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Micron Document

<!DOCTYPE html>

<title>Absorptionsspektrum</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Absorptionsspektrum</span></h1>

</header>

</div>

<p>Ein <b>Absorptionsspektrum</b> ist ein <a href="Elektromagnetisches_Spektrum" title="Elektromagnetisches Spektrum">elektromagnetisches Spektrum</a>, das dunkle <a href="Spektrallinie" title="Spektrallinie">Spektrallinien</a> enthält. Es entsteht, wenn breitbandiges (weißes) <a href="Licht" title="Licht">Licht</a> Materie durchstrahlt und Lichtquanten (<a href="Photon" title="Photon">Photonen</a>) bestimmter <a href="Wellenl%C3%A4nge" title="Wellenlänge">Wellenlängen</a> oder Wellenlängenbereiche dabei <a href="Absorption_(Physik)" title="Absorption (Physik)">absorbiert</a> werden (<a href="Resonanzabsorption" title="Resonanzabsorption">Resonanzabsorption</a>). Die absorbierten Photonen fehlen im hindurchtretenden Licht, weshalb das Spektrum bei den betreffenden Wellenlängen dunkel oder im Extremfall schwarz ist.

</p><p>Diese dunklen <a href="Absorptionslinie" class="mw-redirect" title="Absorptionslinie">Absorptionslinien</a> werden im <a href="Sonnenspektrum" class="mw-redirect" title="Sonnenspektrum">Sonnenspektrum</a> nach ihrem Entdecker <a href="Fraunhoferlinie" title="Fraunhoferlinie">Fraunhoferlinien</a> genannt, sind aber auch im <a href="Sternspektrum" title="Sternspektrum">Spektrum von Sternen</a> und vielen anderen <a href="Himmelsk%C3%B6rper" class="mw-redirect" title="Himmelskörper">Himmelskörpern</a> nachweisbar.

</p><p>Grundsätzlich wird unterschieden zwischen Absorptionsspektren und <a href="Emissionsspektrum" title="Emissionsspektrum">Emissionsspektren</a> nach der Art ihrer Entstehung, entweder Absorption oder Emission.<sup id="cite_ref-:1_1-0" class="reference"><a href="#cite_note-:1-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Als Absorptionsspektrum wird eine Darstellung der Absorptionsintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \lambda }">

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</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/b43d0ea3c9c025af1be9128e62a18fa74bedda2a.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.355ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle \lambda }" loading="lazy"></span>, der <a href="Wellenzahl" title="Wellenzahl">Wellenzahl</a> <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle {\tilde {\nu }}=1/\lambda }">

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</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Beschreibung">Beschreibung</h2></div>

<p>Stoffe, die Photonen bzw. Energie aufnehmen – absorbieren –, gehen von ihrem jeweiligen energetischen Grundzustand G in einen energetisch angeregten Zustand A* über.<sup id="cite_ref-:0_3-0" class="reference"><a href="#cite_note-:0-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p><span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle {\ce {G->[+h\nu ][-h\nu /-kT]A^{\ast }}}}">

