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Photometrie - Glossar

Lichtquellen

 
Deuterium (D2)
Deuterium-Lampen emittieren Licht im UV-Bereich (190 - 370 nm). Um das komplette Spektrum welches zur Analyse von Wasserproben notwendig ist abzudecken werden Deuterium-Lampen meist mit Wolfram-Halogenlampen kombiniert.

Wolfram-Halogenlampen
Wolfram-Halogenlampen emittieren Licht im sichtbaren Bereich und im anschließenden nahen Infrarotbereich (320 - 1100 nm). Um den UV-Bereich mit abzudecken muss diese Lichtquelle mit einer UV-Lichtquelle wie z.B. einer Deuterium-Lampe kombiniert werden.

Xenon-Blitzlampe
Xenon-Blitzlampen decken sowohl den UV als auch den sichtbaren (Vis) Bereich des elektromagnetischen Spektrums ab (190 - 1100 nm).

Licht Emittierende Dioden (LED)
LEDs emittieren Licht einer einzelnen Wellenlänge mit einer gewissen Bandbreite. LEDs sind extrem robust und verbrauchen sehr wenig Energie. Aus diesen Gründen werden sie oft in tragbaren Instrumenten zur Messung von einem oder einigen wenigen Parametern eingesetzt (Pocket Colorimeter).

Pocket Colorimeter: Dokumente, Datenblätter, Downloads und weitere wichtige Informationen finden Sie hier.


Methoden Photometrischer Messungen

Einzel-Wellenlängenmessungen
Bei Einzelwellenlängenmessungen wir die Absorption oder Transmission bei einer einzelnen Wellenlänge bestimmt. Einzelwellenlängenmessungen können mit allen Hach Spektrophotometern durchgeführt werden.

Mehrfach-Wellenlängenmessungen
Bei einer Mehrfach(Multi)-Wellenlängenmessung wird die Absorption oder Transmission der Probe bei mehreren Wellenlängen bestimmt. Durch den Vergleich der Absorptionswerte von zwei oder mehr Wellenlängen können beispielsweise Plausibilitätsprüfungen oder Prüfungen auf Reinheit der Probe durchgeführt werden.

Konzentrationsbestimmungen
Basierend auf dem Lambert-Beer’schen Gesetz ist die Konzentration eines Analyten proportional zu seiner spezifischen Absorption.  Um die Konzentration eines Analyten zu bestimmen, muss die gemessene Absorption mit einem zuvor bestimmten Faktor verrechnet werden. Hierzu muss vor der Bestimmung der Konzentration in einer unbekannten Probe eine Kalibrierkurve mit Standards bekannter Konzentration aufgenommen werden. Bei der Verwendung von Barcode-Tests (LCK) ist die entsprechende Standardkurve bereits im Gerät hinterlegt und die Konzentrationsbestimmung erfolgt vollkommen automatisch.

Kinetische Messungen (Zeit-Scan)
Bei kinetischen- oder Zeit-Messungen wird die Absorption einer Probe bei einer bestimmten Wellenlänge über einen bestimmten Zeitraum in definierten Intervallen vermessen. Diese Art der Messung wird durchgeführt, wenn eine zeitliche Veränderung der Probe, z.B. bei enzymatischen Reaktionen, gemessen werden soll. Darüber hinaus können kinetische Messungen bei der Entwicklung von eigenen Methoden hilfreich sein, um die optimale Reaktionszeit z.B. der Bildung des Analyt-Indikator-Komplexes zu bestimmen.

Aufnahme eines Spektrums (Wellenlängen-Scan)
Bei einem Wellenlängen-Scan wird die Absorption oder Transmission einer Probe innerhalb eines definierten Wellenlängenbereichs gemessen, wodurch man ein Spektrum erhält. Jede chemische Substanz weist ein für sie charakteristisches Spektrum auf. Spektren können benutzt werden, um die optimale Wellenlänge eines Probensystems für eine quantitative Analyse zu bestimmen, oder um Substanzen auf Reinheit zu überprüfen. Letzeres setzt voraus, dass ein Spektrum der reinen Probe zur Verfügung steht, mit dem die erstellten Spektren verglichen werden können.


Optische Konfiguration

Einstrahlphotometer
Einstrahlphotometer stellen die einfachste mögliche optische Konfiguration dar. Ausgehend von der Lichtquelle passiert der Lichtstrahl die Probe und trifft anschließend auf den Detektor. Nach dem Vermessen einer Referenzprobe zur Bestimmung des Nullwertes wird die eigentliche Probe gemessen. In einem Einstrahlphotometer können energetische Schwankungen und somit Schwankungen der Lichtintensität nur schlecht kompensiert werden, weswegen diese Instrumente im Allgemeinen eine geringere Genauigkeit aufweisen als aufwändigere Photometer.

