Dieses Lexikon erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Es ist lediglich als Glossar zu diesen Web-Seiten zu verstehen.
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
Absorbanz synonym auch Absorbence oder Extinktion, siehe Extinktion
Ångström Längeneinheit, 1 Ångström = 0,1 nm = 10-10 m. Längen chemischer Bindungungen werden meist in dieser Einheit angegeben.
Anisotropie bezeichnet die Richtungsabhängigkeit von Eigenschaften von Körpern. Im Gegensatz dazu sind isotrope Eigenschaften immer richtungsunabhängig.
Auflösung Die Auflösung eines Spektrometers ist der minimal erforderliche Abstand zweier (unendlich) scharfer Absorptionsbanden, damit diese im gemessenen Spektrum noch getrennt werden können. Die Auflösung ist durch den Hub des Interferometers bedingt und damit gerätetechnisch begrenzt.
Background siehe Referenz
Bandbreite Die Bandbreite ist der der nutzbare Wellenzahlbereich eines Spektrometers. Die Bandbreite umfaßt alle von der Lichtquelle zum Detektor gelangenden und im spektralen Empfindlichkeitsbereich des Detektor liegenden Wellenzahlen. Da IR-Lichtquellen wie Globars oder Nernst-Stifte breitbandig emitieren, ist die Bandbreite eines Spektrometers i. d. R. durch dem Empfindlichkeitsbereich des Detektors, der verwendeten Fenster oder des verwendeten Strahlteilers limitiert.
Bulk-Spektrum siehe Pressling
Die Curie-Temperatur bezeichnet den Temperaturpunkt, oberhalb dem ferromagnetische Stoffe ihre ferromagnetischen Eigenschaften verlieren und paramagneteisch werden (entmagnetisieren) bzw. unterhalb dem sie ferromagnetisch sind. Bei DTGS-Detektoren bezeichnet die Curie-Temperatur analog die Temperatur unterhalb der manche Substanzen (z. B. DTGS) ferroelektrische Eigenschaften zeigen. Die ferroelektrische Eigenschaft beruht auf einer spontanen, makroskopischen elektrischen Polarisierung der Substanz, die sich mit der Temperatur ändert. Die Änderung der Polarisation verursacht einen Strom, der gemessen werden kann und dem Meßsignal des DTGS-Detektors entspricht.
Dispersion Die Dispersion beschreibt die Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle in einem umgebenden Medium in Abhängigkeit von der Frequenz bzw. Wellenlänge der Welle. Die spektral unterschiedliche Brechung optischer Wellen beruht auf der Dispersion und wird oft synonym ebenfalls als Dispersion bezeichnet. Die spektral unterschiedliche Beugung optischer Wellen am Gitter wird meist auch als Dispersion bezeichnet (obwohl das optisch-begrifflich eigentlich nicht exakt ist).
DTGS-Detektoren gehören zur Gruppe der pyroelektrischen Detektoren. Das sind Ferroelektrika, die unterhalb der Curie-Temperatur spontan elektrisch polarisieren. Verändert sich die auf den Detektor auftreffende Strahlungsleistung, so führt das zu einer Änderung der Polarisation, die sich nach außen als Spannungsstoß zeigt. Dieser Spannungsstoß ist proportional der Temperaturänderung bzw. der Änderung der Strahlungsleistung nach der Zeit. Solche Detektoren arbeiten deutlich schneller als rein thermische, sind aber durch die Temperaturträgheit in Ihrem Frequenzverhalten begrenzt. Als Detektormaterial wird nahezu ausschließlich DTGS (deuteriertes Triglycinsulfat) verwendet.
Detektoren dieses Typs sind in der FTIR-Spektroskopie sehr weit verbreitet. Sie arbeiten bei Temperaturen von etwa -40°C. Als Kühlung sind mehrstufige (elektrisch betriebene) Peltier-Elemente ausreichend. Durch den einfachen Aufbau, die elektrische Kühlbarkeit und den unendlich breiten, nutzbaren Spektralbereich sind DTGS-Detektoren die Standarddetektoren für die Routineanalytik.
