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Spektroskopie bezeichnet eine Gruppe physikalischer Methoden die eine Strahlung nach einer bestimmten Eigenschaft wie We

Spektroskopie

Spektroskopie bezeichnet eine Gruppe physikalischer Methoden, die eine Strahlung nach einer bestimmten Eigenschaft wie Wellenlänge, Energie, Masse etc. zerlegen (analysieren). Die dabei auftretende Intensitätsverteilung wird Spektrum genannt.

Spiritusflamme und ihr Spektrogramm

Spektrometrie ist die quantitative Ausmessung von Spektren mittels eines Spektrometers. Die Aufzeichnungsmethode heißt Spektrografie und die Aufzeichnung (grafische Darstellung) selbst Spektrogramm, wird im Fachjargon aber oft einfach als „das Spektrum“ bezeichnet. Zur visuellen Betrachtung optischer Spektren dienen Spektroskope, wie erstmals bei Isaac Newton, als er im 17. Jahrhundert die Zusammensetzung des weißen Lichts aus Spektralfarben entdeckte. Als Begründer der modernen Spektroskopie bzw. Spektralanalyse gelten der Chemiker Robert Wilhelm Bunsen und der Physiker Gustav Robert Kirchhoff, die 1861 die beiden chemischen Elemente Cäsium und Rubidium in Mineralwässern mit Hilfe einer von ihnen 1859 entwickelten Spektralanalyse entdeckten.

Die untersuchten Strahlungen umfassen den gesamten Bereich der elektromagnetischen Wellen und der mechanischen Wellen wie Schall und Wasserwellen, sowie Teilchenstrahlen z. B. aus Elektronen, Ionen, Atomen oder Molekülen. Die Spektroskopie wird eingesetzt, um die Eigenschaften der Strahlung selbst zu studieren, die Eigenschaften der Strahlenquelle herauszufinden (Emissionsspektroskopie) oder die Eigenschaften eines zwischen der Quelle und dem Spektrometer befindlichen Transportmediums zu untersuchen (Absorptionsspektroskopie). Insbesondere kann Spektrometrie genutzt werden, um Art und Konzentration von emittierenden oder absorbierenden Substanzen zu bestimmen.

Zeigt ein Spektrum scharfe und voneinander getrennte Intensitätsmaxima, wird es allgemein als Linienspektrum bezeichnet, andernfalls als kontinuierliches Spektrum. Oft sind Spektren aus diesen beiden Grundtypen gemischt. Der Name Linienspektrum erklärt sich daraus, dass die ersten optischen Spektralapparate das Licht aus einem beleuchteten schmalen Spalt empfingen, der abhängig von der Wellenlänge an einen bestimmten Ort auf dem Schirm abgebildet wurde, so dass sich für jedes Intensitätsmaximum eine helle Linie bildete (siehe Abbildung).

Beispielsweise ist das Energie- oder Wellenlängenspektrum der Wärmestrahlung vom kontinuierlichen Typ mit einem breiten Maximum, an dessen Lage man auch die Temperatur des strahlenden Körpers ablesen kann. Hingegen zeigt das von Atomen ausgesandte oder absorbierte Licht ein Linienspektrum, an dem man die chemischen Elemente, zu denen die Atome gehören, eindeutig identifizieren kann (Spektralanalyse nach Kirchhoff und Bunsen, 1859). Auch das Massenspektrum eines Stoffes bei Untersuchung mit einem Massenspektrometer ist ein Linienspektrum, das die Massen der im Stoff vorhandenen Moleküle oder gegebenenfalls ihrer Bruchstücke anzeigt. Die beiden Arten von Linienspektren zeigen hohe Empfindlichkeit und werden daher bei chemischen Analysen routinemäßig zum Nachweis von Beimengungen fremder Stoffe in geringster Konzentration eingesetzt.

Die Spektrografie wird in verschiedensten Formen beispielsweise in der Medizin, in der kriminalistischen Chemie, der forensischen Toxikologie und der forensischen Biologie eingesetzt. Spektroskopische Beobachtungen der Linienspektren der Atome und Moleküle gaben entscheidende Impulse für die Entwicklung der Atomphysik und Quantenmechanik. Die hohe Präzision, mit der viele ihrer Spektrallinien gemessen werden können, erlaubt u. a. die genaue Überprüfung von Naturgesetzen, die Bestimmung von Naturkonstanten und die Definition der Basiseinheiten Meter und Sekunde.

