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Lexikon der Chemie: Spektroskopie

Spektroskopie, Spektrometrie, Wissenschaftszweig, der die Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung und stofflichen Medien untersucht, wobei eine spektrale Zerlegung der elektromagnetischen Strahlung (Analyse der enthaltenen Frequenzen und Intensitäten) vorgenommen wird. Die Intensität elektromagnetischer Strahlung als Funktion der Frequenz, Wellenlänge oder Wellenzahl aufgetragen nennt man das Spektrum. Geräte für spektroskopische Untersuchungen werden als Spektralapparaturen bezeichnet.

Die S. läßt sich nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunkten einteilen: 1) Nach der Art der Beobachtung des Spektrums. Die untersuchte Probe kann elektromagnetische Strahlung absorbieren (Absorptionsspektroskopie) oder emittieren (Emissionsspektroskopie, Spektrum). Daneben spielt auch die spektrale Untersuchung von reflektiertem Licht (Reflexionsspektroskopie) und gestreutem Licht (Raman-Spektroskopie) eine Rolle. 2) Nach der Art der untersuchten Probe. Je nachdem, ob eine Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Atomen, Molekülen oder Festkörpern erfolgt, spricht man von Atomspektroskopie, Molekülspektroskopie oder Festkörperspektroskopie. 3) Nach den zur Untersuchung verwendeten unterschiedlichen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums. Es können unterschieden werden: Röntgenspektroskopie, Gammastrahlenspektroskopie, UV-VIS-Spektroskopie, Infrarotspektroskopie, Mikrowellenspektroskopie, Hochfrequenzspektroskopie. 4) Nach der Art der Wechselwirkung. Man unterscheidet zwischen Elektronenspektroskopie, Schwingungsspektroskopie, Rotationsspektroskopie, Elektronenspinresonanz-Spektroskopie, NMR-Spektroskopie, Kernquadrupolresonanz-Spektroskopie. 5) Bestimmte Spektroskopiearten werden nach ihrem Entdecker und/oder Begründer benannt, z. B. Raman-Spektroskopie, Fourier-Spektroskopie.

Zur S. im weiteren Sinne werden auch Untersuchungsverfahren gezählt, die als Folge der Absorption elektromagnetischer Strahlung zu einer Teilchenemission (Mößbauer-Spektroskopie, Photoelektronenspektroskopie, Auger-Elektronenspektroskopie) bzw. nach einem Beschuß mit Teilchen zur Entstehung von Ionen (Massenspektrometrie) oder Sekundärelektronen führen.

Die besondere Bedeutung der S. für die Chemie liegt darin, daß man damit nicht elektromagnetische Strahlung schlechthin untersucht, sondern solche, die vorher mit einem stofflichen Medium in Wechselwirkung getreten ist. Das Auftreten diskreter Frequenzen im Spektrum nach dieser Wechselwirkung weist darauf hin, daß diese mit den durch Quantenbedingungen festgelegten Stoffeigenschaften unmittelbar verknüpft sind. Es gilt die Beziehung ΔE = E2E1 = h·ν, wobei E1, E2gequantelte Energiezustände der untersuchten Substanz sind, deren Energiedifferenz ΔE in Form elektromagnetischer Strahlung der Frequenz v auftritt. h ist das Plancksche Wirkungsquantum. Dadurch ist verständlich, daß mit Hilfe der S. wesentliche Erkenntnisse zum Atombau und zur Struktur von Molekülen und Festkörpern erhalten werden konnten. In dem weit gespannten Bereich der elektromagnetischen Strahlung entsprechen die gequantelten Energieniveaus sehr unterschiedlichen physikalischen Zuständen, wie z. B. Elektronenniveaus, Schwingungsniveaus, Elektronenspin- oder Kernspinzuständen. Die S. vermag deshalb je nach dem Spektralbereich über die unterschiedlichsten Eigenschaften der vermessenen Proben Informationen zu liefern, wobei die beobachteten Frequenzen in unmittelbarer Beziehung zu ihrer Struktur stehen und Aussagen über den strukturellen Aufbau bzw. die qualitative Zusammensetzung der untersuchten Systeme gestatten. Aus den Intensitäten lassen sich Aussagen über die mengenmäßige Zusammensetzung der Probe erhalten.

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