Experimentelle Analysetechniken – Die Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung und Materie
1. Absorption von Licht
Wenn Atome, Moleküle oder Ionen die Energie von Photonen absorbieren und die Differenz zwischen ihrer Grundenergie und der Energie des angeregten Zustands Δ E=mv erfüllt, gehen sie vom Grundzustand in den angeregten Zustand über, und dieser Prozess wird aufgerufen Absorption. Durch die Untersuchung von Absorptionsspektren können Zusammensetzung, Inhalt und Struktur der Probe bestimmt werden. Die auf der Absorptionsspektroskopie basierende Analysemethode wird Absorptionsspektroskopie genannt.
2. Emission von Licht
Wenn eine Substanz Energie absorbiert und vom Grundzustand in den angeregten Zustand übergeht, ist der angeregte Zustand instabil und geht nach etwa 10-8 Sekunden wieder in den Grundzustand über. Wenn an diesem Punkt Energie in Form von Licht freigesetzt wird, nennt man diesen Vorgang Emission.
3. Lichtstreuung
Wenn Licht ein Medium durchdringt, tritt das Phänomen der Emission auf. Wenn die Größe der Mediumpartikel (z. B. in Emulsionen, Suspensionen, kolloidalen Lösungen) der Wellenlänge des Lichts ähnelt, nimmt die Intensität des emittierten Lichts zu, was auch mit bloßem Auge als Tyndall-Effekt erkennbar ist. Die Intensität des Streulichts ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Länge des einfallenden Lichts und kann zur Untersuchung der Größe und Morphologie von Polymermolekülen und kolloidalen Partikeln verwendet werden. Wenn die Moleküle des Mediums kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind, kommt es zur Rayleigh-M9-Emission. Diese Streuung wird durch elastische Stöße zwischen Photonen und Molekülmolekülen verursacht. Während der Kollision findet kein Energieaustausch statt, nur die Richtung der Photonenbewegung ändert sich, sodass die Frequenz des Streulichts unverändert bleibt und die Intensität des Streulichts umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge des einfallenden Lichts ist. Wenn Photonen nicht elastisch mit mittleren Molekülen kollidieren, ändern sie nicht nur ihre Bewegungsrichtung, sondern tauschen auch Energie aus, was zu einer Änderung der Frequenz des Streulichts führt. Dieses Streuphänomen wird Raman-Streuung genannt.
4. Reflexion und Brechung
Wenn Licht vom Medium (1) auf die Grenzfläche eines anderen Mediums (2) eingestrahlt wird, ändert ein Teil des Lichts an der Grenzfläche seine Richtung und kehrt zur Grenzfläche (1) zurück, was als Lichtreflexion bezeichnet wird. Ein anderer Teil des Lichts ändert die Richtung und tritt unter einem Winkel r (Brechungswinkel) in das Medium (2) ein, was als Lichtbrechung bezeichnet wird.
5. Einmischung
Unter bestimmten Bedingungen interagieren Lichtwellen miteinander. Wenn sie überlagert werden, erzeugen sie eine zusammengesetzte Welle, deren Intensität von der Phase jeder Welle abhängt. Wenn die Phasendifferenz zwischen den beiden Wellen 180 Grad beträgt, tritt die maximale destruktive Interferenz auf. Wenn die beiden Wellen in Phase sind, tritt die maximale konstruktive Interferenz auf. Durch das Interferenzphänomen können helle und dunkle Streifen erhalten werden. Wenn sich zwei Wellen gegenseitig verstärken, entstehen helle Streifen. Wenn sie sich gegenseitig aufheben, entstehen dunkle Streifen
6. Beugung
Das Phänomen, dass Lichtwellen beim Durchgang durch Hindernisse oder enge Schlitze von ihrer Geraden abweichen, wird als Beugungsphänomen bezeichnet. Es ist das Ergebnis von Eingriffen.