Spektroskopie elektromagnetischer Strahlung Bearbeiten

Physikalische Grundlagen Bearbeiten

Spektrum einer Niederdruck-Quecksilberdampflampe, aufgenommen mit einem 256-Pixel-Zeilensensor bzw. mit einer Kamera

Ein Spektrum im Sinne dieses Artikels ist die Verteilung einer spektralen Leistungsdichte über einer Energieskala (Frequenz, Wellenzahl) oder einer reziproken Energieskala. Der Zusammenhang zwischen der Frequenz einer elektromagnetischen Welle und der Energie der Lichtquanten ist dabei gegeben durch

mit der Planck-Konstanten .

Grundlage zum Verständnis von Spektren ist der Übergang eines Systems zwischen verschiedenen Energieniveaus unter Emission oder Absorption von Photonen oder anderen Teilchen. Mit diesem kann man Absorption und Emission von Photonen durch Übergänge zwischen verschiedenen Energieniveaus eines Atoms beschreiben. Die absorbierte bzw. emittierte Energie ist dabei durch das anfängliche Energieniveau und dem End-Energieniveau festgelegt. In der Quantenmechanik hat jeder Zustand ein Energieniveau.

Dabei gilt:

Ist , die Differenz also positiv, so handelt es sich in diesem Beispiel um Emission, bei negativen Vorzeichen, also dann um Absorption.

Strukturen im Spektrum geben Hinweise darauf, welche Energiebeträge eine Substanz aufnehmen (absorbieren) oder abgeben (emittieren) kann. Diese Beträge entsprechen Energiedifferenzen quantenmechanischer Zustände der Probe. Das Spektrum eines Stoffes hängt insbesondere ab von dessen Konzentrationen, von Auswahlregeln und Besetzungszahlen.

Klassische Spektroskopie Bearbeiten

Die Untersuchung der Lichtemission bzw. -absorption von Molekülen und Atomen mit Hilfe von Gitter- und Prismenspektrometern sind die ältesten spektroskopischen Verfahren. Sie werden daher auch als klassische Spektroskopie bezeichnet. Viele der grundlegenden Untersuchungen über den Aufbau des Atoms wurden erst durch die Entwicklung und Anwendung hochauflösender Gitter- und Prismenspektrometer möglich.

Spektroskopiearten Bearbeiten

Die Einteilung der zahlreichen spektroskopischen Methoden und Verfahren ist vielfältig und in der Literatur nicht immer einheitlich. Allgemein unterscheidet man zunächst zwischen Methoden der Atom- und der Molekülspektroskopie. Die Atomspektroskopie umfasst spektroskopische Verfahren, die auf Emissions-, Absorptions- oder Fluoreszenzvorgängen bei Atomen zurückgehen und zur Bestimmung von chemischen Elementen eingesetzt werden. Die beobachteten Spektren sind im Allgemeinen Linienspektren. Die molekülspektroskopischen Verfahren basieren hingegen auf der Anregung und Auswertung von Rotations-, Schwingungs- und Elektronenzuständen in Molekülen. Durch die Überlagerung von Einzelzuständen werden dabei keine Linienspektren, sondern sogenannte Bandenspektren beobachtet.

Neben dieser grundlegenden Einteilung, nach der Art der untersuchten Zustände, gibt es zahlreiche andere Unterteilungen, beispielsweise nach der Anregungsenergie der elektrischen Strahlung (z. B. Mikrowellenspektroskopie, Röntgenspektroskopie), des Aggregatzustandes (z. B. Festkörperspektroskopie) oder der Art der Anregung (z. B. Elektronenspektroskopie, Laserspektroskopie).

