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Grundlagen der Spektralanalyse

 

Porträit Joseph von Fraunhofer Joseph von Fraunhofer, Bild links [1], interpretierte im frühen 19. Jahrhundert von ihm in Sonnenlicht - Spektren, Bild rechts [2], und in Labor - Flammen beobachtete Linien - Strukturen als Zeiger für die Anwesenheit chemischer Elemente und gab damit einen Anstoß zur Entwicklung der Spektralanalyse. Spektrum des Sonnenlichts

 

 

UV -, VIS - und IR - Licht


 

Im naturwissensschaftlichen Sprachgebrauch bezeichnen die Kurznamen UV den ultravioletten, VIS den visuell, das heißt mit bloßem Auge, wahrnehmbaren und IR den infraroten Wellenlänge - Bereich des Lichts. Dieses verhält sich bei physikalischen Experimenten sowohl wie elektromagnetische Wellen als auch wie ein Strom aus kleinsten Energie - Portionen, Photonen genannt.

Analog zu Wasser - Wellen, die sich von einem ins Wasser geworfenen Gegenstand her ausbreiten und dem bei ihnen messbaren Abstand zwischen zwei Wellenbergen oder zwei Wellentälern, der Wellenlänge, und der Ausbreitungsgeschwindigkeit solcher Wasser - Wellen sind auch beim Licht die Größen Wellenlänge und Lichtgeschwindigkeit messbar.

Der Auf- und Abwärtsbewegung des Wassers an einem feststehenden Ort bei sich ausbreitenden Wasserwellen entspricht bei sich ausbreitenden elektromagnetischen Wellen eine periodische Änderung des elektrischen und magnetischen Feldes an einem feststehenden Messort. Für eine/n dort stehende/n Beobachter/in wechselt bei gleicher Ausbreitungsgeschwindigkeit das elektrische oder magnetische Feld um so schneller, je kürzer die Wellenlänge ist. Die Zahl dieser Wechsel pro Zeiteinheit wird durch die Messgröße Frequenz beschrieben, die Maßeinheit für die Anzahl der Feldwechselzyklen pro Sekunde heißt Hertz. Bisweilen wird an Stelle der Wellenlänge auch deren Kehrwert, die Wellenzahl, angegeben. Das ist die Anzahl der Wellenlängen pro einer benannten Längeneinheit. Ist zum Beispiel die Wellenlänge 0,1 cm, dann passen 10 Wellenlängen auf einen cm, die Wellenzahl ist also 10 cm-1.

Zurück zum Licht: Wie schon erwähnt, lässt sich bei gleich bleibender Ausbreitungsgeschwindigkeit jeder Frequenz eine Wellenlänge zuordnen. Die Umrechnung ist etwas abhängig von der Art des Mediums, durch das sich das Licht bewegt, da hiervon seine Wellenlänge und seine Geschwindigkeit abhängt, während seine Frequenz, abgesehen von Spezialfällen, gleich bleibt. In Tabellenwerken sind Wellenlängen oft bezogen auf das Vakuum. In der Praxis werden sie dagegen in der Regel in Luft gemessen. Die Wellenlängen - Differenz bei Licht einer bestimmten Frequenz zwischen beiden Medien beträgt nur etwa 0,03 %. Ist der Messfehler einer Wellenlänge viel größer, kann diese Differenz vernachlässigt werden. Menschliche Augen beginnen ab Wellenlängen im Bereich 0,38 Mikrometer (µm), das sind Millionstel Meter, Licht wahrzunehmen. Das ist der Übergangsbereich vom kürzerwelligen ultravioletten (UV -) zum längerwelligen sichtbaren (VIS -) Licht. Für Wellenlängen um 0,55 µm sind Augen am empfindlichsten, das entspricht der Farbe gelbgrün. Im Bereich um 0,78 µm, dem Übergang vom roten zum infraroten Licht, werden die Augen wieder unempfindlich. In der analytischen Chemie werden die Licht - Wellenlängen oft in Nanometer (nm) angegeben; 1 µm entspricht 1000 nm. In früheren Zeiten war die Maßeinheit Ångström (Å) üblich. 1 nm entspricht 10 Å. Für physikalische Betrachtungen, bei denen die Photonen - Eigenschaften des Lichts zum Tragen kommen, wird zu dessen Charakterisierung die Photonen - Energie verwendet mit der Maßeinheit Elektronvolt (eV). Je größer diese Maßzahl, um so kurzwelliger das Licht.

