Absorptionsspektrum: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 1. Mai 2021, 10:46 Uhr

Absorptionsspektrum der Sonne mit den Fraunhoferlinien

Absorptionsspektren des ersten angeregten Zustands von Rubidium: die mit herkömmlicher Laserspektroskopie (blau) nicht sichtbare Hyperfeinstruktur wird erst durch die Dopplerfreie Sättigungsspektroskopie (rot) aufgelöst.

Illustration der Rotverschiebung der Spektrallinien für einen weit entfernten Supergalaxienhaufen (BAS11) rechts im Vergleich zur Sonne links

Ein Absorptions- oder Absorptionslinienspektrum ist ein Farb- bzw. elektromagnetisches Spektrum, das dunkle Spektrallinien enthält. Es entsteht, wenn breitbandiges (weißes) Licht Materie durchstrahlt und Lichtquanten (Photonen) bestimmter Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche dabei absorbiert werden (Resonanzabsorption). Die absorbierten Photonen fehlen im hindurchtretenden Licht, weshalb das Spektrum bei den betreffenden Wellenlängen dunkel oder im Extremfall schwarz ist.
Diese dunklen Absorptionslinien werden im Sonnenspektrum nach ihrem Entdecker Fraunhoferlinien genannt, sind aber auch im Spektrum von Sternen und vielen anderen Himmelskörpern nachweisbar.

Beschreibung

Werden die Photonen absorbiert, indem sie Atome anregen, so handelt es sich um scharf definierte Energiebeträge und damit Wellenlängen, und die dunklen Bereiche sind dementsprechend schmale Linien. In Molekülen dagegen liegen oft viele absorbierbare Energiewerte dicht beieinander und bilden im Spektrum breitere dunkle Bereiche, die Absorptionsbanden. In jedem Fall ist das beobachtete Absorptionsspektrum charakteristisch für die Art der Materie, die von der Strahlung durchquert wird. Deshalb ist die Spektroskopie in verschiedenen Wellenlängenbereichen, auch mit ultraviolettem oder infrarotem Licht, eine wichtige Methode zur Analyse von Stoffen.

Werden freie Atome (z. B. Gas oder Dampf) spektroskopiert, so werden die Photonen nach der Absorption wieder emittiert, und zwar gleichförmig in alle Raumrichtungen. Wird das Licht nur aus einer Richtung eingestrahlt, so findet man im hindurchgetretenen Licht das für die Atomsorte (chemisches Element) typische Absorptionsspektrum als Linienspektrum; das in die anderen Raumrichtungen gestreute Licht zeigt das entsprechende Emissionsspektrum.

Bei der Spektroskopie von Festkörpern kann zwischen der Absorption und einer eventuellen Emission noch eine Relaxation im Festkörper auftreten. Dabei wird ein Teil der Photonenenergie z. B. in Wärme umgesetzt. In diesem Fall sind Absorptions- und Emissionsspektrum nicht wie bei den freien Atomen komplementär zueinander.

Bei „verbotenen Linien“ ist es extrem unwahrscheinlich, dass Absorption beobachtet werden kann.

Anwendung

Angewendet werden Absorptionsspektren auch in der (Umwelt-)Mess- und Analysetechnik: Mit Hilfe eines FTIR-Spektrometers kann beispielsweise die Zusammensetzung eines Gasgemisches (z. B. Luft) quantitativ und qualitativ untersucht werden. Anhand des für jedes Gas charakteristischen Absorptionsspektrums („wie ein Fingerabdruck“) kann die Menge dieses Gases in dem gemessenen Gasgemisch ermittelt werden.

In der Atomabsorptionsspektrometrie wird das Absorptionsspektrum einer Probe erzeugt und gemessen. Auf diese Weise lässt sich die atomare Zusammensetzung der Probe bestimmen.