Spektroskopiearten nach typischen Bereichen der Wellenlänge und hauptsächlich untersuchten Eigenschaften
EM-Strahlung Wellenlänge Frequenzbereich Wellenzahl Energiebereich untersuchte Eigenschaft Spektroskopische Methode
Radiowellen 100 m…1 m 3·106…300·106 Hz 10−4…0,01 cm−1 10−6…10−4 kJ/mol Änderung des Kernspinzustandes Kernresonanzspektroskopie (NMR, auch Hochfrequenzspektroskopie)
Mikrowellen 1 m…1 cm 300·106…30·109 Hz 0,01…1 cm−1 10−4…0,01 kJ/mol Änderung des Elektronenspinzustandes oder Hyperfeinzustandes Elektronenspinresonanz (ESR/EPR), Ramsey-Spektroskopie (Atomuhren)
Mikrowellen 10 cm…1 mm 30·108…3·1011 Hz 0.1…10 cm−1 0,001…0,1 kJ/mol Änderung des Rotationszustandes Mikrowellenspektroskopie
Terahertzstrahlung 1 mm…100 µm 0,3·1012…30·1012 Hz 10…100 cm−1 0,1…1 kJ/mol Änderung des Schwingungszustandes Terahertz-Spektroskopie
Infrarotstrahlung 1 mm…780 nm 3·1011…3,8·1014 Hz 10…1,28·104 cm−1 0,12…153 kJ/mol Änderung des Schwingungszustandes Schwingungsspektroskopie; (Infrarotspektroskopie (IR), Reflexionsspektroskopie und Ramanspektroskopie, Ultrakurzzeit-Spektroskopie)
sichtbares Licht; UV-Strahlung 780 nm…10 nm 3·1014…3·1016 Hz 104…106 cm−1 100…104 kJ/mol Änderung des Zustandes der äußeren Elektronen UV/VIS-Spektroskopie (UV/Vis), Reflexionsspektroskopie, Fotoleitungsspektroskopie, Fluoreszenzspektroskopie; Ultrakurzzeit-Spektroskopie; Atomspektroskopie; Vergleich mit Frequenzkamm
Röntgenstrahlung 10 nm…100 pm 3·1016…3·1018 Hz 106…108 cm−1 104…106 kJ/mol Änderung des Zustandes der Rumpfelektronen Röntgenspektroskopie (XRS); Elektronenspektroskopie; Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES);
Gammastrahlung 100 pm…1 pm 3·1018…3·1020 Hz 108…1010 cm−1 106…108 kJ/mol Änderung des Kernzustandes (Anordnung der Nukleonen) Gammaspektroskopie; Mößbauer-Spektroskopie

Liste mit Spektroskopiearten und -methoden in der Analytik Bearbeiten

  1. Atomspektroskopie – Messungen der Eigenschaften einzelner Atome, vor allem ihrer Elektronen-Energieniveaus
  2. Molekülspektroskopie – Messungen der Eigenschaften einzelner Moleküle, vor allem der Valenzelektronen-Energieniveaus und der Molekülschwingungen und -rotationen
  3. Festkörperspektroskopie – Messungen der Eigenschaften ganzer Festkörper (wie Kristalle), vor allem deren Bandstrukturdetails
  4. Impedanzspektroskopie (Dielektrische Spektroskopie)
  5. Laserspektroskopie

Spektroskopie in der Astronomie Bearbeiten

Gedenktafel für Kirchhoff in Heidelberg

Die Absorptionslinien im Sonnenspektrum wurden nach Josef Fraunhofer benannt, der sie 1813 entdeckte. Doch erst 1859 konnten Gustav Kirchhoff und Robert Bunsen die Natur dieser Linien als Fingerabdrücke von Elementen in der Sonnenatmosphäre erklären. In der folgenden Weiterentwicklung der Spektralanalyse gelang u. a. William Huggins (USA) und Angelo Secchi (Vatikansternwarte) die systematische Untersuchung von Sternspektren und die temperaturabhängige Klassifizierung der Sterne.

Die Spektralanalyse des Lichts der Sonne und anderer Sterne zeigte, dass die Himmelskörper aus denselben Elementen bestehen wie die Erde. Allerdings wurde Helium zuerst durch Spektroskopie des Sonnenlichtes identifiziert. Eine der solaren Spektrallinien konnte jahrzehntelang keiner bekannten Substanz zugeordnet werden, so dass bis zum Nachweis des irdischen Vorkommens angenommen wurde, auf der Sonne (griech. Helios) existiere ein unbekanntes Element.

