In der Physik wird unter Absorption (Substantivierung von Lat. absorbere = verschlingen, aufsaugen) der Vorgang verstanden, bei der die Energie von Wellen (elektromagnetische Strahlung, Schallwellen) oder Teilchen (Partikelstrom) von Materie aufgenommen wird.

Absorption von Licht

Bei der Absorption von Licht wird die Energie eines Photons z.B. von einem Elektron, meistens aber von einem Molekül mit einem System aus konjugierten Doppelbindungen (delokalisierte π-Elektronen), aufgenommen. Das so angeregte Elektron erreicht so einen höheren Energiezustand.

Die sogenannten chromophoren (farbtragenden) Systeme der Elektronen im Farbmittel schwingen also quasi „im Takt“ der Lichtwelle. Die Schwingungsenergie wird dann letztendlich in Wärme umgewandelt (Charge-Transfer-Übergänge) und die Elektronen fallen in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Ist die aufgenommen Strahlungsenergie zu hoch, können die Bindungen auch „reißen“ und das Farbmittel wird zerstört.

Anmerkung: Wird statt der Umwandlung in Wärme wieder ein Photon (mit einer längeren Wellenlänge, d.h. energieärmer) emittiert, spricht man von Fluoreszenz.

Extinktion

Neben der Absorption werden weitere abschwächende Effekte wie Streuung oder Reflexion in der Optik unter dem Begriff Extinktion (oder Absorbanz) subsumiert.

Das sogenannte Lambert-Beer’sche Gesetz beschreibt diese (Wellenlängen abhängige) Abschwächung der Intensität einer Strahlung bei dem Durchgang durch ein Medium mit absorbierenden Substanzen, in Abhängigkeit von deren Konzentration und der Schichtdicke.

Wirkungsweise

Die Absorption von Licht macht ein Objekt dunkel oder undurchsichtig für spezifische Wellenlängen des Lichts. Glas und Wasser sind undurchsichtig für ultraviolettes Licht, aber transparent für sichtbares Licht (oberhalb von etwa 400 nm).

Wenn ein Material Licht bestimmter Wellenlängen des Spektrums absorbiert, werden sie logischerweise nicht gleichzeitig wie die anderen Wellenlängen reflektiert, und im Auge des Betrachters kommen nur letzter an.

Beispiele

  • Eine rote Tomate reflektiert hauptsächlich den Anteil des roten Lichts, während Grün und Blau absorbiert werden. Verantwortlich ist das Pigment Lycopin (E 160d), ein Carotinoid, das Licht der Wellenlänge 450nm bis 550nm absorbiert.
  • Die Blätter grüner Pflanzen nutzen zur Photosynthese ein Pigment namens Chlorophyll, das die blauen und roten Wellenlängen des Spektrums absorbiert und Grün reflektiert.
  • Die Häm-Gruppe im Hämoglobin ist beispielsweise ein Chromophor, das Licht im Bereich zwischen 520 bis 600 nm absorbiert (also blau bis grün) und daher rot erscheint.
  • Substanzen in einem transparenten Medium, die eine bestimmte Wellenlänge oder ein bestimmtes Wellenlängenband absorbieren, werden als Filter bezeichnet.

Merke: Farbe ist keine physikalische Eigenschaft des Lichts (auch wenn die Wellenlänge eine solche ist), sondern eine Perzeption.

Farbstärke

  • Die Wellenlänge der absorbierten Lichtwellen bestimmt den Buntton sowie die koloristische Reinheit des Farbmittels.
  • Der Grad des absorbierten Lichtes bestimmt die Farbstärke.

Bei der Unterkategorie der löslichen Farbstoffe (siehe Farbmittel) hängt die Farbstärke nur an der chemischen Reinheit (und natürlich der Konzentration im Medium).

 

Bei der Unterkategorie der Pigmente hängt die Farbstärke insbesondere am durchschnittlichen Durchmesser und der Verteilungsdichte des Pigmentes im Medium ab.

  • Wenn die Pigmente einerseits relativ groß sind und gleichzeitig nicht so häufig im Medium vorkommen, trifft ein Teil der Lichtstrahlen auf gar kein Pigment.
  • Wenn die Pigmente so klein sind, das sie für das Licht mehr oder weniger transparent werden, tritt der gewünschte Effekt der Absorption nur abgeschwächt auf.

Beide Verhältnisse führen zu einem mehr oder weniger deutlichen Verlust der Farbstärke. Ein Pigment kann nur dann seine charakteristischen optischen Eigenschaften optimal entfalten, wenn der sowohl der durchschnittliche Durchmesser als auch die Verteilung im Medium (Dispergierung) bei der Herstellung entsprechend eingestellt werden.

 

Nota bene: Die Absorption ist nicht zu verwechseln der Adsorption (Substantivierung von Lat. absorbere = (an)saugen). Adsorption bezeichnet die Anreicherung von Stoffen aus Gasen oder Flüssigkeiten an der Oberfläche eines Festkörpers. So wird z.B. Aktivkohle als Adsorptionsmittel zur Entfernung unerwünschter Farb-, Geschmacks- oder Geruchsstoffe eingesetzt.