Photometrie und Reflektometrie
Photometrie ist die Messung des absorbierten Lichts im ultravioletten (UV), sichtbaren (VIS) und infraroten (IR) Bereich. Diese Messung wird zur Bestimmung der Menge eines Analyten in einer Lösung oder Flüssigkeit verwendet. Photometer verwenden eine spezielle Lichtquelle und Detektoren, die das Licht, das durch eine Probenlösung fällt, in ein proportionales elektrisches Signal umwandeln. Diese Detektoren können z. B. Photodioden, Photowiderstände oder Photomultiplier sein. Die Photometrie verwendet das Beer-Lambert'sche Gesetz zur Berechnung der aus der Transmissionsmessung gewonnenen Koeffizienten. Eine Korrelation zwischen Absorption und Analytkonzentration wird dann durch eine testspezifische Kalibrierungsfunktion hergestellt, um hochgenaue Messungen zu erzielen.
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Photometrie
Die Photometrie ist eine in Forschungslabors weit verbreitete quantitative Analyse zur Bestimmung der Mengen anorganischer und organischer Verbindungen in Lösungen und anderen Flüssigkeiten. Auch in der Industrie findet die Photometrie breite Anwendung bei der Bestimmung von Verunreinigungen in Trink- und Abwässern, der Analyse von Nährstoffen im Boden, von Lebensmittel- und Getränkeproben, der Zusammensetzung von Baumaterialien und in vielen anderen Bereichen.
Aufbau und Funktionsweise von Photometern
Zu den Bestandteilen eines typischen Photometers gehören eine Lichtquelle, ein Monochromator, eine Probe und ein Detektor. Lichtquellen können Wolfram-Halogen-Lampen (in der Regel die Lichtquelle für Analysen im sichtbaren Lichtbereich) oder LEDs sein. Für Messungen im UV-sichtbaren Bereich kann eine Xenon-Blitzlampe verwendet werden. Der Monochromator filtert das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht, so dass nur ein sehr enges Spektrum durchgelassen wird. Das Licht wird dann durch die Küvette oder die Probenhaltezelle geleitet. Je nach der Menge des in der Probenlösung vorhandenen Analyten (oder eines davon abgeleiteten Farbstoffs) wird ein Teil des Lichts von der Lösung absorbiert und der Rest wird durchgelassen. Das durchgelassene Licht wird auf die Detektoren gerichtet, die einen elektrischen Strom erzeugen, der proportional zur Lichtintensität ist.
Beer-Lambert-Gesetz
Das Beer-Lambert-Gesetz, auch bekannt als Beersches Gesetz, besagt, dass die von einer Probe absorbierte Lichtmenge direkt proportional zur Konzentration des vorhandenen Analyten und der Weglänge des Lichts durch die Probe ist. "Probe" bedeutet in diesem Zusammenhang entweder den Analyten selbst (direkte Messung) oder einen vom Analyten abgeleiteten Farbstoff (bei Verwendung von Reagenzien oder Kits). Die Beziehung wird durch die folgende Formel beschrieben:
A = elc |
wo |
A = Extinktion der Probe |
Das Spektralphotometer misst die Intensität des Lichts vor und nach dem Durchgang durch eine Lösung und setzt sie durch die folgende Gleichung in Beziehung zum Transmissionsgrad (T): |
Durchlässigkeitsgrad(T)=It/Io |
It und Io sind die Intensität des Lichts nach bzw. vor dem Durchgang durch die Lösung. Der Transmissionsgrad ist mit dem Absorptionsgrad durch die folgende Gleichung verbunden: |
Absorptionsgrad(A)=-log(T) |
Reflektometrie
Die Reflektometrie (auch Remissionsphotometrie genannt) ist eine zerstörungsfreie Analysetechnik, die die Reflexion von Licht an Oberflächen und Grenzflächen nutzt, um Merkmale wie Farbintensität, Schichtdicke und Brechungsindex zu messen.
Wie bei anderen Photometern umfassen die Hauptelemente von Reflektometern eine Lichtquelle, in der Regel langlebige LEDs bestimmter Wellenlängen, die über ein Linsensystem auf eine Probenoberfläche fokussiert werden, und das reflektierte Licht wird von Detektoren gemessen.
Reflektometer sind häufig so konzipiert, dass sie physikalische Eigenschaften von Oberflächen wie Farbveränderungen auf einem Teststreifen messen. Bei diesem Ansatz kann eine Probe auf einen Teststreifen gelegt werden, und ihr Remissionswert (REM) kann mit entsprechenden Kontrollen und Standards verglichen werden. Wie bei der Photometrie ermöglicht der Intensitätsunterschied zwischen emittiertem und reflektiertem Licht eine quantitative Bestimmung der Konzentration bestimmter Analyten.
Die Reflektometrie wird in der Industrie häufig als schnelle, empfindliche Methode zur Quantifizierung einer Vielzahl organischer und anorganischer Parameter in Wasser, Lebensmitteln, Getränken und Umweltproben sowie für andere vielfältige Anwendungen wie die Oberflächenanalyse von Baumaterialien und die Quantifizierung der Hautfarbe eingesetzt.
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