Physik am Freitag: Spektren, Spins und Spurenanalytik – physikalische Prinzipien und Anwendungsfelder spektroskopischer Analyseverfahren

Dr. Andrea Knauer – Technische Universität Ilmenau, Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien

Blauer Himmel, rote Abendsonne, grüne Blätter, dies alles hat seinen Grund: Das weiße Licht der Sonne erscheint nur weiß, da alle Spektralfarben in diesem Licht einander überlagert sind. Wechselwirkt nun weißes Licht mit Materie, bspw. Molekülen in der Luft oder in den Blättern der Bäume, kommt es vor, dass bestimmte Spektralfarben anders auf diese Wechselwirkung reagieren, als die übrigen und somit einen Farbeindruck verursachen. Genau dieses Verhalten nutzt die Spektroskopie aus. In der Physik beschränkt man sich jedoch nicht nur auf den sichtbaren Bereich des Lichts, denn es gibt ober- und unterhalb der Energie des sichtbaren Lichts noch einige weitere Arten der sogenannten elektromagnetischen Strahlung. Wohl bekannt sind z.B. Radiowellen, Mikrowellen, UV-Strahlung, Infrarotstrahlung oder die Röntgenstrahlung. All diese Erscheinungsformen der elektromagnetischen Strahlung lassen sich für spektroskopische Methoden ausnutzen und liefern entsprechend ihrer Anregungsenergie ganz unterschiedliche Erkenntnisse über die untersuchte Substanz. Spektroskopische Methoden eignen sich also hervorragend zur Charakterisierung von Materialien und zur Bestimmung von Materialeigenschaften. Spektroskopie ist hierbei ein Überbegriff für eine Vielzahl analytischer Verfahren, welche eine Strahlung nach einer bestimmten Eigenschaft wie Wellenlänge, Energie oder dem Verhältnis von Masse und elektrischer Ladung zer- legen. Gemessen wird dann eine Intensitätsverteilung über die »zerlegte Eigenschaft« – das sogenannte Spektrum.

Die in diesem Vortrag näher beschriebenen Verfahren sind von besonderer Bedeutung für jeden Wissenschaftler, der nach Informationen über die Struktur von Molekülen, Konzentrationen oder den chemischen Bindungsverhältnissen zwischen den Elementen in einer Probe fragt. Der Vortrag soll einen allgemeinen Einblick in verschiedene spektroskopische Analyseverfahren geben, deren grundlegende Funktionsweise erklären und insbesondere deren Nutzen beleuchten.