Weitere klassische Erfolge der astronomischen Spektralanalyse sind

Die zugehörigen Messinstrumente („Spektralapparate“) der Astrospektroskopie sind:

Siehe auch Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

Allgemeine Lehrbücher Bearbeiten

  • Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer: Lehrbuch der Experimentalphysik: Band 1 bis 8. De Gruyter.
  • Peter M. Skrabal: Spektroskopie, Eine methodenübergreifende Darstellung vom UV- bis zum NMR-Bereich. vdf Hochschulverlag AG, Zürich 2009, ISBN 978-3-8252-8355-1 (vdf.ch).
  • Physikalische Chemie#Literatur

Spezielle Werke Bearbeiten

deutsch

  • Wolfgang Demtröder: Molekülphysik: Theoretische Grundlagen und experimentelle Methoden. 1. Auflage. Oldenbourg, 2003, ISBN 3-486-24974-6.
  • Wolfgang Demtröder: Laserspektroskopie: Grundlagen und Techniken. 5. Auflage. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-33792-8.
  • Hermann Haken, Hans Christoph Wolf: Atom- und Quantenphysik. 8. Auflage. Springer, Berlin 2003, ISBN 3-540-02621-5.
  • Hermann Haken, Hans Christoph Wolf: Molekülphysik und Quantenchemie. 5. Auflage. Springer, Berlin 2006, ISBN 3-540-30314-6.
  • R. Ramb: Emissionsspektroskopie. Walter de Gruyter % Co., Berlin (in der Reihe Arbeitsmethoden der moderenen Naturwissenschaften).

englisch

  • Thomas Eversberg, Klaus Vollmann: Spectroscopic Instrumentation – Fundamentals and Guidelines for Astronomers. Springer, Heidelberg 2014, ISBN 3-662-44534-4
  • Peter W. Atkins, Ronald Friedman: Molecular Quantum Mechanics. 4. Auflage. Oxford University Press, Oxford 2004, ISBN 0-19-927498-3.
  • Peter F. Bernath: Spectra of Atoms and Molecules. 2. Auflage. Oxford University Press, Oxford 2005, ISBN 0-19-517759-2.
  • Wolfgang Demtröder: Atoms, Molecules and Photons. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-20631-0.
  • Jack D. Graybeal: Molecular Spectroscopy. McGraw-Hill Education, New York NY u. a. 1988, ISBN 0-07-024391-3.
  • J. Michael Hollas: Modern Spectroscopy. 4. Auflage. John Wiley & Sons, Chichester 2003, ISBN 0-470-84416-7.
  • E. Bright Wilson Jr., J. C. Decius, Paul C. Cross: Molecular Vibrations – The Theory of Infrared and Raman Vibrational Spectra. Dover Publications, New York NY 1980, ISBN 0-486-63941-X.
  • Gordon G. Hammes: Spectroscopy for the biological sciences. Wiley-Interscience, Hoboken NJ 2005, ISBN 0-471-71344-9.