E-Feld E-Feld ist die Abkürzung für elektrisches Feld. Im Zusammenhang mit der optischen Spektroskopie bezeichnet es den elektrischen Anteil der elektromagnetischen (optischen) Welle. Der Richtungsvektor des E-Felds einer Welle (E-Vektor) steht immer senkrecht auf deren Ausbreitungsrichtung und definiert die Polarisationsrichtung der Welle.
Einfallsebene Fällt Licht auf eine Grenzfläche, so spannt der Normalenvektor der Grenzfläche im Einfallspunkt der Lichtwelle und die Ausbreitungsrichtung der Welle eine Ebene, die Einfallsebene auf.
Der Einfallswinkel einer Welle auf eine Grenzfläche bezeichnet den Winkel, unter dem der Wellenvektor auf die Grenzfläche auftrifft. Er wird immer gegen die Oberflächennormale (die Senkrechte auf der Oberfläche) gemessen. Der Ausfallswinkel definiert sich analog.
Einstrahlspektrum Das Einstrahlspektrum einer Probe ist das Spektrum, daß der Energieverteilung entspricht, die durch den Detektor aufgenommen wird. Im Einstrahlspektrum sind alle Gerätefunktionen wie die Energie-Verteilungsfunktionen der Lichtquelle, die Transmission des Spektrometers selbst und die Empfindlichkeit des Detektors enthalten. Diese Gerätefunktionen kürzen sich erst bei Berechnung der Extinktion oder Transmission gegen eine Referenzmessung heraus.
Ellipsoidspiegel Eine Ellipse besitzt zwei Brennpunkte. Sie ist ist dadurch definiert, daß alle von einem Brennpunkt ausgehenden Strahlen, die an der Ellipse reflektieren, sich im zweiten Brennpunkt wieder vereinigen. Rotiert man eine Ellipse um die große Hauptachse, so erhält man einen Rotationsellipsoiden. Dieser reflektiert dann dreidimensional von einem Brennpunkt zum anderen. Deshalb lassen sich Ellipsoidflächen zum Abbilden von Objekten, wie z. B. Lichtquellen nutzen.
Eulersche Formal Die Eulersche Formel gibt an, wie eine komplexe e-Funktion durch Sinus- und Cosinusfunktionen dargestellt werden kann. Demzufolge läßt sich die e-Funktion darstellen als
Extinktion Die Extinktion einer Probe im physikalischen Sinn ist der durch Absorption und Streuung verursachte Energieverlust von Strahlung beim Durchtritt durch eine Probe. In der IR-Spektroskopie wird aber als Extinktion (oder auch Absorbanz) die Extinktion in LAMBERT-BEERschen Gesetz bezeichnet. Sie berechnet sich als Quotient der aufgenommenen Intensität gegen eine Referenz- oder Backgroundmessung, die die Energie der Strahlung bei Messung einer verlustfrei durchstrahlten Probe repräsentiert.
Durch die Quotientenbildung kürzen sich die im Einstrahlspektrum enthaltene Energie-Verteilungsfunktionen der Lichtquelle, die Transmission des Spektrometers selbst und die Empfindlichkeit des Detektors heraus und entfallen.
.
Gerade Funktion Eine gerade Funktion ist eine Funktion, deren Funktionswerte achsensymmetrisch zur y-Achse sind. Es gilt: f(x)=f(-x). Beispiele für gerade Funktionen sind die Cosinusfunktion y=cos(x) oder die Parabel y=x2.
Globar siehe Lichtquelle
Hub Der Hub des Interferometers ist die vom bewegten Interferometerspiegel maximal erreichte Entfernung vom ZRP (Nullpunkt des Spiegelwegs, an dem beide Spiegel gleich weit vom Strahlteiler entfernt sind).
Harmonische siehe Obertöne
Interferometer Ein Interferometer ist eine optische Anordnung zur Aufteilung eines parallelen Lichtwündel in zwei oder mehrere Teile, der erzeugung einer Laufzeitdifferenz zwischen den Teilen und deren anschließende kohärente Wiedervereinigung. Details siehe FTIR-Prinzip.
