Wie funktioniert Extinktion?

Extinktion funktioniert, indem man misst, wie stark die Lichtintensität beim Durchgang durch ein Medium abnimmt. Dazu vergleicht man die Intensität vor dem Medium mit der Intensität danach und beschreibt die Abschwächung über den Logarithmus ihres Verhältnisses. Ursachen sind vor allem Absorption und Streuung.

Was ist der Unterschied zwischen Extinktion und Extinktionskoeffizient?

Extinktion ist die gemessene, dimensionslose Abschwächung der Lichtintensität für eine konkrete Probe und Messanordnung. Der Extinktionskoeffizient ist dagegen eine Kenngröße, die angibt, wie stark eine Substanz bei gegebener Wellenlänge pro Konzentration und Weglänge absorbiert. Deshalb hat eine Einheit, Extinktion nicht.

Was bedeutet eine Extinktion von 1?

Eine Extinktion von 1 bedeutet, dass das Verhältnis der Intensitäten gleich 10 ist. Damit kommt hinter dem Medium nur noch ein Zehntel der ursprünglichen Lichtintensität an, also . Das entspricht einer Transmission von 10%.

Was bedeutet ein hoher molarer Extinktionskoeffizient?

Ein hoher molarer Extinktionskoeffizient bedeutet, dass die Substanz Licht bei dieser Wellenlänge sehr stark absorbiert. Dann erzeugen schon kleine Konzentrationen oder kurze Weglängen eine deutlich größere Extinktion als bei Stoffen mit kleinem . Vergleiche sind nur sinnvoll, wenn Wellenlänge und Bedingungen gleich sind.

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Extinktionskoeffizient

Wichtige Inhalte in diesem Video

Extinktionskoeffizient einfach erklärt

(00:11)

Extinktionskoeffizient im Bereich Chemie

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Extinktionskoeffizient im Bereich Optik

(03:19)

Du bist beim Lernen gerade über den Extinktionskoeffizient gestolpert und fragst dich, was dieser genau beschreibt und für was er eingesetzt wird. Kein Problem! In diesem Beitrag erklären wir dir, was der Extinktionskoeffizienten ist, wie du seine Einheit bestimmst und ihn berechnen kannst.

Du möchtest kurz ein wenig abschalten und den Extinktionskoeffizienten leicht verständlich erklärt bekommen? Dann schau unser Video dazu an.

Inhaltsübersicht

Extinktionskoeffizient einfach erklärt

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(00:11)

Der Extinktionskoeffizient ist ein Maß, das angibt, wie stark sich elektromagnetische Strahlung beim Durchqueren eines Mediums abschwächt.

Merke

Er ist abhängig von der Weglänge, welche die Strahlung im Medium zurücklegt und von der Stoffmengenkonzentration.

Prozesse die zur Abschwächung der Strahlung führen, sind zum Beispiel die Streuung und die Absorption. Der Extinktionskoeffizient tritt häufig in Bezug mit der Photometrie oder der UV/VIS-Spektroskopie auf.

Extinktionskoeffizient im Bereich Chemie

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(00:43)

In der Chemie wird der Extinktionskoeffizient $\varepsilon$ auch molarer, dekadischer Extinktionskoeffizient oder molarer Absorptionskoeffizient genannt. Er beschreibt, wie viel Strahlung von einer bestimmten Substanz bei einer Weglänge von 1cm im Medium absorbiert wird. Berechnen lässt er sich mit Hilfe des Lambert Beerschen Gesetzes .

$E_{\lambda} = \varepsilon \cdot c \cdot d$

$\Leftrightarrow \varepsilon = \frac{E_{\lambda}}{c \cdot d}.$

Hierbei ist $E_{\lambda}$ die Extinktion, welche die Abschwächung der Intensität angibt. Sie ist definiert über den Logarithmus des Verhältnisses von der Intensität der einfallenden Strahlung I_0 und der Intensität der ausfallenden Strahlung I_1 . Die Intensität der einfallenden Strahlung wird dabei vor dem Durchqueren des Mediums gemessen und die Intensität der ausfallenden Strahlung nach dem Durchqueren des Mediums. Genaueres findest du in unserem Beitrag zum Lambert Beerschen Gesetz . Des Weiteren repräsentiert die Variable in der oberen Formel die Stoffmengenkonzentration der Lösung und die Schichtdichte der Küvette, in welcher sich die Substanz befindet.

