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Lexikon der Chemie: Linienbreite

Linienbreite von Spektrallinien, die vom Auflösungsvermögen der Spektralapparaturen unabhängige endliche Breite von Spektrallinien. Sie kann mathematisch z. B. durch eine Cauchy- oder Gauß-Funktion beschrieben werden. Die L. hängt von der natürlichen Linienbreite sowie von äußeren Einflüssen ab.



Lineweaver-Burk-Auftragung. Abb.: Die Darstellung der Enzymkinetik mittels der Lineweaver-Burk-Gleichung.

Die natürliche L. wird durch die Lebensdauer der entsprechenden Energiezustände bestimmt. Nach der Heisenbergschen Unschärferelation gilt



 (1)

woraus sich unter Verwendung der Beziehung E = hν die Gleichung



 (2)

ergibt. Δt bedeutet hier die Zeitunbestimmtheit des Emissionsvorgangs, ΔE die Unbestimmtheit des emittierten Energiebetrages, Δν die natürliche Linienbreite und h das Plancksche Wirkungsquantum. Δt liegt bei Atomen in der Größenordnung von 10-8 s, woraus sich eine natürliche Breite der Spektrallinien von etwa 10-5 nm ergibt. Sind an der Lichtemission langlebige metastabile Zustände beteiligt, so kann die natürliche Linienbreite noch geringer sein. Die Lebensdauer eines angeregten Zustandes kann durch äußere Einflüsse verringert werden, was nach Gl. (2) zu einer Verbreiterung der Linien führt. Die Lebensdauer wird verkürzt durch Stöße der Teilchen untereinander (Stoßverbreiterung), wobei zwischen der Lorentz-Verbreiterung, die durch Stöße mit Fremdteilchen hervorgerufen wird, und der Resonanzverbreiterung, die durch Stöße gleichartiger Teilchen untereinander bewirkt wird, unterschieden werden kann. Die Stoßverbreiterung ist eine Funktion des Druckes und der Temperatur. Eine Linienverbreiterung beobachtet man weiter als Folge der thermischen Bewegung der strahlenden Teilchen (Dopplereffekt). Die Dopplerverbreiterung ΔλD hängt von der Temperatur T, der Wellenlänge λ und der Masse m der strahlenden Teilchen ab:



.

Um scharfe Linien zu erhalten, muß man bei geringen Drücken und möglichst niedrigen Temperaturen arbeiten.

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