Weblinks Bearbeiten

Commons: Spektroskopie – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Duden: Spektrografie.
  2. Paul Diepgen, Heinz Goerke: Aschoff/Diepgen/Goerke: Kurze Übersichtstabelle zur Geschichte der Medizin. 7., neubearbeitete Auflage. Springer, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1960, S. 40.
  3. Jürgen Thorwald: Die Stunde der Detektive. Werden und Welten der Kriminalistik. Droemer Knaur, Zürich und München 1966, S. 356–370.
  4. Frequenzkamm in astronomischen Beobachtungen.
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Spektroskopie bezeichnet eine Gruppe physikalischer Methoden die eine Strahlung nach einer bestimmten Eigenschaft wie Wellenlange Energie Masse etc zerlegen analysieren Die dabei auftretende Intensitatsverteilung wird Spektrum genannt Spiritusflamme und ihr SpektrogrammSpektrometrie ist die quantitative Ausmessung von Spektren mittels eines Spektrometers Die Aufzeichnungsmethode heisst Spektrografie 1 und die Aufzeichnung grafische Darstellung selbst Spektrogramm wird im Fachjargon aber oft einfach als das Spektrum bezeichnet Zur visuellen Betrachtung optischer Spektren dienen Spektroskope wie erstmals bei Isaac Newton als er im 17 Jahrhundert die Zusammensetzung des weissen Lichts aus Spektralfarben entdeckte Als Begrunder der modernen Spektroskopie bzw Spektralanalyse gelten der Chemiker Robert Wilhelm Bunsen und der Physiker Gustav Robert Kirchhoff die 1861 die beiden chemischen Elemente Casium und Rubidium in Mineralwassern mit Hilfe einer von ihnen 1859 2 entwickelten Spektralanalyse entdeckten Die untersuchten Strahlungen umfassen den gesamten Bereich der elektromagnetischen Wellen und der mechanischen Wellen wie Schall und Wasserwellen sowie Teilchenstrahlen z B aus Elektronen Ionen Atomen oder Molekulen Die Spektroskopie wird eingesetzt um die Eigenschaften der Strahlung selbst zu studieren die Eigenschaften der Strahlenquelle herauszufinden Emissionsspektroskopie oder die Eigenschaften eines zwischen der Quelle und dem Spektrometer befindlichen Transportmediums zu untersuchen Absorptionsspektroskopie Insbesondere kann Spektrometrie genutzt werden um Art und Konzentration von emittierenden oder absorbierenden Substanzen zu bestimmen Zeigt ein Spektrum scharfe und voneinander getrennte Intensitatsmaxima wird es allgemein als Linienspektrum bezeichnet andernfalls als kontinuierliches Spektrum Oft sind Spektren aus diesen beiden Grundtypen gemischt Der Name Linienspektrum erklart sich daraus dass die ersten optischen Spektralapparate das Licht aus einem beleuchteten schmalen Spalt empfingen der abhangig von der Wellenlange an einen bestimmten Ort auf dem Schirm abgebildet wurde so dass sich fur jedes Intensitatsmaximum eine helle Linie bildete siehe Abbildung Beispielsweise ist das Energie oder Wellenlangenspektrum der Warmestrahlung vom kontinuierlichen Typ mit einem breiten Maximum an dessen Lage man auch die Temperatur des strahlenden Korpers ablesen kann Hingegen zeigt das von Atomen ausgesandte oder absorbierte Licht ein Linienspektrum an dem man die chemischen Elemente zu denen die Atome gehoren eindeutig identifizieren kann Spektralanalyse nach Kirchhoff und Bunsen 1859 Auch das Massenspektrum eines Stoffes bei Untersuchung mit einem Massenspektrometer ist ein Linienspektrum das die Massen der im Stoff vorhandenen Molekule oder gegebenenfalls ihrer Bruchstucke anzeigt Die beiden Arten von Linienspektren zeigen hohe Empfindlichkeit und werden daher bei chemischen Analysen routinemassig zum Nachweis von Beimengungen fremder Stoffe in geringster Konzentration eingesetzt Die Spektrografie wird in verschiedensten Formen beispielsweise in der Medizin in der kriminalistischen Chemie der forensischen Toxikologie und der forensischen Biologie eingesetzt 3 Spektroskopische Beobachtungen der Linienspektren der Atome und Molekule gaben entscheidende Impulse fur die Entwicklung der Atomphysik und Quantenmechanik Die hohe Prazision mit der viele ihrer Spektrallinien gemessen werden konnen erlaubt u a die genaue Uberprufung von