Lichtabsorptionsprozessen

Lichtabsorptionsprozesse beschreiben die Interaktion von elektromagnetischer Strahlung mit Materie, bei der Photonenenergie von Materie aufgenommen wird. Die absorbierte Energie regt Quantenzustände an, zum Beispiel elektronische Übergänge in Atomen und Molekülen oder Schwingungs- und Rotationsmoden in Molekülen. In Molekülen führen vibronische Kopplungen zu vibronisch gestaffelten Absorptionsbändern, oft beschrieben nach dem Franck-Condon-Prinzip. In Festkörpern wirkt die Bandstruktur: Elektronen absorbieren Photonen, wenn deren Energie größer oder gleich der Bandlücke ist; dort kann auch die Bildung von Excitonen auftreten.

Quantitativ lassen sich Absorptionsprozesse mit dem Absorptionskoeffizienten α(λ) bzw. der molaren Absorptivität ε(λ) charakterisieren. Unter dem Beer-Lambert-Gesetz nimmt die Intensität I eines durch eine absorbierende Schicht hindurchgehenden Lichts mit I0 ab nach I = I0 exp(-α l) bzw. A = ε c l, wobei c die Konzentration der absorbierenden Spezies und l die Pfadlänge ist. Das Absorptionsspektrum gibt die Abhängigkeit der Absorption von der Wellenlänge wieder.

Nach der Anregung durch Absorption können verschiedene Pfade folgen: schnelle nicht-rituvolle Relaxation (Interne Umlagerung), Intersystem Crossing in nicht-entzündliche Zustände, oder strahlungsgebundene Prozesse wie Wärmeabgabe. Strahlungsprozesse umfassen Fluoreszenz und Phosphoreszenz.

Anwendungen finden sich in der UV-Vis-Spektroskopie, Photovoltaik, Farbstoffchemie, Umweltüberwachung und optischer Sensorik. In der Atmosphäre tragen Absorptionsprozesse wesentlich zur Absorption von UV- und Infrarotstrahlung durch Gase wie Ozon, CO2 und H2O bei.