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Warum Absorption und Reflektion bei gleichen Wellenlängen?
 
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Gast25
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Beitrag Gast25 Verfasst am: 04. Jul 2011 13:46    Titel: Warum Absorption und Reflektion bei gleichen Wellenlängen? Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Ich habe eine Probe, die wenn sie im festen Zustand auf dem Tisch liegt rot ist. Wenn ich daraus einen Pressling mache und ihn durchleuchte ist er blau, von der Seite bleibt sie rot. Nehme ich ein Absorptionsspektrum in Transmission auf, so sehe ich dass der rote Bereich Absorbiert wird (620nm und 680nm), also sagt das Spektrum, dass die Probe blau ist. Nehme ich ein Reflektionsspektrum auf, so sehe ich das rotes Licht bei ungefähr 620 und 680nm den Detektor erreicht. Insgesamt sieht das Absorptionsspektrum nahezu identisch aus wie das Reflektionsspektrum. Hat jemand eine Idee woran das liegen könnte? Warum wird ein Teil der Strahlung z.B. bei 620nm absorbiert und ein Teil reflektiert? Müssten normalerweise die beiden Spektroskopischen Methoden nicht einigermaßen komplementär sein zueinander?
Mit anderen Worten: Fällt jemand ein Grund ein warum die Probe rot ist obwohl sie rotes Licht absorbiert?

Meine Ideen:
Das die Probe rot ist könnte durchaus ein Fluoreszenzphänomen sein... Warum aber ein Teil der Strahlung absorbiert wird und ein Teil reflektiert leuchtet mir soweit nicht ein. Wenn es sich um resonante Fluoreszenz handeln würde, d.h. Absorption und Fluoreszenz finden bei der gleichen Wellenlänge statt, dann könnte ich das Reflektionsspektrum nicht vom Fluoreszenzspektrum unterscheiden...
Hagbard



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Beitrag Hagbard Verfasst am: 04. Jul 2011 14:54    Titel: Antworten mit Zitat

Ich bin nicht gerade vertraut mit den genannten experimentellen Methoden, aber für mich klingt das so, als wäre die Probe einfach für UV und sichtbares blaues Licht transparent und würde Infrarot bis Rot reflektieren. Das klingt für mich nicht widersprüchlich.


Welche Wellenlängenbereiche hast du denn für die Spektren verwendet?

[EDIT] Falls das "Blau" beim Durchleuchten ein Absorptionsphänomen ist sollte die Probe mehr ins rötliche gehen, wenn du die Probendicke verringerst. Kannst du sowas machen?

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Gast25
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Beitrag Gast25 Verfasst am: 04. Jul 2011 16:35    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank für die Antwort.

Die Probe ist definitiv für blaues Licht transparent, d.h. man hat das einzige Minimum im Absorptionsspektrum bei 450nm. Andersrum gesagt ist die Absorption im roten und dunkelblauen Bereich (400nm, 620nm, 680nm, Verhältnis 2:2:1) . Nimmt man dieselbe Probe in Reflektion auf, so hat man Peaks bei 400, 620 und 680 nm (Verhältnis 1:5:1). Im Klartext sagen die Spektren, dass die Probe in Transmission blau und in Reflektion rot ist (was auch bei äußerlicher Betrachtung der Fall ist). Was ich mich frage ist, was Gründe dafür sein könnten, dass dieselben Strahlungsanteile absorbiert und reflektiert werden..?
Hagbard



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Beitrag Hagbard Verfasst am: 04. Jul 2011 17:13    Titel: Antworten mit Zitat

Sorry, vielleicht verstehe ich einfach nur falsch, was du für Experimente gemacht hast, aber ich dachte du hast folgendes gemacht:


"Transmissionsmessung":

bekanntes Spektrum-->|Probe|--blaues Licht--->Detektor

Mögliche Ursachen dafür, dass du nur blaues Licht durch die Probe kommen siehst: a) Probe reflektiert Rot b) Probe absorbiert Rot


"Reflexionsmessung":

-bekanntes Spektrum------>|Probe|
Detektor<--rotes Licht-------|Probe|

Mögliche Ursache: a) Probe absorbiert Blau b) Probe transmittiert Blau


Nach den beiden Versuchen würde ich sagen, dass deine Probe weder in deinem blauen noch in deinem roten Bereich absorbiert, sondern nur reflektiert und transmittiert.