Naturgesetzen die Bestimmung von Naturkonstanten und die Definition der Basiseinheiten Meter und Sekunde Inhaltsverzeichnis 1 Spektroskopie elektromagnetischer Strahlung 1 1 Physikalische Grundlagen 1 2 Klassische Spektroskopie 1 3 Spektroskopiearten 2 Liste mit Spektroskopiearten und methoden in der Analytik 3 Spektroskopie in der Astronomie 4 Siehe auch 5 Literatur 5 1 Allgemeine Lehrbucher 5 2 Spezielle Werke 6 Weblinks 7 EinzelnachweiseSpektroskopie elektromagnetischer Strahlung BearbeitenPhysikalische Grundlagen Bearbeiten nbsp Spektrum einer Niederdruck Quecksilberdampflampe aufgenommen mit einem 256 Pixel Zeilensensor bzw mit einer KameraEin Spektrum im Sinne dieses Artikels ist die Verteilung einer spektralen Leistungsdichte uber einer Energieskala Frequenz Wellenzahl oder einer reziproken Energieskala Der Zusammenhang zwischen der Frequenz n displaystyle nu nbsp einer elektromagnetischen Welle und der Energie E displaystyle E nbsp der Lichtquanten ist dabei gegeben durch E h n displaystyle E h cdot nu nbsp mit der Planck Konstanten h displaystyle h nbsp Grundlage zum Verstandnis von Spektren ist der Ubergang eines Systems zwischen verschiedenen Energieniveaus unter Emission oder Absorption von Photonen oder anderen Teilchen Mit diesem kann man Absorption und Emission von Photonen durch Ubergange zwischen verschiedenen Energieniveaus eines Atoms beschreiben Die absorbierte bzw emittierte Energie D E displaystyle Delta E nbsp ist dabei durch das anfangliche Energieniveau E n displaystyle E n nbsp und dem End Energieniveau E m displaystyle E m nbsp festgelegt In der Quantenmechanik hat jeder Zustand ein Energieniveau Dabei gilt D E E n E m h n displaystyle Delta E E n E m h cdot nu nbsp Ist E n gt E m displaystyle E n gt E m nbsp die Differenz also positiv so handelt es sich in diesem Beispiel um Emission bei negativen Vorzeichen also E n lt E m displaystyle E n lt E m nbsp dann um Absorption Strukturen im Spektrum geben Hinweise darauf welche Energiebetrage eine Substanz aufnehmen absorbieren oder abgeben emittieren kann Diese Betrage entsprechen Energiedifferenzen quantenmechanischer Zustande der Probe Das Spektrum eines Stoffes hangt insbesondere ab von dessen Konzentrationen von Auswahlregeln und Besetzungszahlen Klassische Spektroskopie Bearbeiten Die Untersuchung der Lichtemission bzw absorption von Molekulen und Atomen mit Hilfe von Gitter und Prismenspektrometern sind die altesten spektroskopischen Verfahren Sie werden daher auch als klassische Spektroskopie bezeichnet Viele der grundlegenden Untersuchungen uber den Aufbau des Atoms wurden erst durch die Entwicklung und Anwendung hochauflosender Gitter und Prismenspektrometer moglich Spektroskopiearten Bearbeiten Die Einteilung der zahlreichen spektroskopischen Methoden und Verfahren ist vielfaltig und in der Literatur nicht immer einheitlich Allgemein unterscheidet man zunachst zwischen Methoden der Atom und der Molekulspektroskopie Die Atomspektroskopie umfasst spektroskopische Verfahren die auf Emissions Absorptions oder Fluoreszenzvorgangen bei Atomen zuruckgehen und zur Bestimmung von chemischen Elementen eingesetzt werden Die beobachteten Spektren sind im Allgemeinen Linienspektren Die molekulspektroskopischen Verfahren basieren hingegen auf der Anregung und Auswertung von Rotations Schwingungs und Elektronenzustanden in Molekulen Durch die Uberlagerung von Einzelzustanden werden dabei keine Linienspektren sondern sogenannte Bandenspektren beobachtet Neben dieser grundlegenden Einteilung nach der Art der untersuchten Zustande gibt es zahlreiche andere Unterteilungen beispielsweise nach der Anregungsenergie der elektrischen Strahlung z B Mikrowellenspektroskopie Rontgenspektroskopie des Aggregatzustandes z B Festkorperspektroskopie oder der Art der Anregung z B Elektronenspektroskopie Laserspektroskopie Spektroskopiearten nach typischen Bereichen der Wellenlange und hauptsachlich untersuchten Eigenschaften EM Strahlung Wellenlange Frequenzbereich Wellenzahl Energiebereich untersuchte Eigenschaft Spektroskopische MethodeRadiowellen 