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Extinktionskoeffizient Einheit

Da die Stoffmengenkonzentration häufig in der Einheit $\left[ \frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l}}\right]$ angegeben wird und die Dicke der Küvette in $\left[ \mathrm{cm}\right]$ , ergibt sich mit der dimensionslosen Extinktion nach der oberen Formel die Einheit des Extinktionskoeffizienten durch Liter pro Mol und Zentimeter

$\left[ \frac{\mathrm{l}}{\mathrm{mol} \cdot \mathrm{cm}} \right].$

Man kann die Stoffmengenkonzentration aber auch in der Einheit $\left[\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{cm}^3} \right]$ angegeben. Damit ergibt sich für den Extinktionskoeffizienten dann die Einheit

$\left[\frac{\mathrm{cm}^2}{\mathrm{mol}} \right].$

Molarer Extinktionskoeffizient

Der Molare Extinktionskoeffizient ist von verschiedenen Parametern abhängig, wie zum Beispiel von der Wellenlänge der Strahlung oder dem pH-Wert. Deshalb wird er immer in Bezug zur Wellenlänge angegeben.

Extinktionskoeffizient, Molar, Wellenlänge — Molarer Extinktionskoeffizient Wellenlänge

Extinktionskoeffizient im Bereich Optik

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(03:19)

Auch im Bereich der Optik tritt der Extinktionskoeffizient auf. Hier ist er über den Imaginärteil des Brechungsindexes $\hat{N} = n-\mathrm{i}k$ definiert. repräsentiert dabei den reellwertigen Brechungsindex. Der Brechungsindex ist allgemein eine dimensionslose Größe, welche das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit von elektromagnetischer Strahlung im Vakuum und der Geschwindigkeit im betrachteten Medium angibt. Betrachtet man eine Grenzfläche zweier verschiedener Medien, die einen unterschiedlichen Brechungsindex haben, dann wird Licht an der Grenzfläche gebrochen und reflektiert. Der Extinktionskoeffizient hängt dabei auch wieder von verschiedenen Faktoren, wie Wellenlänge der Strahlung, Temperatur, Kristallstruktur des Materials und noch mehr ab. Außerdem steht der Extinktionskoeffizient , der reelle Brechungsindex und der Absorptionskoeffizient $\kappa$ miteinander in Relation

$k = n \cdot \kappa.$

Extinktionskoeffizient berechnen

Im Folgenden wird gezeigt, was der imaginäre Brechungsindex physikalisch beschreibt und bewirkt. Dafür betrachten wir ein Beispiel mit ebenen Wellen. Eine ebene Welle kann durch folgende Gleichung beschrieben werden

$E(x,t) = E_0 \cdot e^{\mathrm{i}(\omega t -kx)}.$

Dabei steht $\omega$ für die Frequenz und für die Zeit. Eine ebene Welle beschreibt eine senkrecht zur Ausbreitungsrichtung ausgedehnte Welle im dreidimensionalen Raum. Dabei ist die Wellenfront eine Ebene. Drückt man den Extinktionskoeffizienten mit der Phasengeschwindigkeit aus

$k = \frac{\hat{N} \cdot \omega}{c}$

und setzt dies in die ebene Wellengleichung ein, erhält man

$E(x,t) = E_0 \cdot e^{\mathrm{i}\left(\omega t-\frac{\hat{N}\cdot \omega}{c}x\right) } \quad\quad \text{mit } \hat{N} = n-\mathrm{i}k$

$\Leftrightarrow E(x,t)= E_0\cdot e^{\mathrm{i}\left( \omega t - \frac{n \omega}{c}x+\frac{\mathrm{i}k\omega}{c}x\right)}$

