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Optische Spektroskopie von Schmidt, Werner (eBook)

  • Erscheinungsdatum: 12.08.2014
  • Verlag: Wiley-VCH
eBook (ePUB)
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Optische Spektroskopie

Die zweite Auflage dieser kompakten Einführung in Theorie und Praxis der optischen Spektroskopie ist kräftig modernisiert worden. Mit bewährt didaktischem Geschick führt Werner Schmidt die Leser von den Grundlagen an die praktischen Anwendungen heran.
Aus Rezensionen zur ersten Auflage:
'Eigentlich liest sich dieses Buch... recht spannend und unterhaltsam... Hier liegt kein übliches, trockenes Lehrbuch vor... Sie sind Ingenieur, Biologe, Chemiker oder Mediziner? Dann kaufen Sie dieses Buch!'
(Naturwissenschaften)
'Ein Buch, das alle Aspekte und Grundbegriffe der Optischen Spektroskopie... behandelt und sich nicht an den Spezialisten, sondern an Studenten der Naturwissenschaft und Technik sowie an all diejenigen wendet, die sich EINFACH in dieses Gebiet einarbeiten wollen, wird man freudig begrüßen. Der erste, positive Eindruck wird durch das gelungene Umschlagsbild und die farbigen Abbildungen gleich auf den ersten Seiten sowie den niedrigen Preis verstärkt.'
(Angewandte Chemie)

Produktinformationen

    Format: ePUB
    Kopierschutz: AdobeDRM
    Seitenzahl: 390
    Erscheinungsdatum: 12.08.2014
    Sprache: Deutsch
    ISBN: 9783527663347
    Verlag: Wiley-VCH
    Größe: 5340 kBytes
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Optische Spektroskopie

2

Grundlagen

Natura in minimis maxim )
(aus der Zeit des Pythagoras)
2.1 Die Natur des Lichts

Optische Phänomene lassen sich grundsätzlich unter drei Aspekten sehen. Die Geometrische Optik ist die anschauliche Betrachtungsweise, die Licht als "Strahlen" interpretiert. Sie beschreibt die Gesetze, nach denen sich Lichtstrahlen ausbreiten und optische Bilder entstehen. Sie macht jedoch keinerlei Aussage über die Wechselwirkung von Licht und Materie und kann als Grenzfall der Wellenoptik für unendlich kleine Wellenlängen angesehen werden. In der Wellenoptik faßt man Licht als periodische Oszillationen elektrischer und magnetischer Felder in Zeit und Raum auf ( Abb. 2.1 ). Aufbauend auf den Feldvorstellungen Faradays (1831) formulierte der englische Physiker James Clark Maxwell 1864 erstmals in vereinfachter Form die zugrundeliegenden Gleichungen der Elektrodynamik, die "Aufschluß über die Struktur des elektromagnetischen (Licht-) Feldes geben" (Albert Einstein). In vieler Hinsicht sind Lichtwellen vergleichbar mit mechanischen Wellen von Flüssigkeiten, auch wenn diese Analogie ihre Grenzen hat. Doch nur in diesem Bild lassen sich Phänomene wie Brechung, Beugung, Interferenz oder Polarisation "verstehen". Im dritten Aspekt schließlich, der Quantenoptik, beschreibt man Licht als Strom masseloser Teilchen, den sogenannten Photonen. Die quantenoptische Interpretation allein kann die Lichtabsorption und - emission als Grundlage der Optischen Spektroskopie erfassen.

Abb. 2.1. Nach der Maxwellschen Theorie wird Licht als elektromagnetische Transversalwelle beschrieben, wobei magnetische ( H ) und elektrische Komponenten ( E ) in Phase schwingen. Ihr (mathematisches) Kreuzprodukt S = E - H ist der sogenannte Poynting Vektor und zeigt in Richtung des Energieflusses.

James Clerk Maxwell (1831-1879)

Auch wenn diese drei genannten Aspekte widersprüchlich zu sein scheinen, so schließen sie sich nicht wechselseitig aus, sondern charakterisieren geradezu die unserem Anschauungsvermögen wenig faßbare "eigentliche" Natur des Lichts, eine komplementäre Betrachtungsweise, die unter dem Begriff Dualismus bekannt ist. Je nach Erfordernis werden wir auf das eine oder andere dieser Bilder zurückgreifen und fassen diese lediglich als wertvolle Hilfsmittel auf: Licht als Welle, als Strahl oder als Partikelstrom...
2.2 Elektromagnetische Strahlung

Unter Spektroskopie verstehen wir allgemein die Auftrennung elektromagnetischer Strahlung entsprechend ihrer Energie. Nach Einstein ist die Energie E elektromagnetischer Strahlung proportional zur Schwingungsfrequenz v, also E ~ v. Mit einem Proportionalitätsfaktor h = 6,626 - 10−34 Js, dem sogenannten Planckschen Wirkungsquantum, ergibt sich die Gleichung

(2.1)

Da aber die Fortpflanzungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Strahlung im leeren Raum eine Konstante c = 2 997 925 ± 3 m s−1 ist (vgl. Anhang A), läßt sich dieser eine Wellenlänge λ zuordnen, womit

Albert Einstein (1879-1955)

(2.2)

Die Energie elektromagnetischer Strahlung läßt sich demnach als reziproke Länge der sogenannten Wellenzahl k ausdrücken, also

(2.3)

Dabei ist die Energie eines Lichtquants

(2.4)

Lediglich weil der Vortrieb eines Gitter-Monochromators im wesentlichen proportional zur Wellenlänge ist (vgl.Abschn. 4.2.3), ist es in der Optischen Molekülspektroskopie aus historischen Gründen üblich, Spektren in der Wellenlängendarstellung an zugeben, obwohl di

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