100 m 1 m 3 106 300 106 Hz 10 4 0 01 cm 1 10 6 10 4 kJ mol Anderung des Kernspinzustandes Kernresonanzspektroskopie NMR auch Hochfrequenzspektroskopie Mikrowellen 1 m 1 cm 300 106 30 109 Hz 0 01 1 cm 1 10 4 0 01 kJ mol Anderung des Elektronenspinzustandes oder Hyperfeinzustandes Elektronenspinresonanz ESR EPR Ramsey Spektroskopie Atomuhren Mikrowellen 10 cm 1 mm 30 108 3 1011 Hz 0 1 10 cm 1 0 001 0 1 kJ mol Anderung des Rotationszustandes MikrowellenspektroskopieTerahertzstrahlung 1 mm 100 µm 0 3 1012 30 1012 Hz 10 100 cm 1 0 1 1 kJ mol Anderung des Schwingungszustandes Terahertz SpektroskopieInfrarotstrahlung 1 mm 780 nm 3 1011 3 8 1014 Hz 10 1 28 104 cm 1 0 12 153 kJ mol Anderung des Schwingungszustandes Schwingungsspektroskopie Infrarotspektroskopie IR Reflexionsspektroskopie und Ramanspektroskopie Ultrakurzzeit Spektroskopie sichtbares Licht UV Strahlung 780 nm 10 nm 3 1014 3 1016 Hz 104 106 cm 1 100 104 kJ mol Anderung des Zustandes der ausseren Elektronen UV VIS Spektroskopie UV Vis Reflexionsspektroskopie Fotoleitungsspektroskopie Fluoreszenzspektroskopie Ultrakurzzeit Spektroskopie Atomspektroskopie Vergleich mit FrequenzkammRontgenstrahlung 10 nm 100 pm 3 1016 3 1018 Hz 106 108 cm 1 104 106 kJ mol Anderung des Zustandes der Rumpfelektronen Rontgenspektroskopie XRS Elektronenspektroskopie Auger Elektronen Spektroskopie AES Gammastrahlung 100 pm 1 pm 3 1018 3 1020 Hz 108 1010 cm 1 106 108 kJ mol Anderung des Kernzustandes Anordnung der Nukleonen Gammaspektroskopie Mossbauer SpektroskopieListe mit Spektroskopiearten und methoden in der Analytik BearbeitenAtomspektroskopie Messungen der Eigenschaften einzelner Atome vor allem ihrer Elektronen Energieniveaus Atomabsorptionsspektroskopie AAS OAS Flammentechnik Graphitrohrtechnik Hydridtechnik Atomemissionsspektrometrie AES OES Induktiv gekoppeltes Plasma ICP OES Mikrowellen Plasmafackel AES MPT AES Atomfluoreszenzspektroskopie AFS Gammaspektroskopie Gestorte Gamma Gamma Winkelkorrelation PAC Spektroskopie Mossbauer Spektroskopie beruhend auf dem Mossbauer Effekt Elektronenspektroskopie Photoelektronenspektroskopie mit Rontgenstrahlen XPS Photoelektronenspektroskopie mit UV Licht UPS Winkelaufgeloste Photoelektronenspektroskopie ARPES Auger Elektronen Spektroskopie AES Elektronen Energieverlustspektroskopie EELS Rontgenspektroskopie XRS Rontgenfluoreszenzanalyse RFA Rontgenbeugung XRD Rontgenabsorptionsspektroskopie XAS Glimmentladungsspektroskopie GDOES Molekulspektroskopie Messungen der Eigenschaften einzelner Molekule vor allem der Valenzelektronen Energieniveaus und der Molekulschwingungen und rotationen Frequenzmodulationsspektroskopie Fluoreszenzspektroskopie Einzelmolekulfluoreszenzspektroskopie Fluoreszenz Korrelations Spektroskopie Schwingungsspektroskopie Infrarotspektroskopie IR Ultraviolettspektroskopie UV Ramanspektroskopie Terahertz Spektroskopie Kernresonanzspektroskopie NMR auch Hochfrequenzspektroskopie CIDNP Spektroskopie auch NMR CIDNP Spektroskopie Elektronenspinresonanz ESR EPR Elektron Kern Doppelresonanz ENDOR Mikrowellenspektroskopie UV VIS Spektroskopie UV Vis Festkorperspektroskopie Messungen der Eigenschaften ganzer Festkorper wie Kristalle vor allem deren Bandstrukturdetails Absorptions oder Transmissionsspektroskopie Reflexionsspektroskopie Fotoleitungsspektroskopie siehe Photoelektrischer Effekt Innerer photoelektrischer Effekt Impedanzspektroskopie Dielektrische Spektroskopie Laserspektroskopie Cavity ring down Spektroskopie CRDS auch CRLAS Laserinduzierte Fluoreszenz LIF Ultrakurzzeit Spektroskopie Messungen der Details von schnellen Vorgangen vor allem chemischer ReaktionenSpektroskopie in der Astronomie Bearbeiten nbsp Gedenktafel fur Kirchhoff in HeidelbergDie Absorptionslinien im Sonnenspektrum wurden nach Josef Fraunhofer benannt der sie 1813 entdeckte Doch erst 1859 konnten Gustav Kirchhoff und Robert Bunsen die Natur dieser Linien als Fingerabdrucke von Elementen in der Sonnenatmosphare erklaren In der folgenden Weiterentwicklung der Spektralanalyse gelang u a William Huggins USA und Angelo