Emissionslinien

Emissionslinien sind spektrale Linien, die entstehen, wenn Atome oder Ionen in angeregten Zuständen Photonen abgeben. Sie bilden diskrete Linien im Emissionsspektrum, im Gegensatz zu Absorptionslinien, die durch Lichtabsorption entstehen. Emission kann spontan oder durch äußere Einwirkung wie elektrische Entladung oder thermische Anregung erfolgen.

Der Ursprung liegt in den diskreten Energieniveaus elektronischer Zustände. Die emittierte Photonenergie entspricht der Differenz ΔE zweier Niveaus, ΔE = hν = hc/λ, wodurch jede Linie einer charakteristischen Wellenlänge λ entspricht. In Gasen sind die Linien bei niedrigen Dichten scharf; Wechselwirkungen führen zu Breite und Verschiebungen (z. B. Doppler- oder Druckbreite).

Es unterscheidet man zwischen atomaren Emissionslinien, verursacht durch freibewegte Atome oder Ionen, und molekularen Emissionslinien, die durch Rotations- und Vibrationsübergänge in Molekülen entstehen. Quellen sind Glüh- oder Funkenquellen, Plasmen sowie astrophysikalische Objekte wie Sterne und Nebel, in denen sich das Spektrum durch chemische Zusammensetzung und physikalische Bedingungen ausbildet.

Emissionslinien dienen der Identifikation chemischer Elemente und Ionen sowie der Bestimmung von Temperatur, Dichte und Ionisationszustand eines Emitters. Durch Messung von Linienintensitäten und -verhältnissen lassen sich Zustandsverteilungen und Strahlungskräfte ableiten. Instrumente sind Spektrographen, Monochromatoren und Detektoren mit hoher spektraler Auflösung.

Historisch bedeutsam sind die Arbeiten von Kirchhoff und Bunsen, die 1859 zeigten, dass Elementemission charakteristische Linien liefert und so chemische Analysen in der Spektralanalyse ermöglichen.