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Extinktionskoeffizient Der von lateinisch extinctio Auslöschung ist ein Maß für die Schwächung Extinktion von elektromag

Extinktionskoeffizient

Der Extinktionskoeffizient (von lateinisch extinctio ‚Auslöschung‘) ist ein Maß für die Schwächung (Extinktion) von elektromagnetischen Wellen durch ein Medium, bezogen auf die Weglänge durch das Medium und auf die Stoffmengenkonzentration des Stoffs im Lösungsmittel. Die Schwächung erfolgt durch Streuung und Absorption; wenn der Anteil der Streuung vernachlässigt werden kann, spricht man auch vom Absorptionskoeffizienten.

Der Extinktionskoeffizient wird häufig in der UV/VIS-Spektroskopie bzw. Photometrie verwendet.

Chemie Bearbeiten

In der Chemie ist der Extinktionskoeffizient (Epsilon), genauer gesagt der molare, dekadische Extinktionskoeffizient (Synonym: molarer Absorptionskoeffizient), ein Maß dafür, wie viel elektromagnetische Strahlung eine spezielle Substanz in molarer Konzentration (1 mol/l) bei einer Durchtrittslänge von 1 cm und bei einer bestimmten Wellenlänge absorbiert:

abgeleitet von einer fundamentalen Gleichung der Photometrie, dem lambert-beerschen Gesetz:

Darin bezeichnen

Die gängige Einheit des Extinktionskoeffizienten ist l·mol−1·cm−1. Er ist abhängig von der Wellenlänge, der Temperatur, oft vom pH-Wert und bei vielen Farbstoffen vom verwendeten Lösungsmittel. Seine Angabe erfolgt meist für eine bestimmte Wellenlänge und beim Absorptionsmaximum in Bezug auf die anderen Parameter. Farbstoffe in wässriger Lösung haben in ihrem Absorptionsmaximum im sichtbaren Spektralbereich (VIS) Extinktionskoeffizienten bis zu 105 l·mol−1·cm−1 = 104 mol−1·m2.

Optik Bearbeiten

Optischer Extinktionskoeffizient (grüne Kurve) von Wasser zwischen 3 nm und 300 m
Optischer Extinktionskoeffizient (grüne Kurve) von Wasser zwischen 100 nm (UV) und 6400 nm (IR)

In diesem Bereich wird mit dem Begriff Extinktionskoeffizient (auch ) der Imaginärteil des komplexen Brechungsindex bezeichnet. Er ist eine Größe der Dimension Zahl für das Schwächungsvermögen eines Mediums: je größer, desto stärker wird die einfallende elektromagnetische Welle (z. B. Licht) vom Material aufgenommen (absorbiert). Dabei hängt der Extinktionskoeffizient stark von chemischen und kristallografischen Aufbau des Materials und somit von physikalischen Größen wie der Wellenlänge der Strahlung, der Temperatur usw. ab (siehe auch: Permittivität).

Der Extinktionskoeffizient ist über den Realteil des komplexen Brechungsindex mit dem Absorptionsindex (griechisch: kappa) verknüpft:

Die Wirkung des Imaginärteils des Brechungsindexes lässt sich am Beispiel ebener elektromagnetischer Wellen herleiten:

Die Amplitude in der Eindringtiefe ist . Ist also positiv, so nimmt die Amplitude der Welle exponentiell ab.

Für die Intensität der eindringenden Welle gilt in der Eindringtiefe des absorbierenden Mediums:

Der Extinktionskoeffizient bewirkt also einen exponentiellen Abfall der Lichtintensität.

Nach Einführung des Absorptionskoeffizienten mit der Dimension 1/Länge erhält man:

Manchmal wird auch Extinktionskoeffizient genannt (siehe z. B.).

Literatur Bearbeiten

  • Klaus Lüders, Robert Otto Pohl: Pohls Einführung in die Physik: Band 2: Elektrizitätslehre und Optik. Springer, 2010, ISBN 978-3-642-01627-1.