Isotropie siehe Anisotropie
Kohärenz, Inkohärenz Lichtbündel, deren in ihnen enthaltene Wellen unter einer festen Phasenbeziehung stehen, heißen kohärent. Kohärentes Licht kann erzeugt werden, indem das inkohärente Licht eines Bündels (z. B. durch teilweise Reflexion an einem Strahlteiler) geteilt wird. Bei der Überlagerung kohärenten Lichts addieren sich die momentanen elektrischen Felder E der Welle unter Berücksichtigung ihrer Phasenbeziehung. Die Intensität I des beobachteten Lichts ergibt sich durch Quadrierung und zeitliche Mittelung des elektrischen Felds I = <E2>t. Im Gegensatz dazu überlagern sich bei nicht kohärentem Licht (Inkohärenz) die Intensitäten ohne Berücksichtigung von Phasenbeziehungen. Licht thermischer Quellen (Glühlampen, Globars) ist stets inhohärent. Laserlicht ist kohärent. Kohärenz der Lichtwellen ist die Voraussetzung der Interferenz dieser Wellen.
Lichtquelle Die Lichtquelle erzeugt die zur Messung genutzte elektromagneteische Strahlung. Im IR werden thermische Lichtquellen genutzt, deren spektrales Verhalten in Näherung dem des PLANCKschen Strahlers (oder auch schwarzer Strahler) entspricht. Meistgenutzte Lichtquelle ist der Globar. Ein Globar besteht aus Siliziumcarbid, einer leitfähigen Keramik. Diese besitzt Stabform, hat einen Durchmesser von knapp einen Zentimeter und eine Länge von 1...2 cm. Durch Anlegen einer Spannung läßt sich der Globar erhitzen. Typische Betriebstemperaturen liegen bei etwa 1500 Kelvin.
Meßarm, Referenzarm Ein Interferometer besteht aus zwei optischen Zweigen, dem Meßarm und dem Referenzarm. Im Referenzarm befindet sich ein feststehender Spiegel der die Phasenlage des Lichts im Meßarm referenziert. Im Meßarm befindet sich ein beweglicher Spiegel, der Lichtwellen variabler Phasenlage zum Referenzarm erzeugt, indem er die Wellen gegen die Wellen des Referenzarms retardiert ("verschiebt"). Bei Wiedervereinigung des Licht beider Arme entsteht eine phasenabhängige Interferenz.
Normalmode, Normalschwingung Alle Schwingungsbewegungen vom Moleküen lassen sich in voneinader unabhängige "Basisschwingungen" entwickeln (zerlegen). Diese "Basisschwingungen" werden Normalmoden genannt. Normalschwingungen eines Moleküls sind voneinander unabhängig, sie koppeln nicht miteinander und beeinflussen sich nicht gegenseitig. Gleichzeitig bleibt der Schwerpunkt des Moleküls oder der Gruppe in Ruhe. Banden in IR-Spektren entsprechen den Anregungen dieser Normalmoden. Sie werden meist einzeln ("normale" Bande), seltener paarweise (Kombinationsbande) angeregt. Je nach Symmetrie dieser Normalmoden sind die ihre Banden im IR- (asymmetrisch) oder im Raman-Spektrum (symmetrisch) zu sehen.
Oberton Obertöne oder Harmonische nennt man Schwingungsbanden, die bei Wellenzahlvielfachen der eigentlichen Schwingung beobachtet werden. Der erste Oberton tritt bei der doppelten Wellenzahl der Grundschwingung, der zweite Oberton bei deren dreifacher Wellenzahl auf. Obertöne entstehen durch die Nichtlinearität der Schwingungsübergänge. Ebenfalls wegen der Nichtlinearität sind die Obertöne jeweils geringfügig kleiner als die doppelte bzw. dreifache Wellenzahl. Ihre Intensitäten sind schwächer als die Grundschwingungen. Der erste Oberton hat meist 10...30 % , der zweite 0...5 % der Intensität der Grundschwingung.
