Stoffbestimmung mit dem Spektralphotometer
Photometrie ist ein wichtiger Bestandteil in der Analytik. In fast jedem
Labor, ob im Bereich der
Chemie oder Medizin, ist ein Spektralphotometer vorhanden, um Stoffe zu
identifizieren oder den quantitativen Gehalt zu bestimmen. Bluttests, Wasserproben
oder das Identifizieren verschiedener Bestandteile in unbekannten Stoffproben ist sowohl
in der Chemie, Medizin als auch in der Forensik und Pathologie äußerst wichtig.
Licht eröffnet Möglichkeiten
Licht ist eine Erscheinung von Wellen. Die verschiedenen Wellenlängen des Lichtes
bilden ein Spektrum. Das für das menschliche Auge sichtbare Spektrum wird als visuelles
Spektrum bezeichnet. Es gibt allerdings noch ein weitaus größeres Lichtspektrum, welches
wir nicht wahrnehmen können. Hierbei handelt es sich um das so genannte UV-Spektrum.
Das visuelle Lichtspektrum umfasst den Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm. Die
unterschiedlichen Wellenlängen des Lichtes zeigen sich uns als Spektralfarben.
Reflektion und Transmission
Licht kann Lösungen durchdringen. Bei jedem Stoff kommt es in unterschiedlichem
Maße zur Absorption, Reflektion und Transmission von Licht. Der absorbierte Lichtanteil
ist der, der verschluckt wird. Als Reflektion bezeichnet man den zurückgeworfenen Teil an
Wellenlängen und als Transmission den durchgelassenen Anteil. Es entstehen auswertbare
Messkurven, indem man die Wellenlängen auswertet, die durch einen Stoff hindurchgehen.
Bei geänderter Konzentration verändert sich auch das entstehende Bild. Ein Spektralphotometer
nutzt diese Stoffeigenschaften, um einen Messwert zu liefern. In vielen Bereichen ist die
Spektralphotometrie die einzige Möglichkeit beispielsweise der Nachweis von geringen
Mengen an Cyanid beziehungsweise die wirtschaftlichste Möglichkeit, Stoffe nachzuweisen
oder zu identifizieren.
Funktionsweise eines Spektralphotometers
Grundlegend besteht ein Spektralphotometer aus einer Lichtquelle, einem Prisma,
verschiedenen Blenden, einem Küvettenhalter und einem Detektor,
der mit einer Anzeige verbunden ist. Hinzu kommen verschiedene Bedienelemente.
Die Lichtquelle strahlt weißes Licht aus, welches auf auf eine Blende trifft, durch die nur noch ein
Lichtbündel hindurch gelassen wird. Dieser Lichtstrahl wird durch ein Prisma geleitet. Hierbei
werden die Lichtstrahlen durch ihre verschiedenen Wellenlängen unterschiedlich gebrochen
und sie strahlen in einem weit gefächerten Winkel auseinander. So wird es möglich durch eine
weitere Blende, einen bestimmten Strahl mit einer bestimmten Wellenlänge herauszufiltern und
nur diesen weiterzuleiten.
Dieser einzelne Lichtstrahl trifft auf eine im Küvettenhalter
befestigte Küvette mit der Probelösung. Er durchdringt
diese und absorbiert. Bei der Absorption kommt es auf die Substanz und die Konzentration
in der Küvette an. Durch eine weitere Blende wird der Lichtstrahl von seiner entstandenen
Streuung gereinigt und es trifft wiederum nur ein Lichtstrahl auf den vorhandenen Detektor.
Dieser besteht meistens aus einer Photozelle, die die Intensität des auftreffenden Lichtes misst
und die ermittelten Werte an das Anzeigemodul weitergibt.
Da jedes Molekül eine eigene spezifische Absorptionskonstante besitzt, ist dieser Vergleichswert
einmalig und erlaubt die Identifikation der vorhandenen Stoffe.
Auswahlkriterien
Spektrum
Wichtig beim Spektralphotometer ist die Wellenlänge des Lichtes, die von Sensoren,
der Photozelle, erkannt werden kann. Hierbei scheidet sich die Spreu vom Weizen. Denn
desto größer der Bereich ist, umso besser. Da die Absorption nicht an unseren Sichtbereich
gebunden ist, sondern auch ultraviolettes und Infrarotlicht absorbiert werden, gilt es hierbei,
seine Auswahl über das sichtbare Spektrum hinweg auszudehnen. Genaue Messkurven
mit einer genauen Zuordnung der Stoffe sind nur dann möglich, wenn der Spektralbereich
eine ausreichende Größe hat, um die Darstellung der Messkurven zu erfüllen. Mindestens
200 bis 1.100 nm sollten als Richtlinie dienen. Um DNA-Proben bearbeiten zu können,
benötigt man sogar einen Bereich ab 250 nm.
