Um die Bandbreite der möglichen Anwendungen zu demonstrieren, zeigen wir hier eine Sammlung an Spektren, die mit den Czerny-Turner-Spektrometern aus unserem Optikbaukasten aufgenommen wurden.

Die Spektren wurden größtenteils mit Hilfe unseres Pythonskripts EasyLines aufgenommen. Dies ermöglicht neben der Anzeige des aufgenommenen Spektrums auch das Einblenden der Lagen von Emissionslinien, deren Daten aus einer externen Datei eingelesen werden (Quelle: Internet-Datenbank NIST (Atomic Spectra Database | NIST). ¹

Die verwendeten Lichtquellen lassen sich gut in Kategorien unterteilen und einigen Fachbereichen zuordnen, die inspiriert von diesen Lichtquellen dann eigene Spektroskopieversuche durchführen können.

Elektrische Entladungsquelle

Mit solchen Lichtquellen sind insbesondere spektroskopische Messungen in den Fachbereichen Physik, Elektrotechnik, Chemie und Materialwissenschaften interessant.

Diese Quellen beruhen auf elektrischen Entladungen in Gasen, wobei Atome und Moleküle angeregt werden und charakteristische Emissionslinien abgeben.

Beispiele hierfür sind:

• Glimmlampen
• Kaltkathodenlampen
• Pen-Ray-Lichtquellen
• Plasmakugeln
• Glimmlampen mit Gasfüllungen (Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff, Deuterium, Sauerstoff) (in Vorbereitung)

Auf einer Unterseite haben wir Beispiele für einige der von uns aufgenommenen Spektren aus dieser Kategorie von Lichtquellen zusammengestellt.

Lumineszenzbasierte Quellen

Fluoreszenzquellen

Diesen Quellen für spektroskopische Messungen sind insbesondere geeignet für die Fachbereiche Physik, Chemie, Materialwissenschaften und zum Teil auch Biologie.

Hier wird Licht durch Absorption von Anregungslicht (häufig UV) und anschließende Emission im sichtbaren Spektrum erzeugt – ein Phänomen, das in der Biochemie, Materialforschung und analytischen Chemie intensiv untersucht wird.

Beispiele hierfür sind:

• Fluoreszierende Mineralien
• Fluoreszenz von Aesculin (aus Rosskastanienblättern)
• Fluoreszierende Farben
• Fluoreszenz von Lumogen
• Fluoreszenz von Rhodamin
• Fluoreszenz von Chinin (in Vorbereitung)
• Fluoreszenz von Chlorophyll (in Vorbereitung)
• Fluoreszenz von braunen Eierschalen (in Vorbereitung)
• Fluoreszenz von Fluorescein (in Vorbereitung)
• Fluoreszenz von Kurkuma (in Vorbereitung)
• Fluoreszenz von Luminol (in Vorbereitung)

Chemolumineszenz

Spektroskopie-Versuche mit den folgenden Chemolumineszenzquellen sprechen die Fachbereiche Chemie und Physik an. Bei diesen Quellen wird Licht direkt durch chemische Reaktionen freigesetzt, ohne dass eine externe Lichtquelle benötigt wird.

• Knicklichter
• Spektren von Feuerwerkskörpern

Auf einer Unterseite haben wir Beispiele für einige der von uns aufgenommenen Spektren aus dieser Kategorie von Lichtquellen zusammengestellt.

Thermische und elektrolumineszente Quellen

Spektren aus diesem Bereich sind interessant für die Fachbereiche Physik, Ingenieurwissenschaften und Halbleiterphysik. Diese Lichtquellen basieren entweder auf der Erhitzung eines Materials (Glühlampen) oder auf der rekombinationsinduzierten Lichtemission in Halbleitern (LEDs). Beispiele hierfür sind:

• Spektren von Straßenlaternen (abhängig von der Technologie: historisch oft Gasentladung bzw. Natrium-/Quecksilberdampflampen, aktuell zunehmend LED-basiert)
• Spektren von Glühlampen (thermische Strahlung, schwarzer Körper) (in Vorbereitung)
• Spektren von LEDs (elektrolumineszente Halbleiterquellen) (in Vorbereitung)

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Astrophysikalische und atmosphärische Spektren

Messungen mit den folgenden Quellen werden besonders Anklang in den Bereichen Astronomie, Physik und Atmosphärenwissenschaften finden. Diese Messungen befassen sich mit natürlichen Spektren, die z. B. durch atmosphärische Prozesse oder in astrophysikalischen Objekten entstehen – Themen, die in der Astronomie und Umweltphysik von zentralem Interesse sind.

Beispiele hierfür sind:

• Absorption des Sonnenlichts in der Atmosphäre bei tiefem Sonnenstand
• Fraunhoferlinien im Sonnenspektrum
• D-Linien in Emission/Absorption von Wunderkerzen
• Spektren von Mond, Planeten und Sternen (in Vorbereitung)

Auf einer Unterseite haben wir Beispiele für einige der von uns aufgenommenen Spektren aus dieser Kategorie von Lichtquellen zusammengestellt.

Transmissionsspektren – Farben sichtbar machen

Ein Transmissionsspektrum beschreibt, welche Wellenlängen des Lichts ein Material passieren können und welche absorbiert werden. Trifft weißes Licht auf eine Probe, wird ein Teil davon geschluckt (absorbiert) und der Rest hindurchgelassen (transmittiert). Dieses transmittierte Licht können wir mit einem Spektrometer analysieren und so das charakteristische Spektrum der Probe erhalten.

Beispiele für die Messung von Transmissionsspektren sind unter anderem:

• Blütenfarbstoffe (Anthocyane)
• Tee- und Saftanalyse (in Vorbereitung)
• Sonnenbrillen und UV-Filter (in Vorbereitung)
• Lebensmittelfarben untersuchen (in Vorbereitung)
• Blattfarbstoffe (Chlorophyll & Carotinoide) (in Vorbereitung)

Auf einer Unterseite haben wir Beispiele für einige der von uns aufgenommenen Spektren aus dieser Kategorie von Lichtquellen zusammengestellt.

¹ Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J., and NIST ASD Team (2023). NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.11), [Online]. Available: https://physics.nist.gov/asd [2024, June 23]. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. DOI: https://doi.org/10.18434/T4W30F

In den gezeigten Spektren ist eine Legende mit näheren Informationen zur Lage einzelner Linien aus dieser Datenbank eingeblendet. Ein kleiner Buchstabe dient der Markierung der Linie im Spektrum. Zusätzlich wird neben der Wellenlänge auch die Herkunft der Emission sowie die Genauigkeit der Wellenlängeninformation angegeben.

Die Bedeutung der einzelnen Unsicherheitsklassen lautet:

• AAA: Die höchste Genauigkeit (Unsicherheit < 0,00001 Å)
• AA: Sehr hohe Genauigkeit (Unsicherheit zwischen 0,00001 Å und 0,0001 Å)
• A+: Hohe Genauigkeit (Unsicherheit zwischen 0,0001 Å und 0,001 Å)
• A: Gute Genauigkeit (Unsicherheit zwischen 0,001 Å und 0,01 Å)
• B+: Überdurchschnittliche Genauigkeit innerhalb der Klasse B (Unsicherheit zwischen 0,01 Å und 0,03 Å)
• B: Mäßige Genauigkeit (Unsicherheit zwischen 0,01 Å und 0,1 Å)
• C: Niedrige Genauigkeit (Unsicherheit > 0,1 Å)