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Mittels einer hohen Temperatur oder einer anderen energiereicher Anregung werden Atome zur Emission von Strahlung angeregt.
Die Wellenlänge ergibt die qualitative, die Intensität die quantitative Information. Äußere Elektronen eines Atoms werden durch thermische Anregung( z.B. Flamme, Plasma, Lichtbogen etc.) auf ein höheres Energieniveau gehoben. Nach rd. 10-8 s kehren diese Elektronen wieder in den Grundzustand zurück. Die Energiedifferenz wird in Form von Strahlung emittiert.
Da die Energieniveaus von Atomen charakteristisch sind (siehe Atomaufbau) gilt dies auch für die Wellenlänge der Strahlung, d.h. jede Wellenlänge ist einem Atom zuordenbar.
Theoretische Grundlagen
Emissionsspektren lassen sich in drei Gruppen unterteilen:
- Kontinuum (wird von glühenden Festkörpern hervorgerufen, es bilden sich keine unterscheidbaren Linien aus)
- Bandenspektren werden von Molekülen hervorgerufen, es bilden sich breite Banden aus) .
- Linienspektren ( werden von angeregten Atomen hervorgerufen, es werden diskrete, scharfe Linien ausgebildet)
Anregungsarten:
- Flamme FES (Flammenemissionsspektroskopie)
- Plasma ICP (Inductively Coupled Plasma)
- Lichtbogen/Funken Emissionsspektralanalyse
- Strahlung AFS (Atomfluoreszenzspektroskopie)
- Glimmentladung GDOS (Glow Discharge Optical Spectroskopy)
Optisches System Ein Emissionsspektrometer besteht prinzipiell aus folgenden Komponenten:
- Strahlungsquelle (Plasma)
- Eintrittsspalt
- Kollimator (Hohlspiegel)
- Gitter
- Kollektor (Hohlspiegel)
- Austrittsspalt.
- Detektor
- Messwertverarbeitung
Die Strahlungsquelle emittiert die Linienspektren aller in das Plasma eingetragenen Elemente. Das Licht fällt auf den Eintrittsspalt. Dessen geometrische Spaltbreite wird so gewählt, dass möglichst viel Licht durchgelassen, aber eine gute Auflösung erreicht wird.
Der Kollimator (in der Regel ein Hohlspiegel) überführt das. vom Eintrittsspalt kommende Licht in parallele Strahlen. Diese werden durch Beugung am Gitter spektral zerlegt. Der Kollektor (Hohlspiegel) bildet das Licht als Spektrum in seiner Brennebene ab. Dort befindet sich der Austrittsspalt, der in der Regel die gleichen Abmessungen hat wie der Eintrittsspalt. Durch den Austrittsspalt fällt das Licht auf den Detektor, der die Strahlung in elektrische Signale umsetzt. Aus diesen werden von der Messwertverarbeitung Messwerte (z.B. Intensitäten bzw. Konzentrationen) produziert.
Optik und Detektor
Prinzipiell gibt es mehrere Möglichkeiten Optiken zu konstruieren, um die spektrale Information zu beschaffen:
Sequentielle Spektrometer
Simultan Spektrometer
Echellespektrometer | |
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