Messgenauigkeit
Damit Ihre Werte auch stimmen, achten Sie bei dem zu erwerbenden Gerät auf eine
hohe Messgenauigkeit. Die Toleranz sollte maximal bei 0,1 Prozent im Wellenlängenbereich
liegen, bei kleineren Messergebnissen eher noch darunter, da hierbei ein geringer
Prozentsatz bereits große Auswirkungen haben kann. Größere Abweichungen können
bereits Verfälschungen liefern. Besonders wichtig ist dies, wenn es nicht nur um die reine
Stoffbestimmung, sondern um die Konzentrationsbestimmung bestimmter Substanzen geht.
Mehrfachmessungen
Um auf Nummer sicher zu gehen, empfehlen wir Spektralphotometer, die eine
Mehrfachmessung ermöglichen. Hierbei wird die gleiche Probe automatisch mehrmals
hintereinander gemessen. Der Vorteil daran ist, dass Fehler ausgeschlossen werden,
die durch Schwankungen im ausgegeben Licht oder im Spiel der Küvettenhalterung
zustande kommen können.
Küvettenhalter
Achten Sie darauf, welches Fassungsvermögen die Küvetten haben dürfen, die Sie
verwenden. Dies ist nicht nur wichtig, wenn Sie bereits ein Photometer im Einsatz haben,
sondern auch dann, wenn Sie Einmalküvetten benutzen. Sie bieten den Vorteil, dass man Sie
bereits vorgefüllt erhält, dabei ist keine zusätzliche Indikationslösung mehr erforderlich,
sondern nur noch die vorgegebene Menge der Stoffprobe. Diese wird einfach mit der
Pipette oder dem Spatel
eingegeben und die Küvette kann eingesetzt werden.
Leuchtmittel
Halogenlampe oder Xenon? Bei dieser Frage liegt die Xenonlampe klar im Vorteil.
Dieses Leuchtmittel verbraucht deutlich weniger Energie
und besticht durch eine längere Lebensdauer. Zusätzlich ist die Lichtausbeute deutlich höher,
allerdings nimmt die Leuchtkraft der Xenonlampe
schneller ab als die der Halogenlampe. Im Anschaffungspreis kann die Halogenlampe punkten.
Fazit ist also, wer sein Photometer ständig neu an- und ausschalten muss, nutzt am besten eine
Halogenlampe. Im Gegensatz dazu sind Kunden mit einer hohen
Betriebsdauer ohne ständiges An- und Ausschalten mit einer Xenonlampe besser beraten.
Sie sehen selbst, analysieren Sie Ihre Anwendung.
Anschlüsse und Kartenslots
Um die erhaltenen Daten auswerten zu können, ist es wichtig, dass Ihr Gerät einerseits
über eine Speichermöglichkeit der Messergebnisse verfügt, andererseits einen PC-Anschluss
bietet. Mit Hilfe eines Computers kann via Software eine genauere
Analyse der entstehenden Messpunkte in Kurven dargestellt und ein Vergleichslauf durchgeführt
werden, bei dem bekannte Kurven mit der entstandenen verglichen werden. So finden Sie schnell
den benötigten Vergleichswert zur Stoffprobenanalyse und Ihr PC gibt aus, um welchen
Stoff es sich handelt.
Achten Sie darauf, dass die Anschlüsse an Ihrem PC mit dem des Spektralphotometers
kompatibel sind. Zusätzlich vorhandene Kartenslots ermöglichen es mit einfachen
Speicherkarten, eine Datensicherung und Übertragung durchzuführen.
Display und Menüführung
Damit das Photometer für jeden gut nutzbar ist, empfiehlt sich eine einfache
Menüstruktur. Ein überladenes Bedienfeld ist nicht nötig. Einfache Strukturen erlauben es,
schnell zum gewünschten Programmpunkt zu gelangen. Ein gutes Display macht die
Bedienung noch einfacher. Nicht nur die Ausgabe von Ergebnissen sollte auf dem
Display möglich sein, sondern auch Fehlermeldungen und Anwenderinstruktionen,
die gut lesbar ausgegeben werden, sorgen für eine einfache Bedienung. So wird das
lästige Blättern im Handbuch nicht zum Thema. Wenn Sie Ihr Spektralphotometer vor unbefugter
Benutzung schützen wollen, ist eine Passwortfunktion der einfachste Weg.
Zubehör
Wer sicher gehen will, dass er sein Spektralphotometer auch bei erhöhten Anforderungen
benutzen kann, sollte bereits beim Kauf auf entsprechendes Zubehör achten und Wert legen.
Neben einer guten Verfügbarkeit der Leuchtmittel sind Küvettenhalter für unterschiedliche
Füllmengen und Mehrfachküvettenhalter für die Analyse von mehreren Proben von Vorteil.