 

Frequenzen, Farben und Wellenlängen des Lichts    Die Beziehungen zwischen Frequenz, Farbe und Wellenlänge des Lichts im sichtbaren (VIS -) Bereich [6]. Ein Tera - Hertz sind 1012 Hertz, diese Zahl besteht aus einer 1 mit 12 Nullen dahinter.

 

 

Das Spektrum


 

Ein Bild, das die Intensität einer Strahlung in Abhängigkeit von ihrer Frequenz, Wellenlänge oder Photonen - Energie zeigt, wird Spektrum genannt. In der Praxis wird ein Spektrum mittels der physikalischen Phänomene Brechung oder Beugung erzeugt; die dafür verwendeten Bauteile sind Prisma oder Gitter [3].

Erhält in der einen Atom - Kern umgebenden Elektronen - Hülle ein Elektron einen Energie - Zuwachs, zum Beispiel durch Einwirkung von Wärme oder elektromagnetischer Strahlung, gerät es nach einiger Zeit wieder in seinen ursprünglichen Energie - Zustand zurück. Den erhaltenen Energie - Zuwachs gibt es dabei ab, zum Beispiel durch Aussendung (Emission) eines Photons. Bei glühenden Festkörpern zeigen die emittierten Photonen eine breite Verteilung ihrer Energie. Daher sind Emissionsspektren solcher Körper kontinuierlich; sie zeigen breite Intensitätsverteilungen über die Wellenlängenskala hinweg mit nur einem Maximum. Daraus lassen sich kaum Schlüsse ziehen betreffend die chemische Zusammensetzung der Körper. Strahler mit kontinuierlichen Spektren sind in der analytischen Chemie dennoch wichtig als Lichtquellen bei der Gewinnung von Absorptionsspektren, siehe unten. Glühende Gase unter genügend niedrigem Druck geben dagegen Emissionsspektren mit band- oder linienartigen Intensitätsmaxima, aus denen im Rahmen der Emissionsspektralanalyse Informationen zur Chemie des Lichtemittenden gewonnen werden können. Manche Materialien emittieren unter Bestrahlung mit Photonen geeigneter Energie auch bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck Eigenlicht, dessen Spektrum Band- oder Linienmuster zeigt und daher für chemischen Analysen brauchbar ist. Dieses Phänomen wird Lumineszenz genannt. Klingt die Lumineszenz nach ihrer Anregung sehr schnell wieder ab, wird sie als Fluoreszenz bezeichnet.

Materie kann Photonen auch, bildlich gesprochen, verschlucken (absorbieren). Die chemische Zusammensetzung bestimmt, welche Photonen - Energien besonders oft absorbiert werden. Dem durch das Material hindurchgelaufenen Licht fehlen diese Photonen, was sich in den Spektren dieses Lichts an dunklen band- oder linienartigen Intensitätsminima (Absorptionsbanden oder -linien) zeigt, wenn das Quellenlicht ein kontinuierliches Spektrum hat. Die in solchen Spektren enthaltenen Informationen zur Chemie eines Probenkörpers werden mittels der Absorptionsspektralanalyse gewonnen. Manche Materialien zeigen bei Bestrahlung mit Kontinuum - Licht auch im von ihnen reflektierten Licht Absorptionsbanden, da das Licht während des Reflektionsvorgangs ein wenig in das Probenmaterial eindringt.

 

Kontinuum, Emissionslinien und Absorptionslinien    Hier sind von oben nach unten ein kontinuierliches Emissionsspektrum, ein Emissionslinienspektrum und ein Absorptionslinienspektrum zu sehen [2].