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Klaus Lüders, Robert Otto Pohl: Pohls Einführung in die Physik: Band 2: Elektrizitätslehre und Optik. Springer, 2010, ISBN 978-3-642-01627-1, S. 353 f.
  2. ↑ Wolfgang Zinth, Ursula Zinth: Optik. 2. Auflage. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 2009, ISBN 978-3-486-58801-9, S. 22–23.
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Veröffentlichungsdatum:
Der Extinktionskoeffizient von lateinisch extinctio Ausloschung ist ein Mass fur die Schwachung Extinktion von elektromagnetischen Wellen durch ein Medium bezogen auf die Weglange durch das Medium und auf die Stoffmengenkonzentration des Stoffs im Losungsmittel Die Schwachung erfolgt durch Streuung und Absorption wenn der Anteil der Streuung vernachlassigt werden kann spricht man auch vom Absorptionskoeffizienten 1 Der Extinktionskoeffizient wird haufig in der UV VIS Spektroskopie bzw Photometrie verwendet Inhaltsverzeichnis 1 Chemie 2 Optik 3 Literatur 4 Weblinks 5 EinzelnachweiseChemie BearbeitenIn der Chemie ist der Extinktionskoeffizient e displaystyle varepsilon nbsp Epsilon genauer gesagt der molare dekadische Extinktionskoeffizient Synonym molarer Absorptionskoeffizient ein Mass dafur wie viel elektromagnetische Strahlung eine spezielle Substanz in molarer Konzentration 1 mol l bei einer Durchtrittslange von 1 cm und bei einer bestimmten Wellenlange absorbiert e E c d displaystyle varepsilon frac E c d nbsp abgeleitet von einer fundamentalen Gleichung der Photometrie dem lambert beerschen Gesetz E e c d displaystyle Leftrightarrow E varepsilon c d nbsp Darin bezeichnen E die Extinktion mit der Dimension einer Zahl d h die Verminderung der Intensitat des im Photometer gemessenen Lichtes genauer ist die Extinktion definiert als der dekadische Logarithmus des Verhaltnisses der Ausgangsintensitat zu der hinter der Probe gemessenen Intensitat was auch als Probedurchlassigkeit bezeichnet werden kann c die Stoffmengenkonzentration der Losung in der Messkuvette d die Schichtdicke der Messkuvette meist 1 cm Die gangige Einheit des Extinktionskoeffizienten ist l mol 1 cm 1 Er ist abhangig von der Wellenlange der Temperatur oft vom pH Wert und bei vielen Farbstoffen vom verwendeten Losungsmittel Seine Angabe erfolgt meist fur eine bestimmte Wellenlange und beim Absorptionsmaximum in Bezug auf die anderen Parameter Farbstoffe in wassriger Losung haben in ihrem Absorptionsmaximum im sichtbaren Spektralbereich VIS Extinktionskoeffizienten bis zu 105 l mol 1 cm 1 104 mol 1 m2 Optik Bearbeiten nbsp Optischer Extinktionskoeffizient grune Kurve von Wasser zwischen 3 nm und 300 m nbsp Optischer Extinktionskoeffizient grune Kurve von Wasser zwischen 100 nm UV und 6400 nm IR In diesem Bereich wird mit dem Begriff Extinktionskoeffizient k displaystyle k nbsp auch n displaystyle n nbsp der Imaginarteil des komplexen Brechungsindex N n i k displaystyle hat N n mathrm i k nbsp bezeichnet Er ist eine Grosse der Dimension Zahl fur das Schwachungsvermogen eines Mediums je grosser desto starker wird die einfallende elektromagnetische Welle z B Licht vom Material aufgenommen absorbiert Dabei hangt der Extinktionskoeffizient stark von chemischen und kristallografischen Aufbau des Materials und somit von physikalischen Grossen wie der Wellenlange der Strahlung der Temperatur usw ab siehe auch Permittivitat Der Extinktionskoeffizient k displaystyle k nbsp ist uber den Realteil des komplexen Brechungsindex mit dem Absorptionsindex k displaystyle kappa nbsp griechisch kappa verknupft k n k displaystyle k n cdot kappa nbsp Die Wirkung des Imaginarteils des Brechungsindexes lasst sich am Beispiel ebener elektromagnetischer Wellen herleiten 2 E z t E 0 exp i w t i k z k N w c E 0 exp i w t i N w c z N n k i E 0 exp i w t i n w c z k w c z E 0 exp k w c z exponentiell abfallender Term fur k gt 0 exp i w t i n w c z ursprungliche Oszillation mit Phasenverschiebung displaystyle begin aligned E z t amp E 0 cdot exp left mathrm i omega t mathrm i kz right amp quad left downarrow mathrm k frac hat N omega c right amp E 0 cdot exp left mathrm i omega t mathrm i frac hat N omega c z right amp quad left downarrow hat N n k mathrm i right amp E 0 cdot exp left mathrm i omega t left mathrm i frac n omega c z frac k omega c z right right amp underbrace E 0 cdot exp left frac k omega c z right text exponentiell abfallender Term fur k gt 0 cdot underbrace exp left mathrm i omega t mathrm i frac n omega c z right text ursprungliche Oszillation mit Phasenverschiebung end aligned nbsp Die Amplitude in der Eindringtiefe z displaystyle z nbsp ist E z E 0 exp k w c z displaystyle E z E 0 cdot exp left frac k omega c z right nbsp Ist also k displaystyle k nbsp positiv so nimmt die Amplitude der Welle exponentiell ab Fur die Intensitat I z displaystyle I z nbsp der eindringenden Welle gilt in der Eindringtiefe z displaystyle z nbsp des absorbierenden Mediums I 1 2 ϵ 0 N c E z 2 1 2 ϵ 0 N c E 0 exp k w c z 2 1 2 ϵ 0 N c E 0 2 exp 2 k w c z I 0 exp 2 k w c z displaystyle begin aligned I amp frac 1 2 epsilon 0 hat N c E z 2 amp frac 1 2 epsilon 0 hat N c left E 0 cdot exp left frac k omega c z right right 2 amp frac 1 2 epsilon 0 hat N cE 0 2 cdot exp left frac 2k omega c z right amp I 0 cdot exp left frac 2k omega c z right end aligned nbsp Der Extinktionskoeffizient k displaystyle k nbsp bewirkt also einen exponentiellen Abfall der Lichtintensitat Nach Einfuhrung des Absorptionskoeffizienten a 2 k w c displaystyle alpha frac 2k omega c nbsp mit der Dimension 1 Lange erhalt man I z I 0 e a z displaystyle I z I 0 cdot e alpha z nbsp Manchmal wird auch a displaystyle alpha nbsp Extinktionskoeffizient genannt siehe z B 2 Literatur BearbeitenKlaus Luders Robert Otto Pohl Pohls Einfuhrung in die Physik Band 2 Elektrizitatslehre und Optik Springer 2010 ISBN 978 3 642 01627 1 Weblinks BearbeitenMolar Absorption Coefficients UV VIS In Spectra and Spectral Data University of Texas englischsprachig Einzelnachweise Bearbeiten Klaus Luders Robert Otto Pohl Pohls Einfuhrung in die Physik Band 2 Elektrizitatslehre und Optik Springer 2010 ISBN 978 3 642 01627 1 S 353 f a b Wolfgang Zinth Ursula Zinth Optik 2 Auflage Oldenbourg Wissenschaftsverlag 2009 ISBN 978 3 486 58801 9 S 22 23 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Extinktionskoeffizient amp oldid 230125791