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</p><p>Die absorbierte Energie (Energieaufnahme des Stoffes) entspricht der Energiedifferenz Δ<i>E</i> zwischen dem Grundzustand und dem angeregten Zustand des Stoffes. Für Atome oder Moleküle sind nur bestimmte Energiebeträge geeignet, sie in einen angeregten Zustand zu überführen. Diese Energiebeträge hängen von der Struktur und dem Aufbau der Stoffe ab.<sup id="cite_ref-:0_3-1" class="reference"><a href="#cite_note-:0-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Absorptionsspektren von <a href="Atom" title="Atom">Atomen</a> und <a href="Ion" title="Ion">Ionen</a> sind Linienspektren. Die Energiebeträge der Atome bzw. Ionen unterscheiden sich derart, dass bei einer Anregung lediglich Strahlung mit deutlich unterschiedlichen Wellenlängen absorbiert werden kann. Dazwischen liegen immer Energiebereiche, die nicht zur Resonanz beitragen und im Spektrum leer bleiben.<sup id="cite_ref-:0_3-2" class="reference"><a href="#cite_note-:0-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Die dunklen Bereiche sind daher schmale Linien. <a href="Molek%C3%BCl" title="Molekül">Moleküle</a> besitzen im Gegensatz zu Atomen und Ionen Bandenspektren. Die <a href="Absorptionsbande" title="Absorptionsbande">Absorptionsbanden</a> bestehen aus vielen eng benachbarten Spektrallinien.<sup id="cite_ref-:0_3-3" class="reference"><a href="#cite_note-:0-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dabei liegen oft viele absorbierbare Energiebeträge dicht beieinander und bilden im Spektrum breitere dunkle Bereiche. In jedem Fall ist das beobachtete Absorptionsspektrum charakteristisch für die Art der Materie, die von der Strahlung durchquert wird. <a href="Spektroskopie" title="Spektroskopie">Spektroskopie</a> in verschiedenen Wellenlängenbereichen, auch mit <a href="Ultraviolett" class="mw-redirect" title="Ultraviolett">ultraviolettem</a> oder <a href="Infrarot" class="mw-redirect" title="Infrarot">infrarotem</a> Licht, eine wichtige Methode zur Analyse von Stoffen.

</p><p>Werden freie Atome (z. B. <a href="Gas" title="Gas">Gas</a> oder <a href="Dampf" title="Dampf">Dampf</a>) 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 (<a href="Chemisches_Element" title="Chemisches Element">chemisches Element</a>) typische Absorptionsspektrum als <a href="Linienspektrum" title="Linienspektrum">Linienspektrum</a>; das in die anderen Raumrichtungen <a href="Streuung_(Physik)" title="Streuung (Physik)">gestreute</a> Licht zeigt das entsprechende <a href="Emissionsspektrum" title="Emissionsspektrum">Emissionsspektrum</a>.

</p><p>Bei der Spektroskopie von <a href="Festk%C3%B6rper" title="Festkörper">Festkörpern</a> kann zwischen der Absorption und einer eventuellen Emission noch eine <a href="Relaxation_(Naturwissenschaft)" title="Relaxation (Naturwissenschaft)">Relaxation</a> 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.

</p><p>Es gibt verschiedene Übergänge von Elektronen die durch Anregung „verboten“ sind. Diese Absorptionen kommen zwar vor, sie sind nur sehr unwahrscheinlich. Bei solchen <a href="Verbotener_%C3%9Cbergang" title="Verbotener Übergang">„verbotenen Linien“</a> ist es eben extrem unwahrscheinlich, dass Absorption beobachtet werden kann.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Beispiele">Beispiele</h2></div>

<p>In verschiedenen Spektroskopie-Bereichen werden Absorptionsspektren verwendet:

</p>

<ul><li><a href="UV/VIS-Spektroskopie" title="UV/VIS-Spektroskopie">Ultraviolett/Visible-Spektroskopie</a> (UV/VIS): Dabei werden Elektronensysteme im Molekül angeregt und nehmen dabei Energie auf. Angeregt werden z. B. <a href="Mehrfachbindung" title="Mehrfachbindung">Mehrfachbindungen</a> oder <a href="Freies_Elektronenpaar" title="Freies Elektronenpaar">freie Elektronenpaare</a>. Für quantitative Bestimmungen hat die UV/VIS-Spektroskopie als eine der ältesten Methoden nach wie vor große Bedeutung.<sup id="cite_ref-:1_1-1" class="reference"><a href="#cite_note-:1-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup></li>