Eine große Bedeutung haben Absorptionsspektren in der Astronomie, da man durch sie die stoffliche Zusammensetzung und Temperatur leuchtender Himmelskörper ermitteln kann (siehe das Beispiel des Sonnenspektrums rechts). Ferner lassen sich durch den Zeeman-Effekt Magnetfelder und mittels Dopplereffekt Rotationen und radiale Geschwindigkeiten bestimmen. Die mit der Entfernung zunehmende Rotverschiebung von Galaxien war bereits in den 1930er-Jahren der erste Hinweis auf die Expansion des Weltalls.

Weblinks

Emissions- und Absorptionsspektrum auf Schülerniveau (LEIFI).
Video: Absorptions- und Emissionsspektrum von Natrium. Institut für den Wissenschaftlichen Film (IWF) 2004, zur Verfügung gestellt von der Technischen Informationsbibliothek (TIB), doi:10.3203/IWF/C-14885.

bs:Apsorpciona_spektroskopija#Apsorpcioni_spektar en:Absorption_spectroscopy#Absorption_spectrum hr:Apsorpcijska_spektroskopija#Apsorpcioni_spektar

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 [[Bild:FraunhoferLinesDiagram.jpg|thumb|right|Absorptionsspektrum der [[Sonne]] mit den [[Fraunhoferlinien]]]]
-[[Bild:Saturation free doppler spectroscopy.png|thumb|Absorptionsspektren des ersten [[angeregter Zustand|angeregten Zustands]] von [[Rubidium]]: die mit herkömmlicher Laser&shy;spektroskopie (blau) nicht sichtbare Hyperfeinstruktur wird erst durch die Dopplerfreie Sättigungs&shy;spektroskopie (rot) aufgelöst.]]
+[[Bild:Saturation free doppler spectroscopy.png|thumb|Absorptionsspektren des ersten [[angeregter Zustand|angeregten Zustands]] von [[Rubidium]]: die mit herkömmlicher [[Laserspektroskopie|Laser&shy;spektroskopie]] (blau) nicht sichtbare [[Hyperfeinstruktur]] wird erst durch die [[Dopplerfreie Sättigungsspektroskopie|Dopplerfreie Sättigungs&shy;spektroskopie]] (rot) aufgelöst.]]
 [[Bild:Redshift.svg|thumb|Illustration der Rotverschiebung der [[Spektrallinie]]n für einen weit entfernten [[Supergalaxienhaufen]] ([[BAS11]]) rechts im Vergleich zur Sonne links]]
+Ein '''Absorptions-''' oder '''Absorptionslinienspektrum''' ist ein Farb- bzw. [[elektromagnetisches Spektrum]], das dunkle [[Spektrallinie]]n enthält. Es entsteht, wenn breitbandiges (weißes) [[Licht]] Materie durchstrahlt und Lichtquanten ([[Photon]]en) bestimmter [[Wellenlänge]]n oder Wellenlängenbereiche dabei [[Absorption (Physik)|absorbiert]] werden ([[Resonanzabsorption]]). Die absorbierten Photonen fehlen im hindurchtretenden Licht, weshalb das Spektrum bei den betreffenden Wellenlängen dunkel oder im Extremfall schwarz ist. <br>Diese dunklen [[Absorptionslinie]]n werden im [[Sonnenspektrum]] nach ihrem Entdecker [[Fraunhoferlinie]]n genannt, sind aber auch im [[Sternspektrum|Spektrum von Sternen]] und vielen anderen [[Himmelskörper]]n nachweisbar.
-Ein '''Absorptions-''' oder '''Absorptionslinienspektrum''' ist ein Farb- bzw. [[elektromagnetisches Spektrum]], das dunkle [[Spektrallinie]]n enthält. Es entsteht, wenn breitbandiges (weißes) [[Licht]] Materie durchstrahlt und Lichtquanten ([[Photon]]en) bestimmter Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche dabei [[Absorption (Physik)|absorbiert]] werden ([[Resonanzabsorption]]). Die absorbierten Photonen fehlen im hindurchtretenden Licht, weshalb das Spektrum bei den betreffenden Wellenlängen dunkel oder im Extremfall schwarz ist. <br>Diese dunklen [[Absorptionslinie]]n werden im Sonnenspektrum nach ihrem Entdecker [[Fraunhoferlinie]]n genannt, sind aber auch im Spektrum von [[Stern]]en und vielen anderen Himmelskörpern nachweisbar.