 

 

Prinzip der Spektralanalyse


 

Zu ausführlichen Informationen über die Physik von Spektren und ihre praktische Nutzung für chemische Analysen sei auf die Fachliteratur verwiesen [4]. Die Analyse einer Probe auf deren Inhaltsstoffe (Analyte) erfolgt zum Einen durch Messung der Positionen von Intensitätsmaxima und -minima im durch die Probe erzeugten Spektrum zur Ermittlung der Art der Analyte und zum Anderen durch Bestimmung der Licht - Intensitäten an einzelnen Stellen des Spektrums zur Bestimmung der Analyt - Mengen. Eine Positionsmessung muss eindeutig einer Wellenlänge zugeordnet werden können. Dazu muss bei Verwendung eines Prismas oder Lineargitters als Sortierer für Licht - Wellenlängen [3] die Querschnittsfläche des zu untersuchenden Eingangslicht - Bündels an mindestens einer Stelle vor dem Auftreffen auf das erste Licht ablenkende Element im Gerät quer zur Höhe des Prismas oder zur Richtung der Gitter - Linien sehr schmal sein; in der dazu senkrecht stehenden Richtung, die der Prisma - Höhe oder Gitter - Linien, ist dagegen größere Ausdehnung vorteilhaft, was zusammen eine linienartige Form des Lichtbündel - Querschnitts ergibt. Diese Form gibt die einer Spektrallinie im Spektrum vor. So wird verständlich, dass mit abnehmender Breite des Querschnitt - Minimums des Eingangslichts auch die einer Spektrallinie abnimmt und die räumliche Trennung zweier eng benachbarter Linien besser wird. Allerdings nimmt mit abnehmender Breite auch die Lichtstärke einer Spektrallinie ab, so dass in der Praxis ein Kompromiss zwischen Trennschärfe und Lichtempfindlichkeit bei der Aufnahme eines Spektrums gefunden werden muss.

Ungeordnete Licht - Strahlen am PrismaTreffen Strahlen von Licht mit mehreren Wellenlängen unter unterschiedlichen Einfallswinkeln auf ein Prisma, ist die Positionsinformation im Spektrum nicht mehr eindeutig mit der Wellenlänge verknüpft. Eine Wellenlänge kann an verschiedenen Stellen im Spektrum auftauchen beziehungsweise an einer Stelle im Spektrum können verschiedene Wellenlängen vertreten sein.
Doppelspalt zur Licht - BündelungAbhilfe schafft das Ausschneiden eines schmalen Bandes aus dem breiten Fächer einer Lichtquelle mittels zweier Spalt - Blenden. Für Millimeter - breite Spalte gilt bei den hier relevanten geringen Abständen zwischen Prisma und Spektrenaufnahme - Vorrichtung, dass mit abnehmender Spalt - Breite Spektrum - Strukturen schärfer (besser aufgelöst), aber auch lichtschwächer abgebildet werden. Bei noch schmaleren Spalten nimmt mit deren abnehmender Breite die Unschärfe wieder zu infolge zunehmend stärkerer Beugung des Lichts. Da es bei dieser Anordnung keine Schärfenebene wie bei abbildenden Optiken gibt, kann eine Vorrichtung zur Registrierung des Spektrums in beliebigem Abstand vom Prisma angeordnet sein. Es gibt allerdings eine Beugung - bedingte sinnvolle Maximalentfernung. Darüber hinaus gehende Abstände bringen keinen Gewinn an Auflösung mehr.
Linsen - Optik zur Licht - BündelungProfessionelle Geräte zur Spektren - Erzeugung haben nur eine Spalt - Blende. Eine Optik aus Linsen oder Hohlspiegeln bildet den Spalt in einer Ebene des schärfsten Bildes hinter dem Prisma ab. Die Qualität der Abbildung wird um so besser, je näher der Parallelität zueinander die auf das Prisma treffenden Licht - Strahlen verlaufen. Dieser Annäherung dient in professionellen Geräten ein Objektiv zwischen Eingangsspalt und Prisma oder Gitter. Für jede Licht - Wellenlänge erscheint ein eigenes Spalt - Bild an einem eigenen Ort. Da hierbei das vom Spalt kommende Licht von der Optik aus einem breiten Winkel - Bereich gesammelt wird, sind die Spektren viel lichtstärker als bei der obigen Variante mit 2 Spalten. Auch durch Beugung am Spalt abgelenktes Licht wird im Spalt - Bild wieder zusammengeführt; daher kann dieser sehr schmal sein, was die Detail - Abbildung im Spektrum verbessert. Die Vorrichtung zur Registrierung eines Spektrums muss hier möglichst genau auf die Ebene des Spektrum - Bildes scharfgestellt werden. Letztere steht bei einem einzelnen Prisma oder einer Kombination von Prismen aus gleichem Material schiefwinkelig zur optischen Achse eines Objektivs; die Distanz zwischen diesem und dem Ort schärfster Abbildung einer Spektrallinie nimmt mit steigender Wellenlänge zu [9][10]. Mit als Geradsichtprismen bezeichneten Kombinationen von Einzelprismen aus unterschiedlichen Materialien kann dagegen eine annähernd rechtwinkelig zur optischen Achse stehende Bild - Ebene geschaffen werden. Wird mit einer zusätzlichen Optik das Licht der Strahlungsquelle auf den Spalt konzentriert, ist bei scharfer Abbildung der Quelle auf den Spalt der Helligkeitsgewinn am größten, bei unscharfer jedoch die Gleichmäßigkeit der Helligkeit spektraler Muster [10].

