atomspektroskopi

Atomspektroskopi er metoder til undersøgelser af atomspektre. Atomspektroskopi benytter sig af forskellige metoder til frembringelse af lys fra atomer, instrumenter til sortering af det udsendte lys efter bølgelængden, dvs. frembringelse af spektre, analyse af disse spektre samt teoretiske modeller.

Atomer bringes til at lyse ved at elektrontilstande anslås; dette kan ske fx i lysstofrør, lysbuer, gnistudladninger (som fx i lyn og tændrør), gasbrændere, plasmaer eller ved elektronstød (som i Frank-Hertz' forsøg). Beam-foil-metoden er en nyere teknik baseret på ionstråler. Disse metoder er alle Doppler-begrænsede, dvs. begrænsede af atomernes termiske bevægelser, der resulterer i en "udtværing" af lysudsendelsen af en gruppe atomer sammenlignet med lysudsendelsen fra ét atom, der ligger helt stille. Laser-induceret fluorescens kan eliminere Doppler-udtværingen og derved give en meget højere spektral opløsning.

Temperaturen af lyskilden bestemmer sammensætningen af det udsendte lys. Temperaturer omkring 2000 K resulterer i lys udsendt fra de neutrale atomer i plasmaet, mens temperaturer omkring 4000-5000 K vil favorisere produktion af lys fra enkeltladede ioner. Solens og stjernernes overflader har temperaturer af denne størrelsesorden. Solens atomspektrum består derfor hovedsagelig af lys fra enkeltladede ioner. Det udsendte lys sorteres i spektrometre (vha. prismer eller gitre) og detekteres af en fotomultiplikator, fotodiode eller et bolometer. Moderne detektorer er så følsomme, at lys fra få atomer kan måles.

De resulterende atomspektre er oftest meget sammensatte; mange ionisationstrin og forureninger komplicerer således analysen af dem. En spektroskopisk analyse kan sammenlignes med konstruktion af en stor krydsord. 1000-500000 spektrallinjer skal indpasses i et mønster af få tusinde elektrontilstande, hvis energier ikke er kendte. Serier, regulariteter og intensiteten af den enkelte linje indgår i analysen. Spektroskopikeren tilhører dog en uddøende race, fordi store computere har overtaget arbejdet. Computeren fodres med en generel matematisk model, Hamiltonoperatoren, der løses i forskellige approksimationer (kaldet Harttre-Fock og Dirac-Fock).

Atomspektroskopi blomstrede i perioden 1900-1960 og var medvirkende til fødslen af den moderne kvantemekanik. Centrene for atomspektroskopi var Lund i Sverige, Zeeman-Laboratoriet i Amsterdam, Orsay i Paris og Argonne og Los Alamos National Laboratories i USA. Alle atomare spektre samles i NIST i Washington, D.C., hvor de klassificeres og tabelleres. NIST udgiver de resulterende kritiske kompilationer over atomspektre for alle grundstoffer og ionisationstrin.