<li><a href="Infrarotspektroskopie" title="Infrarotspektroskopie">Infrarot-Spektroskopie</a> (IR): Dabei werden in Molekülen Schwingungen von Atomen oder Atomgruppen unter Absorption von Energie angeregt. Zum Beispiel durch <a href="Funktionelle_Gruppe" title="Funktionelle Gruppe">funktionelle Gruppen</a> und Molekülgerüste, die durch IR-Spektroskopie nachgewiesen werden können.<sup id="cite_ref-:1_1-2" class="reference"><a href="#cite_note-:1-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup></li>

<li><a href="Kernresonanzspektroskopie" class="mw-redirect" title="Kernresonanzspektroskopie">Kernresonanz-Spektroskopie</a> (NMR): Es gibt <sup>1</sup>H-NMR und <sup>13</sup>C-NMR, die sich in ihren Informationen ergänzen. Bei <sup>1</sup>H-NMR wird ein starkes Magnetfeld angelegt, dabei verhalten sich die Kerne der gebundenen Wasserstoffatome selbst wie kleine Magnete und können dann Energie (<a href="Radiowelle" title="Radiowelle">Radiowellen</a>) absorbieren. Das „NMR-aktive“ Isotop <sup>13</sup>C ist in Kohlenstoff und seinen Verbindungen zu etwa 1 % enthalten. Insgesamt geben sie Aufschluss über die Bindungsart und die Nachbarschaft der jeweiligen Wasserstoff- bzw. Kohlenstoffatome.<sup id="cite_ref-:1_1-3" class="reference"><a href="#cite_note-:1-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup></li>

<li><a href="Atomabsorptionsspektroskopie" class="mw-redirect" title="Atomabsorptionsspektroskopie">Atomabsorptions-Spektroskopie</a> (AAS)</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendung">Anwendung</h2></div>

<p>Angewendet werden Absorptionsspektren auch in der (Umwelt-)<a href="Messtechnik" title="Messtechnik">Mess-</a> und Analysetechnik:

Mit Hilfe eines <a href="FTIR-Spektrometer" title="FTIR-Spektrometer">FTIR-Spektrometers</a> kann beispielsweise die Zusammensetzung eines <a href="Gasgemisch" title="Gasgemisch">Gasgemisches</a> (z. B. <a href="Luft" title="Luft">Luft</a>) 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.

</p><p>In der <a href="Atomabsorptionsspektrometrie" title="Atomabsorptionsspektrometrie">Atomabsorptionsspektrometrie</a> wird das Absorptionsspektrum einer Probe erzeugt und gemessen. Auf diese Weise lässt sich die atomare Zusammensetzung der Probe bestimmen.

</p><p>Eine große Bedeutung haben Absorptionsspektren in der <a href="Astronomie" title="Astronomie">Astronomie</a>, da man durch sie die stoffliche Zusammensetzung und <a href="Sternoberfl%C3%A4che#Oberflächentemperatur" title="Sternoberfläche">Temperatur</a> leuchtender Himmelskörper ermitteln kann (siehe das Beispiel des Sonnenspektrums rechts). Ferner lassen sich durch den <a href="Zeeman-Effekt" title="Zeeman-Effekt">Zeeman-Effekt</a> Magnetfelder und mittels <a href="Dopplereffekt" class="mw-redirect" title="Dopplereffekt">Dopplereffekt</a> Rotationen und radiale Geschwindigkeiten bestimmen. Die mit der Entfernung zunehmende <a href="Rotverschiebung" title="Rotverschiebung">Rotverschiebung</a> von Galaxien war bereits in den 1930er-Jahren der erste Hinweis auf die <a href="Expansion_des_Weltalls" class="mw-redirect" title="Expansion des Weltalls">Expansion des Weltalls</a>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.leifiphysik.de/atomphysik/atomarer-energieaustausch/grundwissen/spektren">Emissions- und Absorptionsspektrum</a> auf Schülerniveau (<a href="LEIFI" class="mw-redirect" title="LEIFI">LEIFI</a>).</li>

