck[änneren | Quelltext änneren]

Commons: Spektroskopie – Biller, Videoen oder Audiodateien

Referenzen[Quelltext änneren]

  1. Frequenzkamm in astronomischen Beobachtungen.