$\Leftrightarrow E(x,t)= E_0 \cdot e^{\mathrm{i}\left(\omega t-\frac{n\omega}{c}x \right)- \frac{k \omega}{c}x}$

$\Leftrightarrow E(x,t)=\underbrace{E_0 \cdot e^{-\frac{k \omega}{c}x}}_{(*)} \cdot e^{\mathrm{i} \left( \omega t- \frac{n \omega }{c}x \right)}.$

Der Term (*) beschreibt dabei die Amplitude der Welle in Abhängigkeit der Eindringtiefe . Hieran kann man sehr gut erkennen, wenn der Extinktionskoeffizient positiv ist, also k>0 , dann nimmt die Amplitude der elektromagnetischen Welle beim Durchqueren des Mediums exponentiell ab.

Extinktionskoeffizient berechnen Beispiel

Angenommen, man betrachtet eine Küvette mit einer Breite von 1cm, in der sich eine Substanz mit der Dichte $c=10^{-1}\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l}}$ befindet. Erhält man anschließend durch Messung der Intensität des Lichts vor der Küvette und hinter der Küvette eine Extinktion von $E_{\lambda}= 0,9,$ so lässt sich der Extinktionskoeffizient mit der obigen Formel berechnen durch

$\varepsilon = \frac{E_{\lambda}}{c \cdot d}= \frac{0,9}{10^{-1}\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l}} \cdot 1\mathrm{cm}}= 9\frac{\mathrm{l}}{\mathrm{mol \cdot cm}}.$

Extinktionskoeffizient — häufigste Fragen

(ausklappen)

Wie funktioniert Extinktion?

Extinktion funktioniert, indem man misst, wie stark die Lichtintensität beim Durchgang durch ein Medium abnimmt. Dazu vergleicht man die Intensität vor dem Medium mit der Intensität danach und beschreibt die Abschwächung über den Logarithmus ihres Verhältnisses. Ursachen sind vor allem Absorption und Streuung.
Was ist der Unterschied zwischen Extinktion und Extinktionskoeffizient?

Extinktion ist die gemessene, dimensionslose Abschwächung der Lichtintensität für eine konkrete Probe und Messanordnung. Der Extinktionskoeffizient $\varepsilon$ ist dagegen eine Kenngröße, die angibt, wie stark eine Substanz bei gegebener Wellenlänge pro Konzentration und Weglänge absorbiert. Deshalb hat $\varepsilon$ eine Einheit, Extinktion nicht.
Was bedeutet eine Extinktion von 1?

Eine Extinktion von 1 bedeutet, dass das Verhältnis der Intensitäten gleich 10 ist. Damit kommt hinter dem Medium nur noch ein Zehntel der ursprünglichen Lichtintensität an, also $I_1 = 0{,}1\,I_0$ . Das entspricht einer Transmission von 10%.
Was bedeutet ein hoher molarer Extinktionskoeffizient?

Ein hoher molarer Extinktionskoeffizient bedeutet, dass die Substanz Licht bei dieser Wellenlänge sehr stark absorbiert. Dann erzeugen schon kleine Konzentrationen oder kurze Weglängen eine deutlich größere Extinktion als bei Stoffen mit kleinem $\varepsilon$ . Vergleiche sind nur sinnvoll, wenn Wellenlänge und Bedingungen gleich sind.

Spektroskopie verstehen

Der Extinktionskoeffizient gehört zur Spektroskopie und ist eine wichtige Größe bei der Beschreibung von Licht in Stoffen. Wer sich mit Spektroskopie beschäftigt, vergleicht zum Beispiel, wie stark verschiedene Stoffe Licht bei bestimmten Wellenlängen absorbieren oder durchlassen. Dabei wird klar, wie Licht, Konzentration und Materialeigenschaften zusammenhängen und warum Messwerte von der Wellenlänge abhängen. Weitere Videos dazu findest du in unserem Chemiebereich.

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