<li>Video: <i><a rel="nofollow" class="external text" href="https://av.tib.eu/media/10890">Absorptions- und Emissionsspektrum von Natrium</a></i>. <a href="IWF_Wissen_und_Medien" title="IWF Wissen und Medien">Institut für den Wissenschaftlichen Film</a> (IWF) 2004, zur Verfügung gestellt von der <a href="Technische_Informationsbibliothek" class="mw-redirect" title="Technische Informationsbibliothek">Technischen Informationsbibliothek</a> (TIB), <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.3203/IWF%2FC-14885">10.3203/IWF/C-14885</a></span>.</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-:1-1"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-:1_1-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-:1_1-1">b</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-:1_1-2">c</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-:1_1-3">d</a></sup></span> <span class="reference-text">P. Wörfel, M. Bitzer, U. Claus, H. Felber, M. Hübel, B. Vollenweider: <cite style="font-style:italic">Laborpraxis Analytische Methoden</cite>. 4., Überarbeitete Auflage. Springer Basel AG, Basel 1990, ISBN 978-3-7643-2527-5, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1007/978-3-0348-6162-5">10.1007/978-3-0348-6162-5</a></span> (<a rel="nofollow" class="external text" href="http://link.springer.com/10.1007/978-3-0348-6162-5">springer.com</a> [abgerufen am 18. April 2024]).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Absorptionsspektrum&rft.au=P.+W%C3%B6rfel%2C+M.+Bitzer%2C+U.+Claus%2C+...&rft.btitle=Laborpraxis+Analytische+Methoden&rft.date=1990&rft.doi=10.1007%2F978-3-0348-6162-5&rft.edition=4.%2C+%C3%9Cberarbeitete&rft.genre=book&rft.isbn=9783764325275&rft.place=Basel&rft.pub=Springer+Basel+AG" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-2">↑</a></span> <span class="reference-text">Claus Czeslik, Heiko Seemann, Roland Winter: <cite style="font-style:italic">Basiswissen Physikalische Chemie</cite> (= <cite style="font-style:italic">Studienbücher Chemie</cite>). 4., aktualisierte Auflage. Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-0937-7.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Absorptionsspektrum&rft.au=Claus+Czeslik%2C+Heiko+Seemann%2C+Roland+Winter&rft.btitle=Basiswissen+Physikalische+Chemie&rft.date=2010&rft.edition=4.%2C+aktualisierte+Aufl&rft.genre=book&rft.isbn=9783834809377&rft.place=Wiesbaden&rft.pub=Vieweg+%2B+Teubner&rft.series=Studienb%C3%BCcher+Chemie" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-:0-3"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-:0_3-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-:0_3-1">b</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-:0_3-2">c</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-:0_3-3">d</a></sup></span> <span class="reference-text">Wolfgang Bechmann, Ilko Bald: <cite style="font-style:italic">Einstieg in die Physikalische Chemie für Naturwissenschaftler</cite>. 7. Auflage. Springer Spektrum, 2020, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1007/978-3-662-62034-2">10.1007/978-3-662-62034-2</a></span> (<a rel="nofollow" class="external text" href="https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-662-62034-2">springer.com</a> [abgerufen am 18. April 2024]).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Absorptionsspektrum&rft.au=Wolfgang+Bechmann%2C+Ilko+Bald&rft.btitle=Einstieg+in+die+Physikalische+Chemie+f%C3%BCr+Naturwissenschaftler&rft.date=2020&rft.doi=10.1007%2F978-3-662-62034-2&rft.edition=7.&rft.genre=book&rft.pub=Springer+Spektrum" style="display:none"> </span></span>

</li>

</ol>

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Normdaten (Sachbegriff): <a href="Gemeinsame_Normdatei" title="Gemeinsame Normdatei">GND</a>: <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://d-nb.info/gnd/4141130-4">4141130-4</a></span> | <a href="Library_of_Congress_Control_Number" title="Library of Congress Control Number">LCCN</a>: <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://id.loc.gov/authorities/sh85000249">sh85000249</a></span> </div>

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