Spektralanalyse

Jedes leuchtende Gas unter niedrigem Druck sendet ein Spektrum aus, das für das jeweilige Gas charakteristisch ist. Es ist ein Linienspektrum mit Linien, die nur beim Leuchten des betreffenden Stoffes auftreten. Zugleich ist es ein Emissionsspektrum.

So hat z. B. das Linienspektrum von Natriumdampf ein ganz anderes Aussehen als das von Neondampf oder von Quecksilberdampf (Bild 1). Analog ist das bei Absorptionsspektren, die durch dunkle Linien in einem ursprünglich kontinuierlichen Spektrum gekennzeichnet sind. Die dunklen Linien geben Auskunft darüber, welche Stoffe die Lichtquelle umgeben haben oder auf dem Weg bis zur Untersuchungsapparatur durchdrungen werden mussten.

Wenn bei jedem Element ein charakteristischen Emissions-Linienspektrum bzw. ein entsprechendes Absorptions-Linienspektrum auftritt, kann man auch umgekehrt folgern: Wenn ein bestimmtes Linienspektrum beobachtet wird, dann ist in der Lichtquelle oder auf dem Weg von der Lichtquelle zur Untersuchungsapparatur das betreffende Element vorhanden. Das ist das Wesen der Spektralanalyse.

Unter Spektralanalyse versteht man eine Untersuchungsmethode, bei der man aus einer Untersuchung des Spektrums darauf schließen kann, welche Stoffe am Zustandekommen des Spektrums beteiligt waren.

Entwickelt wurde die Spektralanalyse um 1860 gemeinsam von dem deutschen Physiker GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF (1834-1887) und dem Chemiker ROBERT WILHELM BUNSEN (1811-1899).

Praktische Durchführung einer Spektralanalyse

Eine Spektralanalyse wird mit einem Spektralapparat durchgeführt. Je nach der Art und Weise, wie das Licht in seine Bestandteile zerlegt wird, unterscheidet man zwischen einem Prismenspektroskop (Bild 2) und einem Gitterspektroskop.

Das Licht, das untersucht werden soll, wird durch einen Spalt auf ein Prisma oder ein Gitter gelenkt und dort in seine Bestandteile zerlegt. Dann können die Spektrallinien ausgemessen werden. Aus ihrer Wellenlänge kann man ermitteln, welchen Stoffen sie zuzuordnen sind.

In der nachfolgenden Übersicht sind für einige Stoffe ausgewählte Spektrallinien des sichtbaren Bereiches mit ihren Wellenlängen angegeben.

Es ist erkennbar: Die Messungen müssen sehr genau sein, um eindeutig eine Zuordnung zwischen den gemessenen Wellenlängen und den betreffenden Stoffen vornehmen zu können.

Nutzung spektralanalytischer Untersuchungen

Mithilfe der Spektralanalyse können Stoffproben auf ihre Zusammensetzung untersucht werden. Dazu reichen schon relativ kleine Mengen aus.
Die Spektralanalyse kann auch zur Entdeckung neuer Stoffe führen. So gelang es kurz nach der Entwicklung der Spektralanalyse durch KIRCHHOFF und BUNSEN, 10 neue Elemente zu finden, die bis dahin noch nicht bekannt waren.

Eines der Elemente, das die Chemiker durch spektralanalytische Untersuchungen entdeckten, war ein Gas, das nach dem griechischen Wort für Sonne (helios) benannt wurde, weil man es 1868 erstmals im Sonnenspektrum nachweisen konnte. Dieses Gas, das Helium, wurde dann mehr als 25 Jahre später, im Jahr 1894, auch auf der Erde nachgewiesen.