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Spektral|analyse,

 

1) mathematische Statistik und Ökonometrie: Verfahren zur Schätzung der Spektraldichte eines stationären Prozesses (stationär). Die Spektralanalyse findet u. a. bei der statistischen Untersuchung von Zeitreihen Anwendung.

 

 2) spektro|chemische Analyse, physikalische Chemie: analytisches Verfahren zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Stoffen mithilfe spektroskopischer Verfahren. - Ausgehend von der klassischen Spektralanalyse, bei der die Spektralanalyse auf den Nachweis einzelner chemischer Elemente aus den Spektren des ultravioletten, sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereiches (optische Atomspektralanalyse) beschränkt war, haben sich zahlreiche Methoden entwickelt, denen überwiegend die Absorption und Emission elektromagnetischer Strahlung zugrunde liegt. Da die Spektralanalyse ihrer Zielsetzung nach eine Anwendung der Spektroskopie darstellt, ist eine Unterscheidung beider Begriffe nicht immer möglich.

 

Bei der Emissionsspektralanalyse müssen die Atome verdampft und Elektronen in einen angeregten Zustand überführt werden. Beim Zurückfallen der Elektronen auf niedere Energieniveaus werden die Energiedifferenzen als elektromagnetische Strahlung mit bestimmter Wellenlänge emittiert. Die intensivsten Spektrallinien dienen als Analysenlinien. Alkali- und Erdalkalimetalle lassen sich schon durch die Flamme eines Bunsenbrenners verdampfen und anregen. Die Wellenlänge der Analysenlinien liegt im sichtbaren Bereich des Spektrums, z. B. Natrium 589,3 nm (gelb), Barium 524,2 und 513,7 nm (grün). Für schwerer anregbare Elemente werden elektrische Lichtbögen (z. B. für Spurenanalyse von Gesteinen), Funkenentladungen (z. B. für metallische Werkstoffe), Glimmentladungen, Laser oder induktiv gekoppelte Hochfrequenzplasmen verwendet. Moleküle werden über ihre charakteristischen Schwingungs- und Rotationsspektren mit Infrarot-, Mikrowellen- und Raman-Spektrometern nachgewiesen. Festkörper können anhand ihrer chemischen Bindungsverhältnisse (z. B. durch Photoelektronenspektroskopie), ihrer elektronischen Anregungszustände wie der Bandstruktur und ihrer Gitterschwingungen identifiziert werden. - Bei der Absorptionsspektralanalyse werden die durch eine feste, flüssige oder gasförmige Substanz bei bestimmten Wellenlängen absorbierten Strahlungsanteile sowie die Stärke der Absorption bestimmt. Das resultierende Absorptionsspektrum lässt entsprechende Schlüsse wie das Emissionsspektrum zu. - Die Fluoreszenzspektralanalyse nutzt die Emission, die durch Bestrahlung mit einer intensiven Lichtquelle (z. B. Spektrallampe, Laser) in der Probe angeregt wird, zum analytischen Nachweis aus, ohne dass die Atome verdampft werden. - Die entsprechenden Spektren werden mit Spektralapparaten registriert und ausgewertet; aus der Lage der Spektrallinien kann auf die qualitative, aus ihren Intensitäten auf die quantitative Zusammensetzung der Probe geschlossen werden. Die Anregung mit fokussierter Laserstrahlung ermöglicht die Emissions- und Fluoreszenzspektralanalyse mit einer örtlichen Auflösung bis herab zu etwa 1 μm (Laser-Mikroanalyse).

 

Die erste Anwendung von Linienspektren für die chemische Analyse erfolgte 1859 von G. Kirchhoff, der mit R. W. Bunsen 1861 durch Spektralanalyse die Elemente Cäsium und Rubidium entdeckte. Nach der Entwicklung von Lichtbogenlampen mit Temperaturen von über 5 000 K gelang 1885 J. J. Balmer erstmals die Beobachtung des Wasserstoffspektrums.