Linienspektrum

Ein Linienspektrum ist ein Spektrum elektromagnetischer Strahlung, das neben kontinuierlichen Anteilen insbesondere intensive Absorptions- oder Emissionslinien bestimmter Wellenlängen enthält.

Beispiele

Das Spektrum der Sonne besitzt innerhalb des kontinuierlichen Spektrums dunkle Linien, die so genannten Fraunhoferschen Linien.

Das Spektrum einer Röntgenröhre zeigt auf einem kontinuierlichen Hintergrund starke Emissionslinien, die für das Anodenmaterial charakteristisch sind.

Ursprung der Linien

Jedes Material (Atom, Molekül) besitzt Energiezustände, auf denen sich seine Elektronen aufhalten können. Der Übergang von einem auf einen anderen Energiezustand erfolgt durch Aufnahme (Übergang vom tieferen auf höheren Zustand) oder Abgabe (Übergang vom höheren in tieferen Zustand) eines Photons (dem Quant der elektromagnetischen Strahlung) mit der Energie "h*" (mit der Frequenz der Strahlung). Die Energiedifferenz zwischen den Zuständen entspricht genau der Energie des Photons, und die Energie eines Photons wiederum bestimmt dessen Wellenlänge = c/.

Die Anzahl der Energiezustände eines Materials ist sehr groß; allerdings sind einige wenige Paare von Energiezuständen bevorzugte Absorbierer oder Emittierer.

Wenn sich ein Material zwischen einer Strahlungsquelle und einem Spektrometer (zum Messen des Spektrums) befindet, absorbiert es Photonen der Energiemengen, die durch die Energiezustände des Materials gegeben sind. Die absorbierten Photonen 'fehlen' im als kontiunierlich angenommenen Spektrum der Quelle; sie erscheinen als Absorptionslinien.

Ein angeregtes Material geht nach einer (sehr) kurzen Zeitspanne wieder in einen tieferen Energiezustand zurück. Dabei wird ein Photon ausgesandt, dessen Energie der Energiedifferenz zwischen höherem und tieferem Energiezustand entspricht.

Wenn man dieses Material 'von der Seite', d. h. ohne dass die Strahlungsquelle sichtbar ist, beobachtet, erscheinen diese Photonen einer bestimmten Energie (und somit Wellenlänge) als Emissionslinien im Spektrum.

Siehe auch:Johann Jakob Balmer