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[[Datei:FraunhoferLinesDiagram.jpg|mini|Absorptionsspektrum der [[Sonne]] mit den [[Fraunhoferlinien]]]]
Ein '''Absorptionsspektrum''' ist ein [[elektromagnetisches Spektrum]], das dunkle [[Spektrallinie]]n enthält. Es entsteht, wenn breitbandiges (weißes) [[Licht]] Materie durchstrahlt und Lichtquanten ([[Photon]]en) bestimmter [[Wellenlänge]]n oder Wellenlängenbereiche dabei [[Absorption (Physik)|absorbiert]] werden ([[Resonanzabsorption]]). Die absorbierten Photonen fehlen im hindurchtretenden Licht, weshalb das Spektrum bei den betreffenden Wellenlängen dunkel oder im Extremfall schwarz ist.

Diese dunklen [[Absorptionslinie]]n werden im [[Sonnenspektrum]] nach ihrem Entdecker [[Fraunhoferlinie]]n genannt, sind aber auch im [[Sternspektrum|Spektrum von Sternen]] und vielen anderen [[Himmelskörper]]n nachweisbar.

Grundsätzlich wird unterschieden zwischen Absorptionsspektren und [[Emissionsspektrum|Emissionsspektren]] nach der Art ihrer Entstehung, entweder Absorption oder Emission.<ref name=":1">{{Literatur |Autor=P. Wörfel, M. Bitzer, U. Claus, H. Felber, M. Hübel, B. Vollenweider |Titel=Laborpraxis Analytische Methoden |Auflage=4., Überarbeitete |Verlag=Springer Basel AG |Ort=Basel |Datum=1990 |ISBN=978-3-7643-2527-5 |DOI=10.1007/978-3-0348-6162-5 |Online=http://link.springer.com/10.1007/978-3-0348-6162-5 |Abruf=2024-04-18}}</ref> Als Absorptionsspektrum wird eine Darstellung der Absorptionsintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge <math>\lambda</math>, der [[Wellenzahl]] <math>\tilde{\nu} = 1/\lambda</math> oder der [[Frequenz]] <math>\nu</math> bezeichnet.<ref>{{Literatur |Autor=Claus Czeslik, Heiko Seemann, [[Roland Winter]] |Titel=Basiswissen Physikalische Chemie |Auflage=4., aktualisierte Aufl |Verlag=Vieweg + Teubner |Ort=Wiesbaden |Datum=2010 |Reihe=Studienbücher Chemie |ISBN=978-3-8348-0937-7}}</ref>

== Beschreibung ==
[[Datei:Vanillic acid UV visible spectrum.png|mini|220x220px|[[Vanillinsäure]] UV/VIS-Spektrum ]]
[[Datei:IR-Spektrum Carbonylbande im PE.png|mini|[[Carbonylgruppe|Carbonylbande]] im IR-Spektrum]]
[[Datei:1H NMR Ethyl Acetate Coupling shown - 2.png|mini|1H-NMR von [[Essigsäureethylester]]]]
Stoffe, die Photonen bzw. Energie aufnehmen – absorbieren –, gehen von ihrem jeweiligen energetischen Grundzustand G in einen energetisch angeregten Zustand A* über.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Wolfgang Bechmann, Ilko Bald |Titel=Einstieg in die Physikalische Chemie für Naturwissenschaftler |Auflage=7. |Verlag=Springer Spektrum |Datum=2020 |DOI=10.1007/978-3-662-62034-2 |Online=https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-662-62034-2 |Abruf=2024-04-18}}</ref>

<chem>G ->[+ h\nu][- h\nu / -kT] A^{\ast}</chem>

Die absorbierte Energie (Energieaufnahme des Stoffes) entspricht der Energiedifferenz Δ''E'' zwischen dem Grundzustand und dem angeregten Zustand des Stoffes. Für Atome oder Moleküle sind nur bestimmte Energiebeträge geeignet, sie in einen angeregten Zustand zu überführen. Diese Energiebeträge hängen von der Struktur und dem Aufbau der Stoffe ab.<ref name=":0" />

Absorptionsspektren von [[Atom]]en und [[Ion]]en sind Linienspektren. Die Energiebeträge der Atome bzw. Ionen unterscheiden sich derart, dass bei einer Anregung lediglich Strahlung mit deutlich unterschiedlichen Wellenlängen absorbiert werden kann. Dazwischen liegen immer Energiebereiche, die nicht zur Resonanz beitragen und im Spektrum leer bleiben.<ref name=":0" /> Die dunklen Bereiche sind daher schmale Linien. [[Molekül]]e besitzen im Gegensatz zu Atomen und Ionen Bandenspektren. Die [[Absorptionsbande]]n bestehen aus vielen eng benachbarten Spektrallinien.<ref name=":0" /> Dabei liegen oft viele absorbierbare Energiebeträge dicht beieinander und bilden im Spektrum breitere dunkle Bereiche. In jedem Fall ist das beobachtete Absorptionsspektrum charakteristisch für die Art der Materie, die von der Strahlung durchquert wird. [[Spektroskopie]] in verschiedenen Wellenlängenbereichen, auch mit [[ultraviolett]]em oder [[infrarot]]em Licht, eine wichtige Methode zur Analyse von Stoffen.

Werden freie Atome (z. B. [[Gas]] oder [[Dampf]]) spektroskopiert, so werden die Photonen nach der Absorption wieder emittiert, und zwar gleichförmig in alle Raumrichtungen. Wird das Licht nur aus einer Richtung eingestrahlt, so findet man im hindurchgetretenen Licht das für die Atomsorte ([[chemisches Element]]) typische Absorptionsspektrum als [[Linienspektrum]]; das in die anderen Raumrichtungen [[Streuung (Physik)|gestreute]] Licht zeigt das entsprechende [[Emissionsspektrum]].

