Spektrophotometer
Ein Spektrophotometer ist ein analytisches Instrument, das die Absorption oder Transmission von Licht durch eine Probe misst. Die Analyse der Wechselwirkung einer Substanz mit Licht in verschiedenen Wellenlängen ermöglicht sowohl qualitative Aussagen über ihre chemische Zusammensetzung als auch quantitative Bestimmungen der Konzentration der enthaltenen Moleküle.
Aufbau eines Spektrophotometers
Ein Photometer besteht im Wesentlichen aus vier Teilen: einer Lichtquelle (in der Regel eine Halogenlampe), einem Monochromator, einer Küvette für die Probe und einem Detektor (Abbildung 2). Der Detektor misst die Intensität der durch die Probe gehenden Lichtstrahlung und leitet die gemessenen Daten zur Auswertung an einen Computer weiter.
Der Monochromator (Prisma oder optisches Gitter) zerlegt das Licht und sorgt dafür, dass nur Licht einer bestimmten Wellenlänge weitergeleitet wird (d. h., das «weisse» polychromatische Licht der Lichtquelle wird in monochromatisches Licht zerlegt) (Abbildung 3).
Hintergrund:Prisma und optisches Gitter
- Ein Prisma ist ein optisches Element aus Glas oder Quarz, das weisses Licht in seine spektralen Komponenten zerlegt.
- Ein optisches Gitter ist eine Platte oder Folie mit sehr feinen, regelmässig angeordneten Linien (Rillen), die Licht durch Beugung und Interferenz in seine spektralen Bestandteile zerlegt. Im Spektrophotometer wird es als dispersives Element verwendet, um Licht mit einer genau definierten Wellenlänge auszuwählen. Optische Gitter bieten oft eine höhere spektrale Auflösung als Prismen und verursachen weniger optische Aberrationen.
Wenn der Lichtstrahl durch eine Probenlösung geschickt wird, können die gelösten Substanzen einen Teil der Lichtwellen absorbieren. Der restliche Teil des Lichts wird vom Medium durchgelassen, und mit Hilfe eines Detektors wird das Lichtsignal in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Der lineare Bereich eines UV-Vis-Geräts
Ein Spektrophotometer kann Absorptionen nur innerhalb eines begrenzten Bereichs zuverlässig messen. Das Gerätedesign und die Messparameter bestimmen die maximale Absorption, die ein Gerät bei einer bestimmten Wellenlänge messen kann.
- Bei hoher Absorption kommt nur sehr wenig Licht am Detektor an. Streulicht und Detektorrauschen machen dann einen immer grösseren Anteil des Signals aus: Das Rauschen der Ergebnisse steigt, und im Scanmodus werden deutlich verrauschte Signale beobachtet (Abbildung 4).
- Bei sehr kleiner Absorption ist der Unterschied zwischen Probe und Blindprobe so gering, dass er im Rauschen der Messung untergeht.
Zuverlässig sind typische Geräte deshalb nur in einem mittleren Absorptionsbereich von etwa A ≈ 0,1 bis 1,0 (je nach Gerät bis ca. 1,5). Nur in diesem Bereich ist die gemessene Absorption proportional zur Konzentration. Proben, deren Absorption darüber liegt, müssen verdünnt und anschliessend mit dem Verdünnungsfaktor zurückgerechnet werden.
