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Photometrie & Reflektometrie

Das Prinzip der Photometrie dargestellt am Schema einer Lichtabsorption beim Durchlaufen einer Lösung

Photometrie

Die Photometrie ist die Messung von absorbiertem und transmittiertem Licht im ultravioletten (UV) bis sichtbaren (VIS) und infraroten (IR) Bereich. Diese Messung wird verwendet, um die Menge eines Analyten in einer Lösung oder Flüssigkeit zu bestimmen. In Photometern werden spezifische Lichtquellen und Detektoren eingesetzt, die das Licht, welches eine Probenlösung passiert, proportional in ein elektrisches Signal umwandeln. Diese Detektoren können z. B. Photodioden, Photowiderstände oder Photomultiplier sein. In der Photometrie wird das Lambert-Beer’sche Gesetz verwendet, um die aus der Transmissionsmessung erhaltenen Koeffizienten zu berechnen. Es wird dann durch eine testspezifische Kalibrierfunktion eine Korrelation zwischen Absorbanz und Analytkonzentration hergestellt, um hochgenaue Messungen zu erzielen.

Die Photometrie ist eine weit verbreitete quantitative Analysemethode zur Bestimmung der Mengen anorganischer und organischer Verbindungen in Lösungen und anderen Flüssigkeiten. Die Photometrie findet auch in der Industrie breite Anwendung, insbesondere bei der Bestimmung von Schadstoffen in Trink- und Abwasser, der Analyse von Nährstoffen in Böden, Lebensmittel- und Getränkeproben, der Baustoffzusammensetzung und vielen anderen Bereichen.

Aufbau und Arbeitsweise eines Photometers

Zu den Komponenten eines typischen Photometers gehören Lichtquelle, Monochromator, Probenhalter und Detektor. Lichtquellen können Wolfram-Halogenlampen (hauptsächlich für Analysen im sichtbaren Lichtbereich) oder LED sein. Für Messungen im UV/Vis-Bereich kann eine Xenon-Blitzlampe verwendet werden. Der Monochromator filtert das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht, sodass nur ein sehr schmales Spektrum hindurchgelassen wird. Das Licht passiert dann die Probe in der Küvette. Basierend auf der Menge des Analyten (oder eines davon abgeleiteten Farbstoffs), der in der Probenlösung vorhanden ist, wird ein Teil des Lichts von der Lösung absorbiert und der verbleibende Teil wird durchgelassen. Das durchgelassene Licht trifft auf die Detektoren, die einen elektrischen Strom erzeugen, der proportional zur Lichtintensität ist.

Lambert Beer‘sches Gesetz

Das Lambert Beer‘sche 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 der Analyt selbst (direkte Messung) oder ein vom Analyten mit Reagenzien erzeugter Farbstoff. Die Beziehung wird durch die folgende Formel beschrieben

A = elc

wobei:

A = Absorbanz der Probe
l = optische Weglänge (cm)
c = Konzentration des Analyten (M)
e = molarer Extinktionskoeffizient (M-1cm-1)

Das Spektralphotometer misst die Intensität des Lichts vor und nach dem Durchlaufen einer Lösung und setzt diese mit der Transmission (T) durch die folgende Gleichung in Beziehung:

Transmission (T)=It/Io

It und Io ist die Lichtintensität nach bzw. vor dem Passieren der Lösung. Die Transmission wird mit der Absorbanz durch die folgende Gleichung in Beziehung gesetzt:

Absorbanz(A)=-log(T)

Reflektometrie

Die Reflektometrie (auch als Remissionsphotometrie bekannt) ist eine zerstörungsfreie Analysetechnik, in der die Reflexion von Licht an Oberflächen und Grenzschichten genutzt wird, um Eigenschaften wie Farbintensität, Schichtdicke und Brechungsindex zu messen.

Wie bei anderen Photometern gehört eine Lichtquelle zu den Hauptelementen von Reflektometern. Hierbei handelt es sich in der Regel um langlebige LED mit spezifischen Wellenlängen, die über ein Linsensystem auf eine Probenoberfläche fokussiert werden. Das reflektierte Licht wird dann von Detektoren gemessen.

Reflektometer werden häufig zur Messung physikalischer Eigenschaften von Oberflächen, wie Farbänderungen auf einem Teststreifen, verwendet. Bei diesem Ansatz kann eine Probe auf einem Teststreifen platziert und ihr Remissionswert (REM-Wert) mit entsprechenden Kontrollen und Standards verglichen werden. Wie in der Photometrie erlaubt der Intensitätsunterschied zwischen emittiertem und reflektiertem Licht eine quantitative Bestimmung der Konzentration spezifischer Analyte.

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 und für zahlreiche andere Anwendungen wie die Oberflächenanalyse von Baumaterialien und die Quantifizierung der Hautfarbe eingesetzt.


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