Spektren

Fingerabdrücke der Elemente:

Ein Spektrum in der Physik beschreibt, wie die Intensität von der Energie, Frequenz oder Wellenlänge abhängt. Weißes Licht besteht aus verschiedenen spektralen Farben, die z.B. durch ein Prisma oder in einem Regenbogen sichtbar sind. In einem Spektrum ist nun ersichtlich, ob und wie stark eine bestimmte spektrale Farbe in dem betrachteten Licht vorhanden ist. Die spektrale Farbe im Röntgenlicht kann nun einem bestimmten Element zugeordnet werden, sie ist der charakteristische Fingerabdruck dieses Elements. Im Beispiel des Regenbogens hat somit jedes Element einen anderen, einzigartigen Regenbogen. In der Physik spricht man davon, dass jedes Element einen eigenen charakteristischen, spektralen Fingerabdruck besitzt. Dieser kann dann eindeutig einem Element zugeordnet werden. So kann man z.B. durch Analyse des Lichts von Sternen herausfinden, welche Elemente dort vorhanden sind.

Schematische Darstellung der Entstehung von Spektren. Wird Strahlung (etwa die eines Sterns) auf ein Gitter gelenkt, entsteht dabei ein Emissionsspektrum (a). Dabei wird das Licht in seine einzelnen Farben aufgespalten, ähnlich wie bei einem Prisma. Bei dem Absorptionsspektrum wird weißes Licht (Licht mit allen Farben) durch ein zu untersuchendes Objekt geschickt. Hinter dem Objekt wird dann geschaut, welche Farben aus dem weißen Licht fehlen, indem das Licht wieder auf ein Gitter gelenkt wird (b). Bild © byjus

Man kann unterscheiden zwischen Absorptions- und Emissionsspektren. Die sogenannten Linien liegen dabei bei der selben Energie (oder Wellenlänge, Frequenz). Jedoch unterscheiden sich die Intensitäten dieser Linien stark. Bei der Absorption fehlen diese Linien aus dem sonst kompletten bunten Spektrum (Abb. b). Bei der Emission ist es genau umgekehrt. Hier finden sich nur solche Linien, die durch den Emissionsprozess in dem Material ausgesendet werden (Abb. a). Bei den Absorptionsspektren nimmt man also Licht mit einer großen Bandbreite (viele verschiedene Frequenzen) und lenkt das auf das zu untersuchende Material. Dahinter schaut man dann, welche Frequenzen (oder Linien) fehlen.

Mittels der Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) können Materialen untersucht und so deren Spektren (Fingerabdrücke) im Röntgenbereich aufgenommen werden. Die dafür benötigte Strahlung stammt in aller Regel aus einer Röntgenröhre, mit deren Hilfe das Material zur Fluoreszenz angeregt wird.

Solche Messungen wurde beispielhaft an verschiedenen Ockerpigmenten durchgeführt. Die Messungen und Methode findest du hier.