Die oben am Beispiel eines Prismas gezeigte Begründung für die Notwendigkeit der Formung des Eingangslichts eines Spektralanalyse - Gerätes zu einem Bündel aus möglichst parallel zueinander verlaufenden "Strahlen" gilt analog auch bei Einsatz eines Beugungsgitters [3]. Steht dieses rechtwinkelig zum einfallenden Licht - Bündel, ist auch die von einer Abbildungsoptik erzeugte Ebene der schärfsten Abbildung eines Spektrums so ausgerichtet

Als Alternative zur oben genannten Spalt - Blende als Hilfsmittel zur Formung des Eingangslicht - Bündels kann auch ein schräg von vorne vom Probenlicht beleuchteter, sehr dünner spiegelnder Stab vor schwarzem Hintergrund eingesetzt werden oder eine sehr dünne, durchsichtige Röhre als Gefäß, in der eine Probe zur Licht - Emission angeregt wird.

Würde eine Quelle Licht nur einer einzigen Wellenlänge abstrahlen (Emission) oder eine zu untersuchende Probe solches Licht verschlucken (Absorption), bestände das Spektrum aus einem einzigen Spalt - Bild in Form einer Linie, hell in dunkler Umgebung bei Emission, dunkel in heller Umgebung bei Absorption, siehe oben. In der Realität erzeugen emittierende Licht - Quellen oder absorbierende Proben viele Linien. Liegen diese so eng beieinander, dass sie im Spektrenbild nicht getrennt erscheinen, werden solche Bereiche Banden genannt.

 

Geräte - Typen

 

Geräte zur Spektralanalyse können klassifiziert werden zum Einen nach Art des Wellenlängen sortierenden Elements (Prisma, Gitter oder beide kombiniert), zum Anderen nach der Registriermethode in den unten beschriebenen Varianten. Die zugehörigen Verfahren werden oft in Englisch - sprachigen, manchmal auch in Deutsch - sprachigen Veröffentlichungen übergreifend als "Spektroskopie" bezeichnet, obwohl dieser Begriff das Anschauen realer Spektren mit dem Auge ausdrückt. Andererseits sind die Grenzen zwischen den nachfolgend skizzierten Kategorien aber auch weniger streng. So kann ein mit einem Spektrographen aufgenommenes Photo eines Spektrums durch Scannen der ortsabhängigen Helligkeitsverteilung in ein Diagramm umgewandelt werden, das der Aufnahme mit einem Spektrometer entspricht.

Für chemische Analysen, die über Demo - Anwendungen in Schulen hinausgehen, brauchbare, fabrikneue Spektroskope sind nicht ganz billig [7]. Gebrauchte können von speziellen Handelsunternehmen [8] oder Materialverwaltungen an Hochschulen oder anderen wissenschaftlichen Einrichtungen preiswerter erworben werden. Noch billiger ist Selbstbau, zu dem Verweise unten angegeben sind.