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Gast25
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Beitrag Gast25 Verfasst am: 04. Jul 2011 17:34    Titel: Antworten mit Zitat

Hast nichts falsch verstanden...
Klingt auch erstmal sehr logisch.
Es gibt eben viele Veröffentlichungen, die sich mit dem Absorptionsspektrum auseinander gesetzt haben und den Peaks eindeutige elektronische Übergänge zugeordnet haben.
Meiner Meinung nach ist die Absorption gesichert...
Hagbard



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Beitrag Hagbard Verfasst am: 04. Jul 2011 18:09    Titel: Antworten mit Zitat

Kannst du mir sagen, ob es sich bei deinem Prüfling um etwas auf C-H Basis handelt?

Gut, wenn deine Probe also Rot zum Teil absorbiert und zum Teil reflektiert, dann könnte ich mir sowas vorstellen wie:

a) reflektiver Anteil: rührt von der Plasmafrequenz eines Elektronensystems her (die Liegt bei Metallen so hoch, dass sie praktisch im ganzen sichtbaren Bereich reflektieren und erst im IR absorbieren)

b) absorptiver Anteil: rührt von Atom/Molekül- Schwingungsmoden her


Da ich aber keine Ahnung habe um was es sich bei dir handelt kommt natürlich noch viel mehr in Frage. Um abzuschätzen in welchen Größenordnungen bei deinen Verbindungen Peaks zu erwarten sind würde ich mir mit der Software GAMES US mal Infrarotspektren berechnen. Falls du eine wissenschaftliche Arbeit schreibst kommt sowas auch sehr gut an Augenzwinkern.


[EDIT] was noch einfacher ist:

wirf einen Blick ins NIST Webbook und schau nach den Peaks die du bekommst um aufzuschlüsseln von was sie herrühren.

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Gast25
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Beitrag Gast25 Verfasst am: 04. Jul 2011 20:39    Titel: Antworten mit Zitat

Hi,

Mit "auf C-H-Basis" meinst Du ob es sich um ein organisches Molekül handelt?
Es geht um einen Metallkomplex mit organischen Liganden, ähnlich wie Chlorophyll nur mit Selten-Erd-Metallen. Diese Komplexe sind unabhängig vom Metall rot als Feststoff. Wenn man Sie oxidiert werden sie grün als Feststoff, was auf irgendeinen Charge-transfer-Effekt oder ähnliches hindeuten könnte. Ich bin kein Profi, aber kann man Schwingungen noch im sichtbaren Bereich erwarten? meiner Meinung nach ist das zu energiereich, so dass man eher elektronische Übergänge erwarten sollte.
Du hast mir auf jeden Fall soweit sehr geholfen mit den Denkanstößen...
Diese Plasmafrequenz, was bedeutet das genau? Könnte man das prüfen wenn man die Reflektion bei tiefen Temperaturen untersucht?
Der absorptive Teil entspricht laut Literatur pi-pi*-Übergängen des organischen Liganden, d.h. Übergänge von bindenden in antibindende Orbitale.
Jetzt lese ich erstmal Plasmafrequenz von Metallen...
Gast25
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Beitrag Gast25 Verfasst am: 04. Jul 2011 20:45    Titel: Antworten mit Zitat

Dieses Games US, woher bekomme ich das denn? Und warum IR-Spektren simulieren, kann man das auch mit UV/vis Transmission oder Reflektion machen?
Hagbard



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Beitrag Hagbard Verfasst am: 05. Jul 2011 13:34    Titel: Antworten mit Zitat

Du hast wahrscheinlich Recht damit, dass die von mir erwähnten Schwingungen zu niederenergetisch sind um sie im Sichtbaren zu erwarten.
Habe gerade gelesen, dass Rotationsschwinguungen usw. nur bis reichen.