Bei der Spektroskopie von [[Festkörper]]n kann zwischen der Absorption und einer eventuellen Emission noch eine [[Relaxation (Naturwissenschaft)|Relaxation]] im Festkörper auftreten. Dabei wird ein Teil der Photonenenergie z. B. in Wärme umgesetzt. In diesem Fall sind Absorptions- und Emissionsspektrum nicht wie bei den freien Atomen komplementär zueinander.

Es gibt verschiedene Übergänge von Elektronen die durch Anregung „verboten“ sind. Diese Absorptionen kommen zwar vor, sie sind nur sehr unwahrscheinlich. Bei solchen [[Verbotener Übergang|„verbotenen Linien“]] ist es eben extrem unwahrscheinlich, dass Absorption beobachtet werden kann.

== Beispiele ==
In verschiedenen Spektroskopie-Bereichen werden Absorptionsspektren verwendet:

* [[UV/VIS-Spektroskopie|Ultraviolett/Visible-Spektroskopie]] (UV/VIS): Dabei werden Elektronensysteme im Molekül angeregt und nehmen dabei Energie auf. Angeregt werden z. B. [[Mehrfachbindung]]en oder [[Freies Elektronenpaar|freie Elektronenpaare]]. Für quantitative Bestimmungen hat die UV/VIS-Spektroskopie als eine der ältesten Methoden nach wie vor große Bedeutung.<ref name=":1" />
* [[Infrarotspektroskopie|Infrarot-Spektroskopie]] (IR): Dabei werden in Molekülen Schwingungen von Atomen oder Atomgruppen unter Absorption von Energie angeregt. Zum Beispiel durch [[Funktionelle Gruppe|funktionelle Gruppen]] und Molekülgerüste, die durch IR-Spektroskopie nachgewiesen werden können.<ref name=":1" />
* [[Kernresonanzspektroskopie|Kernresonanz-Spektroskopie]] (NMR): Es gibt 1H-NMR und 13C-NMR, die sich in ihren Informationen ergänzen. Bei 1H-NMR wird ein starkes Magnetfeld angelegt, dabei verhalten sich die Kerne der gebundenen Wasserstoffatome selbst wie kleine Magnete und können dann Energie ([[Radiowelle]]n) absorbieren. Das „NMR-aktive“ Isotop 13C ist in Kohlenstoff und seinen Verbindungen zu etwa 1 % enthalten. Insgesamt geben sie Aufschluss über die Bindungsart und die Nachbarschaft der jeweiligen Wasserstoff- bzw. Kohlenstoffatome.<ref name=":1" />
* [[Atomabsorptionsspektroskopie|Atomabsorptions-Spektroskopie]] (AAS)

== Anwendung ==
[[Datei:Redshift.svg|mini|Illustration der Rotverschiebung der [[Spektrallinie]]n für einen weit entfernten [[Supergalaxienhaufen]] ([[BAS11]]) rechts im Vergleich zur Sonne links]]
Angewendet werden Absorptionsspektren auch in der (Umwelt-)[[Messtechnik|Mess-]] und [[Analysetechnik]]:
Mit Hilfe eines [[FTIR-Spektrometer]]s kann beispielsweise die Zusammensetzung eines [[Gasgemisch]]es (z. B. [[Luft]]) quantitativ und qualitativ untersucht werden. Anhand des für jedes Gas charakteristischen Absorptionsspektrums („wie ein Fingerabdruck“) kann die Menge dieses Gases in dem gemessenen Gasgemisch ermittelt werden.

In der [[Atomabsorptionsspektrometrie]] wird das Absorptionsspektrum einer Probe erzeugt und gemessen. Auf diese Weise lässt sich die atomare Zusammensetzung der Probe bestimmen.

Eine große Bedeutung haben Absorptionsspektren in der [[Astronomie]], da man durch sie die stoffliche Zusammensetzung und [[Sternoberfläche#Oberflächentemperatur|Temperatur]] leuchtender Himmelskörper ermitteln kann (siehe das Beispiel des Sonnenspektrums rechts). Ferner lassen sich durch den [[Zeeman-Effekt]] Magnetfelder und mittels [[Dopplereffekt]] Rotationen und radiale Geschwindigkeiten bestimmen. Die mit der Entfernung zunehmende [[Rotverschiebung]] von Galaxien war bereits in den 1930er-Jahren der erste Hinweis auf die [[Expansion des Weltalls]].

== Weblinks ==
* [https://www.leifiphysik.de/atomphysik/atomarer-energieaustausch/grundwissen/spektren Emissions- und Absorptionsspektrum] auf Schülerniveau ([[LEIFI]]).
* {{TIBAV |10890 |Linktext=Absorptions- und Emissionsspektrum von Natrium |Herausgeber=IWF |Jahr=2004 |DOI=10.3203/IWF/C-14885 }}

== Einzelnachweise ==
<references />
{{Normdaten|TYP=s|GND=4141130-4|LCCN=sh85000249}}

[[Kategorie:Spektroskopie]]
[[Kategorie:Atomphysik]]
[[Kategorie:Festkörperphysik]]
[[Kategorie:Beobachtungsmethode der Astronomie]]

[[bs:Apsorpciona spektroskopija#Apsorpcioni spektar]]
[[en:Absorption spectroscopy#Absorption spectrum]]
[[hr:Apsorpcijska spektroskopija#Apsorpcioni spektar]]

Absorptionsspektrum - Versionsgeschichte

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