 

Spektroskope

Ein Instrument zur Spektren - Beobachtung mit dem Auge wird Spektroskop genannt, die Kunst, damit umzugehen, Spektroskopie. Die Bestimmung der Positionen von Linien und Banden in einem Spektrum durch visuelle Beobachtung ist mit billigen Spektroskopen eine wenig genaue, mit teuren eine langwierige Angelegenheit. Letztere macht diese Geräte nur bedingt geeignet zur Analyse von Proben, die durch Erhitzung oder elektromagnetische Anregung zum Leuchten gebracht werden, was mit Problemen der Langzeitstabilität verbunden ist. Intensitäten, deren Messung für quantitative Analysen wichtig ist, kann das Auge auch mit speziellen technischen Hilfsmitteln nur sehr eingeschränkt ermitteln. Allerdings hat die Spektroskopie den Vorzug der Einfachheit, da eine Spektren - Registrierung bereits mit Auge, Schreibstift und Papier möglich ist. Auch ist das direkte Anschauen von Original - Spektren sehr eindrucksvoll; daher sind Spektroskope weiterhin aus didaktischen Gründen bei der Ausbildung für naturwissenschaftliche Berufe in Gebrauch und kommerziell erhältlich. Manche Materialien geben bei Be- oder Durchleuchtung mittels Fremdlicht charakteristische Absorptions- oder Lumineszenzspektren. Für solche Fälle sind Spektroskope zur schnellen Identifizierung von Stoffen nützlich. Hinweise zum Gebrauch und Selbstbau von Spektroskopen sind an anderer Stelle zu finden [4][5].

 

Spektrographen

Ein Gerät zur photographischen Aufnahme von Spektren heißt Spektrograph, die ganze Angelegenheit Spektrographie. In der Geschichte der chemischen Analytik ermöglichten Spektrographen erstmals die von subjektiven Sinnenswahrnehmungen weitgehend freie Aufnahme und Speicherung von Spektren. Durch Photographie können auch Spektren registriert werden, die nur kurz aufleuchten oder, mittels Langzeit - Belichtung, die sehr lichtschwach sind, aber dauerleuchten. Auf Photos können die Positionen von Banden und Linien in aller Ruhe ausgemessen werden.

Da bei diesem Prinzip alle Partien eines Spektrums simultan aufgenommen werden, ist es auch anwendbar bei Licht - Quellen, deren Leuchtdauer geringer ist als die Zeit, die zur Abtastung mit einem über das Spektrum - Bild hinweg bewegten Detektor (Scanner), siehe unten, benötigt würde. Auch wirken sich bei Simultanregistrierung Helligkeitsschwankungen des Spektrums während seiner Aufnahme gleichmäßig auf alle seine Bereiche aus, wohingegen ein Scanner auf seinem Weg durch ein Spektrum nicht ohne Weiteres zwischen Linien - und Banden - bedingten Helligkeitsänderungen und solchen infolge von Schwankungen der Leuchtkraft der Licht - Quelle unterscheiden kann.

Ein weiterer Vorzug der Spektrographie ist die Möglichkeit, Farbphotos von Spektren aufzunehmen. Die zur chemischen Analyse notwendige Bestimmung der zu Spektrallinien gehörigen Wellenlängen wird durch die Information "Farbe" erleichtert, da diese bereits eine Zuordnung zu einem engeren Ausschnitt des Wellenlängen - Bereichs ermöglicht.

Hinweise zum Gebrauch und Selbstbau von Spektrographen sind an anderer Stelle zu finden [4][5].

 

Spektrometer

Ein Spektrum kann auch registriert werden, indem ein elektronischer Sensor die Licht - Intensität bei den einzelnen Wellenlängen im Spektrum entlang einer gedachten Linie registriert. Auf diesem Prinzip basierende Geräte werden Spektrometer, Spektralphotometer oder Spektrophotometer genannt, das Verfahren Spektrometrie, Spektralphotometrie oder Spektrophotometrie. Die graphische Darstellung eines so gewonnenen Spektrums in Form eines Diagramms wird als Spektrogramm bezeichnet.

