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Einführung in die Spektroskopie

Spektroskopiearten

Da das menschliche Auge für elektromagnetische Strahlung nur im sichtbaren (Vis) Spektralbereich empfindlich ist, war dieser Bereich der erste, der für analytische Untersuchungen eingesetzt wurde. Bei dieser Kolorimetrie wurde das Empfinden der Farbtiefe mit dem Auge für zwei Proben verglichen und anhand einer Kalibrierskala der Analysenwert zugeordnet. Erst im Laufe der Zeit erweiterte sich die Messtechnik kurz- und langwellig über diesen sichtbaren Spektralbereich hinaus.

Die große Anzahl unterschiedlicher Spektroskopiearten lassen sich am übersichtlichsten nach den Spektralbereichen des eingestrahlten "Lichts" ordnen. Bei den optischen Spektroskopien ist zu unterscheiden, ob die Absorption, Reflexion, Streuung oder Lumineszenz gemessen wird.

  • Die Spektroskopie im ultravioletten und im sichtbaren Spektralbereich (UV/Vis-Spektroskopie), manchmal auch Elektronenspektroskopie genannt, ist ein seit vielen Jahrzehnten eingesetztes Standardverfahren, um Informationen über die in der Analysenprobe vorliegenden Substanzen zu gewinnen.
  • Der Vorteil der IR-Spektroskopie liegt darin, Molekülstrukturen zu erkennen. Es ist gelungen, mit der IR-Spektroskopie auch quantitativ gute Ergebnisse zu erzielen.
  • Unter Lumineszenz wird die Floureszenz, Phosphoreszenz, Photoakustik und Atomemission zusammengefaßt. Die Floureszenz von Materie, die mit Licht im UV/Vis-Bereich bestrahlt wird, hat die größte Bedeutung.

Auch oberhalb und unterhalb des optischen Bereiches kommt es zu Wechselwirkung von Strahlung und Materie:

  • Rotationsspektren werden mit der Mikrowellenspektroskopie bestimmt.
  • Bei der Röntgenabsorptionsspektroskopie werden die für Elemente charakteristischen Absorptionskanten, bzw. deren Feinstruktur gemessen.

Die Materie kann zusätzlich einem magnetischen Feld ausgesetzt werden:

  • Die magnetische Kernspinresonanz-Spektroskopie (Nuclear Magnetic Resonance = NMR), ist in der Organik bereits ein Standardverfahren ( H 1 und C 13 ) und wird in der Medizin zunehmend verwendet.
  • Die Elektronen-Spin-Resonanz-Spektroskopie (ESR) ist eine Messmethode zur Identifizierung paramagnetischer Substanzen.

Die nachfolgende Tabelle zeigt einen Überblick über verschiedene Spektroskopiearten samt deren spektralen Einsatzbereich.

mit Angaben zu Spektralbereich, Wellenlänge ( λ ), Frequenz ( ν ), Wellenzahl ( ν ¯ = λ -1 ), Energie und Lichtquelle.

Tab.1
Spektralbereiche und Spektroskopiearten
λ [nm] ν [Hz] ν ¯ = λ -1 [cm-1]Energie E [ kJmol-1 ]Lichtquelle (Sender)
Röntgen (Rumpfniveaus) 1 31017 107 1,2105 Kathode
Ultra Violett (UV) (σ-Elektronen) 380-200 1015 3104 4102 H2 -D2 -Lampe
Vis (π-Elektronen) 780-380 61014 2104 2,4102 Wolfram-Halogen
Infrarot (IR) (Atomschwingungen) 104 31013 103 12 Globar
Mikrowellen (Rotation) 108 3109 101 1,2103 Klystron
ESR (Elektronenspin) 108 3109 101 1,2103 Magnet
NMR (Kernspin) 1010 3107 103 1,2105 Magnet

Neue Einsatzgebiete der UV/Vis-Spektroskopie

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