-Werden die Photonen absorbiert, indem sie [[Atom]]e anregen, handelt es sich um scharf definierte Energiebeträge und damit Wellenlängen, und die dunklen Bereiche sind dementsprechend schmale Linien. In [[Molekül]]en liegen dagegen oft viele absorbierbare Energiewerte dicht beieinander und bilden im Spektrum breitere dunkle Bereiche, sogenannte [[Absorptionsbande]]n. In jedem Fall ist das beobachtete Absorptionsspektrum charakteristisch für die Art der Materie, die die Strahlung durchquert. Deshalb ist die [[Spektroskopie]] in verschiedenen Wellenlängenbereichen, auch mit [[ultraviolett]]em oder [[infrarot]]em Licht, eine wichtige Methode zur Analyse von Stoffen.
-Werden freie Atome (z.&nbsp;B. [[Gas]] oder [[Dampf]]) spektroskopiert, so werden die Photonen nach der Absorption wieder emittiert, und zwar gleichförmig in alle Raumrichtungen. Wird das Licht nur aus einer Richtung eingestrahlt, so findet man im hindurchgetretenen Licht das für die Atomsorte ([[chemisches Element]]) typische Absorptionsspektrum als [[Linienspektrum]]. Das in die anderen Raumrichtungen gestreute Licht zeigt das entsprechende [[Emissionsspektrum]].
+== Beschreibung ==
+Werden die Photonen absorbiert, indem sie [[Atom]]e anregen, so handelt es sich um scharf definierte Energiebeträge und damit Wellenlängen, und die dunklen Bereiche sind dementsprechend schmale Linien. In [[Molekül]]en dagegen liegen oft viele absorbierbare Energiewerte dicht beieinander und bilden im Spektrum breitere dunkle Bereiche, die [[Absorptionsbande]]n. In jedem Fall ist das beobachtete Absorptionsspektrum charakteristisch für die Art der Materie, die von der Strahlung durchquert wird. Deshalb ist die [[Spektroskopie]] in verschiedenen Wellenlängenbereichen, auch mit [[ultraviolett]]em oder [[infrarot]]em Licht, eine wichtige Methode zur Analyse von Stoffen.
-Bei der Spektroskopie von [[Festkörper]]n kann zwischen der Absorption und eventueller Emission noch eine [[Relaxation (Naturwissenschaft)|Relaxation]] im Festkörper auftreten. Dabei wird ein Teil der Energie der Photonen z.&nbsp;B. in Wärme umgesetzt. In diesem Fall sind Absorptions- und Emissionsspektrum nicht wie bei den freien Atomen komplementär zueinander. Bei [[Verbotener Übergang|„verbotenen Linien“]] ist es extrem unwahrscheinlich, dass Absorption beobachtet werden kann.
+Werden freie Atome (z.&nbsp;B. [[Gas]] oder [[Dampf]]) spektroskopiert, so werden die Photonen nach der Absorption wieder emittiert, und zwar gleichförmig in alle Raumrichtungen. Wird das Licht nur aus einer Richtung eingestrahlt, so findet man im hindurchgetretenen Licht das für die Atomsorte ([[chemisches Element]]) typische Absorptionsspektrum als [[Linienspektrum]]; das in die anderen Raumrichtungen [[Streuung (Physik)|gestreute]] Licht zeigt das entsprechende [[Emissionsspektrum]].