Paraboloidspiegel Eine Parabel ist eine Kurvemit einen Brennpunkt. Sie ist ist dadurch definiert, daß alle vom Brennpunkt ausgehenden Strahlen, die an der Parabel reflektieren, parallel sind. Rotiert man eine Parabel um ihre Achse (z. B. y=x2 um die y-Achse), so erhält man einen Rotationsparaboloiden. Dieser reflektiert dann dreidimensional von einem Brennpunkt nach Unendlich bzw. umgekehrt. Deshalb lassen sich Paraboloidflächen zum Parallelisieren von Licht aus punktförmigen Objekten, wie z. B. Lichtquellen nutzen. Gleichfalls kann man mit ihnen paralleles Licht auf einen Punkt (z. B. einen Detektor) fokussieren.
Peltierelemente oder Peltierkühler sind thermoelektrische Kühler. Die Wirkungsweise entspricht der Umkehrung des Funktionsprinzips eines Thermoelements. Nach Anlegen eines Stroms an einen Stromkreis, der aus der Verbindung zweier unterschiedlicher Metalle und deren Rückverbindung (Quelle - Material_A - Kontaktstelle_A-B - Material_B - Kontaktstelle_B-A - Material_A - Quelle) besteht, erwärmt sich ein Kontakt, während sich der andere Kontakt abkühlt. Durch Gestaltung flächenhafter Kontakte lassen sich so Bauelemente herstellen, die sich auf einer Seite abkühlen (und auf der anderen erwärmen) Die kühle Seite kann zur Kühlung anderer Bauelemente genutzt werden. Peltierelemente erzeugen Temperaturdifferenzen zwischen warmer und kalter Seite von etwa 20...30 °C. Sie sind kaskadierbar, wodurch sich die größere Temperaturdifferenzen erzeugen lassen.
Planckscher Strahler siehe thermischer Strahler
Polarisation Die Polaristion einer elektromagnetischen Welle ist definiert durch die Schwingungsrichtung des E-Felds der Welle. Der zur Beschreibung verwendete Polarisationsvektor ist der Einheitsvektor des E-Vektors. Licht thermischer Lichtquellen ist unpolarisiert, d. h. es besteht aus vielen Wellenzügen, die alle eine zufällige Polarisation besitzen. Im Gegensatz ist Laserstrahlung oder Synchrotronstrahlung linear polarisert ist, d. h. alle E-Felder der einzelnen Wellenzüge eines solchen Lichtbündels schwingen in der gleichen Ebene. Daneben gibt es noch elliptische Polarisation, auf die hier nicht weiter eingegangen werden soll.
Fäällt Licht auf eine Grenzfläche, so unterscheidet man die Anteile des Lichts nach s-Polarisation und p-Polarisation. Die Aufteilung erfolgt anhand der Orientierung des Polarisationsvektors zur Einfallsebene. S-polarisiertes Licht ist senkrecht zur Einfallsebene polarisiert, p-polarisiertes Licht schwingt in der Einfallsebene.
Pressling Zur Gewinnung des IR-Spektrums eines festen Stoffes kann dieser nicht direkt gemessen, da die hierfür erforderlichen Schichtdicken in der Größenordnung einiger Mikrometer liegen und die Probe deshalb mechanisch instabil ist. Größere Schichtdicken erzeugen Totalabsorption. Deshalb zermörsert man eine geringe Menge der Probe gemeinsam mit einem Alkalihalogenid-Salz (KBr, NaCl...) und preßt aus dem Gemisch eine Tablette. Die Salz-Kristallite bestehen aus einem ionischen Festkörperverbund, der im IR nicht absorbiert, also transparent ist. Beim Pressen schmelzen diese auf (Kaltschmelze) und erstarren zu einer homogenen, amporphen Masse (Tablette). Gemessen werden lediglich die gleichmäßig verteilten Kristallite der eingewogenen Substanz-Anteile. Presslingsspektren werden auch Volumenspektren oder Bulk-Spektren genannt, da die gemessenen Banden dem des Festkörpers (Bulk) aus seinem Volumen entsprechen.
