Laserspektroskopie
Unter dem Begriff Laserspektroskopie werden verschiedene Verfahren der Spektroskopie zusammengefasst, in denen Laser zur Untersuchung von atomaren oder molekularen Spektren eingesetzt werden.
Laserspektroskopische Verfahren werden in verschiedenen Bereichen der Analytik verwendet. Zum Einen dient die Laserspektroskopie in der physikalischen Grundlagenforschung als Präzisionswerkzeug der Atomphysik zur Untersuchung der Eigenschaften von Atomen und deren Elektronenhülle. Zum Anderen werden laserspektroskopische Verfahren in der Spurenanalytik eingesetzt, um Substanzen in gasförmiger Umgebung nachzuweisen.
Allen Verfahren ist gemein, dass in der Laserspektroskopie der Laser als monochromatische, abstimmbare Lichtquelle zur Anregung von elektronischen Übergängen in der Atomhülle verwendet wird. Im wesentlichen unterscheidet man zwischen Emissions-Spektroskopie- und Absorptions-Spektroskopieverfahren.
Bei den Emissionsspektroskopieverfahren wird der Laser auf die Frequenz (d.h. auf die Energie zwischen zwei Elektronenniveaus in der Atomhülle) des atomaren Überganges abgestimmt. Ist die Energie des Lichtes gleich der Energie zwischen zwei Niveaus in der Elektronenhülle, so wird das Atom zum Abgeben von Licht der gleichen Wellenlänge wie die des Laserlichts angeregt. Das durch das Atom abgegebene Licht wird isotrop in alle Richtungen abgegeben, so dass man dieses Licht durch einen Detektor registrieren kann, der quer zur Richtung des Laserstrahls ausgestellt ist. Die Resonanz zwischen Laserlicht und atomarem Übergang, kann im Detektor als Anstieg der Lichtintensität des durch die Atome im Medium emittierten Lichtes beobachtet werden.
Bei den Absorptionsspektroskopieverfahren wird der Lasertrahl durch ein durchsichtiges Medium geschickt und nach Durchgang durch das Medium mit einem geeigneten Detektor registriert. Die Frequenz des Laserlichtes wird wie bei den Emissionsverfahren auf einen atomaren Übergang abgestimmt. Trifft die Energie des Laserlichtes die eines atomaren Übergangs, so werden die Photonen des Laserlichtes von den Atomen des Testmediums absorbiert und dann als Emissionslicht isotrop wieder in die Umgebung verteilt. Die Resonanz zwischen Laserlicht und atomarem Übergang, kann im Detektor als Abnahme der Lichtintensität des Laserstrahls beobachtet werden.
Hinzu kommen Verfahren, bei denen die Resonanz indirekt detektiert wird. Hierzu gehört z.B. die Resonanz-Ionisations-Spektroskopie, bei der im Resonanzfall die Atome oder Moleküle ionisiert werden, was dann elektrisch z.B. mit einem Massenspektrometer detektiert werden kann.
Literatur
- Wolfgang Demtröder: Laserspektroskopie, Grundlagen und Techniken. Springer Berlin (2004), ISBN 3-540-64219-6