+Bei der Spektroskopie von [[Festkörper]]n kann zwischen der Absorption und einer eventuellen Emission noch eine [[Relaxation (Naturwissenschaft)|Relaxation]] im Festkörper auftreten. Dabei wird ein Teil der Photonenenergie z.&nbsp;B. in Wärme umgesetzt. In diesem Fall sind Absorptions- und Emissionsspektrum nicht wie bei den freien Atomen komplementär zueinander.
+Bei [[Verbotener Übergang|„verbotenen Linien“]] ist es extrem unwahrscheinlich, dass Absorption beobachtet werden kann.
 == Anwendung ==
-Anwendung finden Absorptionsspektren auch in der (Umwelt-)Mess- und [[Analysetechnik]]:
+Angewendet werden Absorptionsspektren auch in der (Umwelt-)[[Messtechnik|Mess-]] und [[Analysetechnik]]:
-Mit Hilfe eines [[FTIR-Spektrometer]]s kann beispielsweise die Zusammensetzung eines Gasgemisches (z.&nbsp;B. [[Luft]]) quantitativ und qualitativ untersucht werden. Anhand des für jedes Gas charakteristischen Absorptionsspektrums („wie ein Fingerabdruck“) kann die Menge dieses Gases in dem gemessenen Gasgemisch ermittelt werden.
+Mit Hilfe eines [[FTIR-Spektrometer]]s kann beispielsweise die Zusammensetzung eines [[Gasgemisch]]es (z.&nbsp;B. [[Luft]]) quantitativ und qualitativ untersucht werden. Anhand des für jedes Gas charakteristischen Absorptionsspektrums („wie ein Fingerabdruck“) kann die Menge dieses Gases in dem gemessenen Gasgemisch ermittelt werden.
 In der [[Atomabsorptionsspektrometrie]] wird das Absorptionsspektrum einer Probe erzeugt und gemessen. Auf diese Weise lässt sich die atomare Zusammensetzung der Probe bestimmen.
-Eine große Bedeutung haben Absorptionsspektren in der [[Astronomie]], da man durch sie die stoffliche Zusammensetzung und [[Sterntemperatur|Temperatur]] leuchtender [[Himmelskörper]] ermitteln kann (siehe das Beispiel des [[Sonnenspektrum]]s rechts). Ferner lassen sich durch den [[Zeeman-Effekt]] Magnetfelder und mittels [[Dopplereffekt]] Rotationen und radiale Geschwindigkeiten bestimmen. Die mit der Entfernung zunehmende [[Rotverschiebung]] von Galaxien war bereits in den 1930er-Jahren der erste Hinweis auf die [[Expansion des Weltalls]].
+Eine große Bedeutung haben Absorptionsspektren in der [[Astronomie]], da man durch sie die stoffliche Zusammensetzung und [[Sternoberfläche#Oberflächentemperatur|Temperatur]] leuchtender Himmelskörper ermitteln kann (siehe das Beispiel des Sonnenspektrums rechts). Ferner lassen sich durch den [[Zeeman-Effekt]] Magnetfelder und mittels [[Dopplereffekt]] Rotationen und radiale Geschwindigkeiten bestimmen. Die mit der Entfernung zunehmende [[Rotverschiebung]] von Galaxien war bereits in den 1930er-Jahren der erste Hinweis auf die [[Expansion des Weltalls]].
-== Siehe auch ==
-* [[Laserspektroskopie]]
-* [[Dopplerfreie Sättigungsspektroskopie]]
-* [[Emissionsspektrum]]
 == Weblinks ==
-* [http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/atomarer-energieaustausch#Spektren%20-%20verschiedene%20Typen Emissions- und Absorptionsspektrum] auf Schülerniveau ([[LEIFI]])
+* [https://www.leifiphysik.de/atomphysik/atomarer-energieaustausch/grundwissen/spektren Emissions- und Absorptionsspektrum] auf Schülerniveau ([[LEIFI]]).
 * {{TIBAV |10890 |Linktext=Absorptions- und Emissionsspektrum von Natrium |Herausgeber=IWF |Jahr=2004 |DOI=10.3203/IWF/C-14885 }}