Quelle siehe Lichtquelle
Referenz Die Referenz oder auch der Background einer Messung ist die Messung der Intensität I0 zur Berechnung des Transmissions- oder Extinktionsspektrums einer Probe. Als Referenz sollte immer etwas ausgewählt werden, das im interessierenden Wellenzahlbereich nicht absorbiert. Beispiele: Zur Messung einer Substanz im einem KBr-Pressling wird immer ein KBr-Pressling ohne Probeneinwaage als Referenz genutzt. Zur Messung einer Lösung in einer Flüssigkeitsküvette wird immer die Flüssigkeitsküvette mit dem gleichen Lösungsmittel ohne Einwaage als Refrenez genutzt. Zur Messung eines Gases in einer Gasküvette wird immer die Gasküvette gefüllt mit einem anderen, nichtabsorbierenden Gas (z. B. Stickstoff oder Edelgas) genutzt
Referenzarm siehe Meßarm
Strahlteiler Ein Strahlteiler dient zur Aufteilung des in das Interferometer einfallenden Lichts in die beiden Interferometerarme. Er besteht aus einer dünnen Schicht hoher Brechzahl, die entsprechend den FRESNELLschen Formeln eine geeignete Reflektivität besitzt. Im IR werden bevorzugt Germanium (n=4) oder Silizium (n=3.6) genutzt. Dieser Film wird auf eine Trägerplatte aufgedampft. Die Trägerplatte besteht aus einem IR-transparentem Alkalihalogenid, deren Auswahl sich nach dem gewünschten Einsatzbereich des Spektrometers richtet. Meist wird KBr (400...40000 cm-1) als Substrat verwendet. Zur Vermeidung von Asymmetrieen im optischen Aufbau des Interferometers wird auf die auf eine Substratplatte aufgebrachte Teilerschicht eine zweite, gleichdicke Substratplatte aufgebracht. Es entsteht ein symmetrisch aufgebauter Strahlteiler.
Thermischer Strahler Makroskopische, heisse Körper bestehen aus vielen, angeregten Atomen oder Molekülen. Diese gehen in ihren Ausgangszustand zurück (Abregung) und emitieren dabei Licht entsprechend der Emissionsfrequenz des jeweiligen Übergangs. Die Abregung erfolgt spontan ond ohne gegenseitige Wechselwirkung der Atome oder Moleküle untereinander. Deshalb ist zwar jeder einzelne, von einer atomaren oder molekularen Emission herrührende Wellenzug zwangsläufig linear polarisert, aber jeder Wellenzug besitzt eine von allen anderen Wellenzügen unabhängige Polarisation. In der Summe aller Wellenzüge sind die Polarisationsrichtungen gleichverteilt (unpolarisiert). Durch das Auftreten aller möglichen Übergänge zur Abregung sowie durch Dopplerverbreiterung und Kombinationen von Übergängen strahlen thermische Strahler nicht monochromatisch. Sie strahlen vielmehr in einer breiten spektralen Verteilung, die ideal genähert dem Spektrum des Planckschen Strahlers gleicher Temperatur entspricht.
Transmission Die Transmission einer Probe im physikalischen Sinn ist der durch Absorbtion (ohne Streuung) verursachte Intensitätsverlust von Strahlung beim Durchtritt durch eine Probe. Die Transmission in der IR-Spektroskopie beeinhaltet auch die Streuung. Sie ist definiert als Quotient gegen eine Referenz- oder Backgroundmessung, die die Intensität der Strahlung bei Messung einer verlustfrei durchstrahlten Probe repräsentiert.
Durch die Quotientenbildung kürzen sich die im Einstrahlspektrum enthaltene Energie-Verteilungsfunktionen der Lichtquelle, die Transmission des Spektrometers selbst und die Empfindlichkeit des Detektors heraus und entfallen.
Volumenspektrum siehe Pressling
ZRP Zero Retardation Point. Der ZRP ist der Nullpunkt des Spiegelwegs, an dem beide Interferometerarme die gleiche Länge besitzten. In diesem Punkt verschwindet die Weglängendifferenz der Lichtbündel nach dem Passieren beider Interferometerarme. Bei einer polychromatischen Interferenz addieren sich in diesem Punkt die Wellenzüge aller an der Interferenz beteiligten Wellenlängen konstruktiv. Es entsteht das globale Maximum des Interferogramms.
|
|
 Impressum |
Fragen, Hinweise, Kritiken:
ralf@arnolds.de |