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optische_spektroskopie

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optische_spektroskopie [2009/04/10 14:09]
braun created
optische_spektroskopie [2009/04/10 15:06]
braun
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 // Licht entsteht beim Übergang angeregter Zustände der Elektronenhülle von Atomen, Molekülen oder Festkörpern in energetisch tiefer liegende Zustände oder den Grundzustand. Als Spektrum bezeichnet man die Zusammensetzung des Lichts nach Intensität und Wellenlänge bzw. Frequenz (Abb. 1). Freie Atome (z.B. in Gasen) emittieren eine relativ geringe Anzahl ganz bestimmter Frequenzen (Linien, Linienspektrum). Bei Molekülen ist die Zahl der Linien wesentlich größer. Bei Festkörpern können die Linien so dicht liegen, dass sich ein quasi-kontinuierliches Spektrum ergibt. Die Spektren sind charakteristisch für die emittierenden oder absorbierenden Systeme, und die Untersuchung der Spektren (Spektroskopie) liefert Informationen über deren Aufbau und Struktur. In den Anwendungen ist die optische Spektroskopie ein wichtiges Hilfsmittel zur Identifizierung von Substanzen (Spektralanalyse). Einen starken Aufschwung erlebte die optische Spektroskopie durch den Einsatz von Laser-Lichtquellen.// // Licht entsteht beim Übergang angeregter Zustände der Elektronenhülle von Atomen, Molekülen oder Festkörpern in energetisch tiefer liegende Zustände oder den Grundzustand. Als Spektrum bezeichnet man die Zusammensetzung des Lichts nach Intensität und Wellenlänge bzw. Frequenz (Abb. 1). Freie Atome (z.B. in Gasen) emittieren eine relativ geringe Anzahl ganz bestimmter Frequenzen (Linien, Linienspektrum). Bei Molekülen ist die Zahl der Linien wesentlich größer. Bei Festkörpern können die Linien so dicht liegen, dass sich ein quasi-kontinuierliches Spektrum ergibt. Die Spektren sind charakteristisch für die emittierenden oder absorbierenden Systeme, und die Untersuchung der Spektren (Spektroskopie) liefert Informationen über deren Aufbau und Struktur. In den Anwendungen ist die optische Spektroskopie ein wichtiges Hilfsmittel zur Identifizierung von Substanzen (Spektralanalyse). Einen starken Aufschwung erlebte die optische Spektroskopie durch den Einsatz von Laser-Lichtquellen.//
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 +{{:ops_abb1_spektren.png|}}
  
 Abb. 1 Beispiele optischer Spektren Abb. 1 Beispiele optischer Spektren
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 Der Ablenkwinkel an einem Prisma ist neben dem Brechungsindex auch von der Richtung des einfallenden Lichtstrahls abhängig; er lässt sich aus dem Brechungsgesetz berechnen. Besonders einfache Verhältnisse erhält man, wenn der Lichtstrahl das Prisma symmetrisch durchläuft; so dass sich gleiche Ein- und Ausfallwinkel an den Grenzflächen ergeben (Abb. 2). Der Gesamt-Ablenkwinkel <m>gamma</m> wird in diesem Falle minimal (Minimal- Der Ablenkwinkel an einem Prisma ist neben dem Brechungsindex auch von der Richtung des einfallenden Lichtstrahls abhängig; er lässt sich aus dem Brechungsgesetz berechnen. Besonders einfache Verhältnisse erhält man, wenn der Lichtstrahl das Prisma symmetrisch durchläuft; so dass sich gleiche Ein- und Ausfallwinkel an den Grenzflächen ergeben (Abb. 2). Der Gesamt-Ablenkwinkel <m>gamma</m> wird in diesem Falle minimal (Minimal-
 ablenkung). Geometrisch ergibt sich aus Abb. 2: ablenkung). Geometrisch ergibt sich aus Abb. 2:
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 +{{:ops_abb2_prisma.jpg|}}
  
 Abb. 2 :  Lichtbrechung an einem Prisma Abb. 2 :  Lichtbrechung an einem Prisma
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 <m 14> <m 14>
-(2)     gamma=2(alpha-beta) bzw. alpha=(gamma+epsilon)/2+(2)     gamma=2(alpha-beta)  
 +</m> 
 +            bzw. 
 +<m 14> 
 +(3)         alpha=(gamma+epsilon)/2
 </m> </m>
  
Line 84: Line 92:
  
 <m 14> <m 14>
-(3)    sin alpha/sin beta=c_0/c_p=n_p/n_0   +(4)    (sin alpha)/(sin beta)=c_0/c_p=n_p/n_0   
 </m>   </m>  
            bzw.            bzw.
 <m 14> <m 14>
-(4)    n_p=n_0 (sin((gamma+epsilon)/2)/sin(epsilon/2),+(5)    n_p=n_0 sin((gamma+epsilon)/2) 
 + 
 +/(sin epsilon/2),
 </m> </m>
  
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 <m 14> <m 14>
-(5) d sin(alpha)=n lambda (n=0,1,2,....).+(6) d sin(alpha)=n lambda (n=0,1,2,....).
 </m> </m>
  
 Da die Richtung (Beugungswinkel <m>alpha</m>) der Interferenzmaxima nach (3) von der Wellenlänge abhängt, kann mit einem Gitter das Licht in seine spektralen Anteile zerlegt werden. Dabei treten Wiederholungen der zu einer Farbe (Wellenlänge) gehörenden Interferenzmaxima entsprechend der Folge der Laufzahl n auf, die als Interferenzmaxima der n-ten Ordnung bezeichnet werden. Da die Richtung (Beugungswinkel <m>alpha</m>) der Interferenzmaxima nach (3) von der Wellenlänge abhängt, kann mit einem Gitter das Licht in seine spektralen Anteile zerlegt werden. Dabei treten Wiederholungen der zu einer Farbe (Wellenlänge) gehörenden Interferenzmaxima entsprechend der Folge der Laufzahl n auf, die als Interferenzmaxima der n-ten Ordnung bezeichnet werden.
 Zur experimentellen Realisation wird die Beobachtungsebene durch eine Sammellinse in das Endliche verlagert, wobei die Lichtstrahlen in der Brennebene der Linse vereinigt werden (Abb. 3), zur Erklärung der physikalischen Situation trägt die Linse aber nicht bei. Zur experimentellen Realisation wird die Beobachtungsebene durch eine Sammellinse in das Endliche verlagert, wobei die Lichtstrahlen in der Brennebene der Linse vereinigt werden (Abb. 3), zur Erklärung der physikalischen Situation trägt die Linse aber nicht bei.
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 +{{:ops_abb3_gitter.jpg|}}
  
 Abb. 3 Beugung und Interferenz an einem Gitter. Abb. 3 Beugung und Interferenz an einem Gitter.
optische_spektroskopie.txt · Last modified: 2009/04/10 15:07 by braun