Die Plasmafrequenz ist bei Metallen etwa die Frequenz, bis zu der die Elektronen im Festkörper einer Anregung (= E-M-Feld der Strahlung) folgen können. Strahlung deutlich unterhalb der Plasmafrequenz wird beim Auftreffen auf den Festkörper gut reflektiert. Sie tritt nur noch evaneszent (exponentiell abklingend) in den Festkörper ein. Strahlung mit Frequenzen viel größer der Plasmafrequenz bleibt von den Leitungselektronen ziemlich unbeeindruckt und geht gut durch.

Direkt bei der Plasmafrequenz tritt im Allgemeinen eine sehr große Absorption auf.

GAMESS kann ziemlich viel. Man sollte nur darauf achten, dass man Dinge, die andere schon gerechnet haben nicht nochmal durch den Computer (das Rechenzentrum) jagt, denn Festkörpersimulationen werden sehr schnell rechenaufwändig. Molekülschwingungen wären noch ganz gut machbar gewesen, aber da für deinen Effekt was anderes verantwortlich ist würde ich sagen du benutzt Quellen wie das NIST um die Übergänge einzugrenzen.

Bekommen kannst du GAMESS hier: Gordon Group: GAMESS

Man kann sich mit grafischen Tools wie Avogadro Moleküle zeichnen und Abstände der Moleküle eingeben und anschließend ein "Jobfile" erstellen, welches man dann GAMESS gibt. GAMES ließt die Geometrien aus der Datei und welche Elemente beteiligt sind und rumpelt mit den Rechnungen los, die es ausführen soll. GAMESS selber ist nämlich nur ein Kommandozeilenprogramm, welches seine Ergebnisse in ein Textfile speichert.
Falls du noch interessiert bist schaust du dir am besten Avogadro an. Viele der Funktionen von GAMESS findest du in Avogadro... vielleicht hast du ja doch noch Lust dich da reinzuarbeiten.


Gruß

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Immer schön die Kirche im Dorf lassen... und dann in die Stadt ziehen.
Gast25
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Beitrag Gast25 Verfasst am: 05. Jul 2011 17:31    Titel: Antworten mit Zitat

Habe heute viel gesucht und in dem Buch "Optik" von Zinth und Zinth folgendes gefunden: "Bei Isolatoren mit hoher Absorption ist die Farbe (in Transmission) wieder durch die Banden optimaler Transparenz gegeben. In Reflexion wird jedoch die Erhöhung des Reflexionsvermögens bei den Wellen hoher Absorption wichtig." Ich weiß nicht ob mein Probe ein Isolator ist, aber es klingt nach dem Phänomen, welches ich beschrieben habe, also dass die Wellenlängen mit hoher Absorption auch Reflektiert werden... Somit sehen Absorptions- und Reflexionsspektrum identisch aus.
Woran könnte es liegen, dass dies bei Isolatoren der Fall ist? Kann man das einfach auf eine ggf. isolierende molekulare Verbindung übertragen?

Gruß
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 2815

Beitrag DrStupid Verfasst am: 05. Jul 2011 21:28    Titel: Antworten mit Zitat

Gast25 hat Folgendes geschrieben:
Woran könnte es liegen, dass dies bei Isolatoren der Fall ist?


Ich tippe einfach mal, dass die durch Absorption angeregten Elektronen ihre Energie da nicht so einfach durch strahlungslose Übergänge abgeben können und deshalb bevorzugt mit derselben Frequenz reemittieren. Im Gleichgewicht wird dann auf dieser Frequenz genauso viel Licht emittiert wie absorbiert - allerdings in alle Richtungen. Makroskopisch führt das zu einer Streuung des Lichts.

Gast25 hat Folgendes geschrieben:
Kann man das einfach auf eine ggf. isolierende molekulare Verbindung übertragen?


Davon würde ich ausgehen. Allerdings gibt es auch in Molekülen strahlungslose Übergänge.
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