Auf der photographischen Abbildung eines Spektrums können manche nicht von der Probe, sondern von Störungen erzeugte Muster (Artefakte) darin anhand ihrer von Linien oder Banden abweichenden Form visuell erkannt werden. In einem Spektrogramm ist dies weniger gut möglich. Es gibt Geräte mit einem das Spektrum abfahrenden Licht - Sensor oder mit einem schwenkbaren Reflektion - Beugungsgitter, dessen Spektrum - Bild über einen fest stehenden Licht - Sensor hinwegbewegt wird. Geräte, die eine fest stehende Aneinanderreihung vieler Sensoren (Array) enthalten, können ganze Bereiche eines Spektrums fast gleichzeitig (simultan) registrieren.

Bei der Wahl eines kommerziellen Spektrometers sollte der Unterschied zwischen Wellenlängen - Auflösung und spektraler Bandbreite bedacht werden. Hinweise hierzu sowie zum Gebrauch und Selbstbau von Spektrometern sind an anderer Stelle zu finden [4][5].

 

 

Methodische Varianten der Spektralanalyse


 

Licht kann mittels unterschiedlicher Methoden mit einer spektralen Information beladen werden:

 

Absorptionsspektralanalyse

 

Bei der Absorptionsspektralanalyse wird Licht aus einer Quelle durch ein Medium geleitet, von dem ein Spektrum aufgenommen werden soll. Auch von einem undurchsichtig erscheinenden Körper kann ein Absorptionsspektrum gewonnen werden, da von ihm reflektiertes Licht vor der Rückstrahlung ein wenig durch seine Oberfläche hindurchgedrungen ist.

 

Emissionsspektralanalyse

 

Wird eine zu analysierende Probe durch Energie - Zufuhr in ein leuchtendes Gas überführt, können in dessen Spektrum Banden chemischer Verbindungen und Linien von isolierten Atomen zur Identifizierung und Mengenbestimmung der in der Probe vorhandenen Elemente und deren Verbindungen genutzt werden. Eine Probe kann zur Licht - Emission angeregt werden mittels Brennstoff - Flamme, elektrischem Funken, elektrischem Lichtbogen, Hochfrequenzplasma, Glimmentladung oder Laser - Licht.

Bei der Lumineszenz - Spektralanalyse emittiert eine Probe unter Bestrahlung mit Anregungslicht auch bei Normaldruck und Raumtemperatur Licht. Klingt dieses nach der Anregung sehr schnell ab, wird der Vorgang Fluoreszenz genannt.

Im weiteren Sinn kann auch die auf Licht - Streuung in einer Probe basierende Raman - Spektralanalyse zu den Emissionsverfahren gezählt werden.

 

 

Gleichzeitigkeit von Absorption und Lumineszenz


 

Als Lumineszenz wird das Phänomen bezeichnet, dass Elektronen in den Hüllen der Atome einer Substanz durch einfallendes Licht einen Energie - Zuwachs erfahren (Anregung), anschließend wieder in ihren energetischen Ausgangszustand zurückfallen (Abregung) und die dabei frei werdende Energie in Form von Lumineszenz - Licht abstrahlen. Dieses unterscheidet sich vom Anregungslicht durch sein Wellenlängen - Spektrum, das für eine Substanz charakteristisch ist. Erfolgt die Abregung innerhalb von Sekunden - Bruchteilen, wird sie als Fluoreszenz bezeichnet. Zieht sich die Abregung über Sekunden bis Stunden hin, handelt es sich um Phosphoreszenz.