Secchi Vatikansternwarte die systematische Untersuchung von Sternspektren und die temperaturabhangige Klassifizierung der Sterne Die Spektralanalyse des Lichts der Sonne und anderer Sterne zeigte dass die Himmelskorper aus denselben Elementen bestehen wie die Erde Allerdings wurde Helium zuerst durch Spektroskopie des Sonnenlichtes identifiziert Eine der solaren Spektrallinien konnte jahrzehntelang keiner bekannten Substanz zugeordnet werden so dass bis zum Nachweis des irdischen Vorkommens angenommen wurde auf der Sonne griech Helios existiere ein unbekanntes Element Weitere klassische Erfolge der astronomischen Spektralanalyse sind der Nachweis des Doppler Effektes an Sternen siehe auch Radialgeschwindigkeit und um 1920 an Galaxien siehe Rotverschiebung die exakte fotografische Analyse des Sterns Tau Scorpii durch Albrecht Unsold 1939 von Magnetfeldern auf Sonne und hellen Sternen Zeeman Effekt und vor allem die Feststellung von Stern Temperaturen und der Spektralklassen siehe auch Hertzsprung Russell Diagramm und Sternentwicklung Die zugehorigen Messinstrumente Spektralapparate der Astrospektroskopie sind das Spektroskop und das Spektrometer beides visuell der Spektrograf fotografisch bzw mit Sensoren der Monochromator und das Interferenz Spektrometer der Frequenzkamm 4 Siehe auch BearbeitenRabi Formel Feinstruktur Physik Ubergangsdipolmoment AbsorptionsspektrumLiteratur BearbeitenAllgemeine Lehrbucher Bearbeiten Ludwig Bergmann Clemens Schaefer Lehrbuch der Experimentalphysik Band 1 bis 8 De Gruyter Peter M Skrabal Spektroskopie Eine methodenubergreifende Darstellung vom UV bis zum NMR Bereich vdf Hochschulverlag AG Zurich 2009 ISBN 978 3 8252 8355 1 vdf ch Physikalische Chemie LiteraturSpezielle Werke Bearbeiten deutsch Wolfgang Demtroder Molekulphysik Theoretische Grundlagen und experimentelle Methoden 1 Auflage Oldenbourg 2003 ISBN 3 486 24974 6 Wolfgang Demtroder Laserspektroskopie Grundlagen und Techniken 5 Auflage Springer Berlin 2007 ISBN 978 3 540 33792 8 Hermann Haken Hans Christoph Wolf Atom und Quantenphysik 8 Auflage Springer Berlin 2003 ISBN 3 540 02621 5 Hermann Haken Hans Christoph Wolf Molekulphysik und Quantenchemie 5 Auflage Springer Berlin 2006 ISBN 3 540 30314 6 R Ramb Emissionsspektroskopie Walter de Gruyter Co Berlin in der Reihe Arbeitsmethoden der moderenen Naturwissenschaften englisch Thomas Eversberg Klaus Vollmann Spectroscopic Instrumentation Fundamentals and Guidelines for Astronomers Springer Heidelberg 2014 ISBN 3 662 44534 4 Peter W Atkins Ronald Friedman Molecular Quantum Mechanics 4 Auflage Oxford University Press Oxford 2004 ISBN 0 19 927498 3 Peter F Bernath Spectra of Atoms and Molecules 2 Auflage Oxford University Press Oxford 2005 ISBN 0 19 517759 2 Wolfgang Demtroder Atoms Molecules and Photons Springer Berlin 2005 ISBN 3 540 20631 0 Jack D Graybeal Molecular Spectroscopy McGraw Hill Education New York NY u a 1988 ISBN 0 07 024391 3 J Michael Hollas Modern Spectroscopy 4 Auflage John Wiley amp Sons Chichester 2003 ISBN 0 470 84416 7 E Bright Wilson Jr J C Decius Paul C Cross Molecular Vibrations The Theory of Infrared and Raman Vibrational Spectra Dover Publications New York NY 1980 ISBN 0 486 63941 X Gordon G Hammes Spectroscopy for the biological sciences Wiley Interscience Hoboken NJ 2005 ISBN 0 471 71344 9 Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Spektroskopie Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Grundlagenforschung im Bereich der Spektroskopie Sonderausstellung Deutsches Museum Der Geheimcode der Sterne bis 8 4 2018Einzelnachweise Bearbeiten Duden Spektrografie Paul Diepgen Heinz Goerke Aschoff Diepgen Goerke Kurze Ubersichtstabelle zur Geschichte der Medizin 7 neubearbeitete Auflage Springer Berlin Gottingen Heidelberg 1960 S 40 Jurgen Thorwald Die Stunde der Detektive Werden und Welten der Kriminalistik Droemer Knaur Zurich und Munchen 1966 S 356 370 Frequenzkamm in astronomischen Beobachtungen Normdaten Sachbegriff GND 4056138 0 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Spektroskopie amp oldid 232643463