Ein neues Werk über Infrarotspektroskopie setzt dort an, wo alle bisherigen aufhören: Der Jenaer Wissenschaftler PD Dr. Thomas Mayerhöfer hat das erste Buch über Infrarotspektroskopie verfasst, das Spektren und ihre Besonderheiten ausschließlich mithilfe von Wellenoptik und Dispersionstheorie erklärt. Bisherige Ansätze haben hauptsächlich auf der Lambert-Beerschen Näherung beruht und die wellenoptische Theorie vernachlässigt. Das Buch „Wave Optics in Infrared Spectroscopy: Theory, Simulation, and Modeling“ räumt mit dieser Vereinfachung auf und öffnet den Blick für unentdeckte Potenziale der Infrarotspektroskopie.

Die Infrarotspektroskopie ist seit über 120 Jahren bekannt und wurde vor etwa 60 Jahren zu einer Routinemethode. Die ersten Bücher über Infrarotspektroskopie wurden vor fast 100 Jahren veröffentlicht und haben seither zahlreiche Nachfolger gefunden. Alle bisherigen Ansätze basieren auf der Lambert-Beerschen Näherung, während die viel fortschrittlichere wellenoptische Theorie nur gelegentlich einbezogen wurde. Die Dominanz der Lambert-Beerschen Näherung ist bemerkenswert, da die Wellenoptik und die moderne Dispersionstheorie etwa zur gleichen Zeit wie die Infrarotspektroskopie entwickelt wurden.

Die Lambert-Beersche Näherung ist eine einfache Formel, die beschreibt, wie Lichtintensität in einem Medium abnimmt und wie diese Abnahme von der Konzentration abhängt. Sie berücksichtigt jedoch nicht die komplexeren optischen Phänomene wie Reflexion, Interferenzen und Streuung, die durch Wellenoptik genauer beschrieben werden können. 

 „Es gibt viele so genannte Artefakte in Infrarotspektren, die nur durch Wellenoptik und Dispersionstheorie erklärt werden können”, erklärt Autor PD Dr. Thomas Mayerhöfer vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) und der Universität Jena. „Die Lambert-Beersche Näherung ist eine starke Vereinfachung und verstellt den Blick auf die Fülle der Möglichkeiten der Infrarotspektroskopie. Ich hoffe, dass mein Buch dazu beiträgt, diese Möglichkeiten zu realisieren”. Thomas Mayerhöfer ist ein ausgewiesener Experte für spektroskopische Theorie und hat mit über 100 veröffentlichten Fachartikeln zur Weiterentwicklung der IR-Spektroskopie beigetragen.

Künftiges Standardwerk für die Infrarotspektroskopie

Prof. Isao Noda, Erfinder der Zwei-Dimensionalen (2D) Korrelationsspektroskopie, verfasste das Vorwort zu Mayerhöfers Buch und prognostiziert, dass es zum Standardwerk der Infrarotspektroskopie avancieren wird: „Es ist eine unverzichtbare Quelle für alle, die ein tiefes Verständnis dieser wichtigen Methode entwickeln wollen.“

„Wave Optics in Infrared Spectroscopy: Theory, Simulation, and Modeling“ behandelt in 16 Kapiteln grundlegende und fortgeschrittene Themen wie starke Kopplung, Mikrohomogenität und -heterogenität, optische Anisotropie und Schwingungszirkulardichroismus. Es soll den Übergang von der Lambert-Beerschen Näherung zur Wellenoptik und Dispersionstheorie erleichtern.

 

Blick ins Buch: Hier geht es zum Inhaltsverzeichnis und einzelnen Kapiteln.

Thomas G. Mayerhöfer: Wave Optics in Infrared Spectroscopy. Theory, Simulation, and Modeling. June, 2024. Elsevier – Health Sciences Division.
Paperback ISBN: 978-0-443-22031-9; eBook ISBN: 978-0-443-22032-6