Die durch eine Probe verursachten Absorptions- und Lumineszenzbanden können sich bei ihrer Registrierung gegenseitig stören, wenn die Probe vor dem Spalt des Spektrometers angeordnet ist und daher von Licht des gesamten Spektralbereichs der Beleuchtungslampe durchsetzt wird. Dann kann es vorkommen, dass der Spektrometer - Detektor die resultierende Licht - Intensität aus durch Absorption geschwächtem Beleuchtungslampenlicht und emittiertem Lumineszenz - Licht registriert und beide Komponenten im Probenspektrum kaum unterscheidbar sind. Einer solchen Störung kann in folgenden Varianten begegnet werden:

  • Aus dem Spektrum der Beleuchtungslampe wird ein schmaler Wellenlängenbereich (oligochromatisches Licht) oder noch besser, aber technisch aufwändiger, eine einzelne Wellenlänge (monochromatisches Licht) ausgeschnitten, die Probe nur mit Diesem durchstrahlt und so die Entstehung von durch Licht anderer Wellenlängen angeregter Lumineszenz unterdrückt. Das funktioniert aber nur, wenn die Absorption einer Probe nur in einem begrenzten Wellenlängenbereich gemessen werden soll und wenn bekannt ist, welcher Spektralbereich der Lampe eine Lumineszenz anregt und in welchem Spektralbereich Letztere liegt. Dann kann der Wellenlängenausschnitt aus dem Spektrum der Beleuchtungslampe so gewählt werden, dass keine Störung zu erwarten ist.

  • Bei einer Probe unbekannter Zusammensetzung muss erst einmal das gesamte Spektrum nach Absorptions- und Lumineszenzbanden durchsucht werden. Letztere heben sich von Ersteren deutlicher ab im Spektrum des von einer transparenten Probe im rechten Winkel zum Weg des Durchleuchtungslichts abgestrahlten Lichts. Dessen Spektrum besteht aus einem schwachen Streulicht - Untergrund, der dieselben Absorptionsbanden enthält wie das Durchlicht, und den im Verhältnis dazu stärker hervortretenden Lumineszenz - Emissionsbanden.

  • Der beste Weg zur Trennung der Absorption - von der Lumineszenz - Komponente eines Durchlicht - Spektrums ist die Durchstrahlung der Probe mit monochromatischem Licht und die spektrale Zerlegung des aus der Probe austretenden Lichts. Im so erhaltenen Probenspektrum sind Lumineszenz - Banden am deutlichsten zu sehen, obwohl auch hier innerhalb der Probe entstehendes Lumineszenz - Licht wieder von Licht - Absorption betroffen sein kann.

  • Auch bei einer undurchsichtigen (opaken) Probe, deren Absorptionsspektrum über das von ihrer Oberfläche reflektierte Licht registriert werden kann, ist die Erkennung von Probenlumineszenz möglich durch Registrierung des zeitlichen Verlaufs des Abfalls der von einem Detektor empfangenen "Menge" des von einer Probe kommenden Lichts nach Abschalten der Beleuchtungslampe, da Lumineszenz - Licht langsamer abklingt als das primäre Licht der Beleuchtungslampe.

 

 

Quellen und Anmerkungen


 

1. Bild: University of Calgary.
2. Bild: NASA.
3. Siehe Kapitel "Prismen und Gitter".
4. Hinweise zur freien Recherche zur Spektralanalyse bietet das Kapitel "Informationen suchen und beschaffen". Konkrete Titel sind im Kapitel "Bibliographie "Arbeitshilfen": Schlagworte C..." unter dem Eintrag "Chemie" → "Analytik" angegeben.
5. Siehe Abteilung "Anwendungsbeispiele" im Inhaltsverzeichnis.
6. Bild: Arizona State University. Leicht verändert.
7. Geräte zur Spektralanalyse anbietende Firmen:
8. Links zum Gebrauchtgeräte - Handel sind in manchen Chemie - Portalen zu finden, deren Adressen im Kapitel "Bibliographie "Arbeitshilfen": Schlagworte C..." unter dem Eintrag "Chemie" → "Allgemeine Arbeitshilfen und Informationsquellen" zu finden sind.
9. Rollwagen, W.: Chemische Spektralanalyse. Berlin 1970 (6. Aufl.): 6 - 9.
10. Gerlach, W. / Schweitzer, E.: Die chemische Emissionsspektralanalse. Verlag von Leopold Voss: Leipzig 1930.

 

Zuletzt aktualisiert am 17.06.2017
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