Referenzstrahlphotometer
Referenzstrahlphotometer, (eng.: reference beam oder split beam) basieren auf der Referenzstrahltechnik. Ausgehend von der Lichtquelle wird das Licht in zwei Strahlen aufgeteilt. Der eine Strahl passiert die Probe und trifft auf den Hauptdetektor, der andere Lichtstrahl trifft auf einen zweiten Detektor, das sogenannte Referenzelement. Durch das Referenzelement werden Schwankungen in der Energieversorgung kompensiert und somit die Qualität der Messungen verbessert. Bei einem Referenzstrahlphotometer muss zunächst die Referenzprobe vermessen werden um den Nullwert zu bestimmen, bevor die eigentlichen Proben vermessen werden. Bei Verwendung von Barcode-Reagenzien (LCK) sind die Nullwerte und Kalibrierkurven bereits im Gerät hinterlegt, und müssen nicht vor der Messung bestimmt werden.

Zweistrahlphotometer
Bei einem Zweistrahlphotometer wird das Licht in zwei Strahlen aufgeteilt. Der eine Strahl passiert die die Referenzprobe, der andere passiert die eigentliche Probe. Beide Proben werden quasi simultan vermessen, was zum einen energetische Schwankungen zum anderen aber auch Veränderungen der Probenmatrix ausgleicht. Dies ist hauptsächlich bei biologischen Proben von Vorteil, die häufig nur eine begrenzte Stabilität aufweisen.

Spektrale Bandbreite
Um aus dem Wellenlängenkontinuum einer Wolfram-Halogenlampe Licht einer einzelnen Wellenlänge herauszufiltern, wird ein sogenannter Monochromator eingesetzt. Das Licht welches aus dem Monochromator austritt, besteht jedoch nicht nur aus einer einzigen Wellenlänge, sondern weist eine gewisse Bandbreite an Wellenlängen auf. Die Intensitätsverteilung der Wellenlängen folgt hierbei der  Gaußschen Normalverteilung. Die spektrale Bandbreite ist die Halbwertsbreite der spektralen Intensitätsverteilung (Breite auf halber Höhe der Intensitätsverteilung). Eine geringe spektrale Bandbreite verbessert die Auflösung bei der Aufnahme von Spektren, gleichzeitig wird aber auch die Empfindlichkeit deutlich reduziert, da die Energie- bzw Licht-Menge welche den Detektor erreicht abnimmt, was zu einem schlechteren Signal-Rausch-Verhältnis führt. Für eine quantitative Analyse, beispielsweise in der Wasseranalytik, sind Bandbreiten ≥ 2nm vorteilhaft.


Spektrophotometer Zubehör und Datenmanagement

Sipper (Schlauchpumpe)
Der Sipper (SIP 10) kombiniert mit entsprechenden Durchflussküvetten ermöglicht das schrittweise Vermessen von Proben ohne die Küvette tauschen zu müssen. Das System wird zum Beispiel bei der Überwachung von Produktionsprozessen eingesetzt, wo in regelmäßigen Abständen, oder angestoßen durch ein externes Signal, Proben direkt aus dem Produktionsstrom vermessen werden. Weiterhin ist das System vorteilhaft bei der Vermessung von toxischen Proben (geschlossenes System)  oder bei Test mit extrem niedrigen Messbereich, da durch das Verbleiben der Küvette im Gerät die Empfindlichkeit erhöht werden kann.

Drucken
Drucken kann über die USB-Verbindung direkt vom Gerät aus erfolgen. Mit Ausnahme von sogenannten „host-based” Druckern, welche zum Drucken Speicher und Rechenleistung des angeschlossenen Computers benötigen, können alle USB-Drucker zum Drucken verwendet werden.

Speichern von Daten
Primärdaten werden üblicherweise in einem proprietären Datenformat auf dem Gerät gespeichert. Hierdurch sind die Daten sicher vor Manipulationen geschützt.

Export von Daten
Daten können je nach Instrument über eine USB oder eine Ethernet-Verbindung in verschiedenen Formaten (CSV, XML) exportiert werden. Der Export via USB erfordert eine entsprechende auf dem Zielrechner installierte Software, ein Export der Daten auf einen USB-Massenspeicher (USB-Stick) ist direkt vom Gerät aus möglich. Bei Verwendung einer Ethernet-Verbindung (LAN) können die Daten an einem beliebigen, am Gerät zu definierenden Zielordner innerhalb des Netzwerkes abgelegt werden.

Wellenlängenbereich

 
Visible (Vis)
Ein Vis (visible – sichtbar) Photometer oder Kolorimeter deckt den sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums ab (340 - 750 nm). Die meisten Hach Spektrophotometer (DR 3900, DR 6000) decken darüber hinaus auch den Bereich des nahen Infrarots bis 1100nm ab.

UV/ Visible (UV/Vis)
UV-Vis-Spektrophotometer decken den Wellenlängenbereich von 190 bis 1100 nm ab. Licht mit Wellenlängen unter 340 nm bezeichnet man als UV-Licht. Ein typischer Parameter der im UV-Bereich bei 254 nm gemessen wird, ist der spektrale Absorptionskoeffizient SAK, ein Summenparameter, der die gelösten organischen Inhaltsstoffe erfasst, die UV-Licht bei einer Wellenlänge von 254 nm absorbieren. Dies sind beispielsweise aromatische organische Verbindungen oder solche, die Doppelbindungen besitzen.