Spektrometri (lysspektret)

Fysik/kemi · 10. klasse · Undersøgelse

Spektrometri — analyse af lys

Spektrometri = måling af lys' spektrum — dvs. hvilke bølgelængder er til stede. Det er kemiens vigtigste analysemetode.

Princippet

Hvert grundstof udsender specifikke bølgelængder når det er exciteret (fx opvarmet). Dette kaldes et emissionsspektrum.

Omvendt: når hvidt lys passerer gennem et grundstof i gas-form, absorberes specifikke bølgelængder → absorptionsspektrum.

Fingeraftryk: hvert grundstof har unikt spektrum — vi kan identificere grundstoffer fra deres spektrum!

Typer af spektre

Kontinuerte spektre: alle bølgelængder (glødepære, solen's blackbody-spektrum)

Emissionsspektre (linjespektre): diskrete linjer (eksciterede atomer — neonlys)

Absorptionsspektre: sorte linjer i kontinuerligt spektrum (solens lys gennem atmosfæren)

Historisk — Fraunhofers linjer

I 1814 observerede Joseph von Fraunhofer sorte linjer i solens spektrum. I dag ved vi de skyldes absorption af specifikke grundstoffer i solens atmosfære.

Ved at analysere disse linjer kan vi sige hvilke grundstoffer er i solen — uden at have været der!

Byg dit eget spektrometer

Enkel version:

1. Tag en gammel CD (fungerer som diffraktionsgitter)

2. Skær en smal slids i en papkasse

3. Peg slidsen mod lyskilde (lysstofrør, glødepære, sollys)

4. Kig gennem CD'en → se spektrum!

Observer:

• Glødepære: kontinuerligt spektrum
• Lysstofrør: diskrete linjer (kviksølvlamper)
• LED: smal, men intens peak
• Sollys: kontinuerligt med Fraunhofer-linjer (synlige i klart vejr)

Flammeprøver — simpel spektrometri

Forskellige grundstoffer giver forskellige farver i en flamme:

| Grundstof | Flammefarve |

|-----------|-------------|

| Natrium (Na) | Gul |

| Kalium (K) | Lilla |

| Calcium (Ca) | Orange-rød |

| Kobber (Cu) | Grøn-blå |

| Lithium (Li) | Karmin-rød |

| Barium (Ba) | Grøn |

| Strontium (Sr) | Rød |

Fyrværkeri bruger præcis disse grundstoffer til at få forskellige farver!

Anvendelser af spektrometri

Astronomi:

• Identificere grundstoffer i fjerne stjerner og galakser
• Måle temperatur, tæthed
• Rødforskydning → universets udvidelse
• Dopplermåling → planeters bevægelse om stjerner (exoplaneter!)

Kemi:

• IR-spektrometri: molekyle-struktur (funktionelle grupper)
• NMR: atomer-sammenhæng (revolutionerede organisk kemi)
• Massespektrometri: molekylvægt

Medicin:

• Blodanalyse (spektrofotometer)
• MRI (nuklear magnetisk resonans)
• Forbrændingsanalyse (CO₂ i blod)

Miljø:

• Luftkvalitet (NO₂, O₃, CO)
• Vandanalyse
• Fjernmåling af pesticider

James Webb-teleskopet og spektrometri

JWST tager spektre af exoplaneters atmosfærer for at finde:

• Vanddamp (H₂O)
• Kuldioxid (CO₂)
• Metan (CH₄) — potentielt biosignatur!
• Ilt (O₂) — måske liv?

Læringsmål

• Forklare princippet bag spektrometri (emission, absorption)
• Skelne kontinuerte, emission- og absorptionsspektre
• Bygge et simpelt spektrometer med CD
• Identificere grundstoffer ud fra flammeprøver og spektrum
• Forstå hvordan spektrometri bruges i astronomi (Fraunhofer, rødforskydning)
• Nævne anvendelser inden for kemi, medicin og miljø

Projekt: Spektrometer og stjerneanalyse

Byg et simpelt CD-spektrometer. Observer mindst 3 forskellige lyskilder (glødepære, lysstofrør, LED, sollys). Tegn hvert spektrum og identificer typer (kontinuerligt vs. linje).

Udvidet: lav en flammeprøve for Na, K, Cu, Ca. Hvilke grundstoffer er i forskellige typer af salt i hjemmet (bordsalt, soda, bagepulver)?

Brobygning: Spektrometri er kerneværktøj i alle naturvidenskabelige laboratorier. STX kemi A og fysik A går meget dybere (IR, NMR, massespektrometri). Karriereveje: analytisk kemiker, astronom, farmaceut (kvalitetskontrol).