Leitfaden zur Messung des pH-Werts von Lebensmitteln
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Die CAL Check- Funktion für Photometer richtig nutzen
Die Gro Line-Serie
Honigsorten anhand ihrer Leitfähigkeit unterscheiden
Leitfähigkeit erklärt
Leitfähigkeitsmessung, -kalibrierung und Elektrodenpflege
pH in Fleisch sicher und professionell messen
Warum sind die vielen Lösungen bei der pH-Messung wichtig?
Bedarfsgerechte Umweltanalytik dank moderner Photometer
Das erste Spektralphotometer von Hanna Instruments
Den pH-Wert in Wein und Maische messen
Den pH-Wert von Lebensmitteln messen
Den Säuregehalt in Fruchtsaft bestimmen
Der GroLine®-Monitor für pH und Leitfähigkeit
Der pH-Wert von Mascara
Die Bedeutung des pH-Werts bei der Käseproduktion
Die neuen Foodcare Thermometer von Hanna Instruments
Die richtige Wassertemperatur zum Kaffee brühen
HI833xx Multiparameter-Photometer mit pH-Meter
Interessantes rund um die Zuckergehaltmessung in Traubenmost
Neue HALO®-pH-Elektroden in Hannas Sortiment
Professionelle Messtechnik in den Einsatzfeldern Trinkwasser, Hydrogeologie und Limnologie
Redoxpotential messen
Refraktometrie
Temperaturmessung und Thermometer
Titrimetrische Calcium-Bestimmung mit der ionenselektiven Elektrode
Was hat die Hygiene in Schwimmbädern mit dem Redoxpotential gemein?
Alkalinität im Meerwasseraquarium / Riffaquarium messen
Calcium – ein wichtiges Element im Riffaquarium
Die Wassertemperatur im Aquarium
Fehler bei der Leitfähigkeitsmessung
Hanna Combo
Hannas Foodcare pH-Meter
pH-Messung in nichtwässrigen oder teilwässrigen Medien
Photometrische Messungen für Meerwasseraquaristik
Praktische Redoxpotentialmessung - Teil 1, chemische Vorbehandlung
Praktische Redoxpotentialmessung - Teil 2, Umgang mit der Elektrode
Warum ist es wichtig, den pH-Wert in Aquarienwasser zu messen?
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Acht Hinweise, um das Beste aus Ihrem Checker® HC herauszuholen
Die CAL Check-Funktion
Die Messung der Gesamthärte
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Ein Hydroponik-Monitor auf Abwegen
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Grundlagen der Spektralphotometrie
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Phosphor im Riffaquarium messen
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Grundlagen der Spektralphotometrie
Erfahren Sie Grundlegendes zur Spektralphotometrie, was unterscheidet ein Spektralphotometer von einem Photometer / Kolorimeter?
In diesem Beitrag beschäftigen wir uns mit einigen Grundlagen der Spektrophotometrie, sowie verschiedenen Bauarten von Spektrophotometern.
Licht und Farbe
Wenn wir an Licht denken ist es üblicherweise weißes Licht. Es zeigt sich allerdings, dass weißes Licht aus vielen unterschiedlichen Wellenlängen zusammengesetzt ist. Wenn man es durch ein Glasprisma strahlt zerlegt es das weiße Licht in sieben unterscheidbare Farbbänder. Diesen Vorgang bezeichnet man als Dispersion bzw. Lichtbrechung. Die Farbbänder bezeichnet man als das (sichtbare) Spektrum. Man erkennt die unterschiedlichen Farben rot, orange, gelb, grün, hellblau, dunkelblau und violett.
Vereinfacht gesprochen hängen Farben vom Licht ab. Was wir wahrnehmen sind eigentlich nicht die Farben selbst, sondern der Effekt, wenn Licht auf Objekte scheint. Wenn weißes Licht auf ein Objekt scheint kann es reflektiert, absorbiert oder transmittiert werden. Glas transmittiert das meiste Licht mit dem es beschienen wird, es erscheint daher farblos. Weißes Papier reflektiert alles Licht und erscheint daher weiß. Kohle erscheint schwarz, weil sie alles Licht absorbiert. Eine Orange sieht für uns orange aus, weil sie orange besser als alle anderen Farben reflektiert, genauso wie ein Apfel grün erscheint, weil er grünes Licht gut reflektiert.
Zusammengefasst kann man sagen, dass die meisten Objekte deswegen farbig erscheinen, weil ihre chemische Struktur bestimmte Wellenlängen des Lichts absorbiert und andere reflektiert, und zwar erscheinen alle Objekte in der Komplementärfarbe die sie absorbieren.
Wellenlange / nm |
Farbe |
Komplementärfarbe |
400-435 |
Violett |
Grün-gelb |
435-480 |
Blau |
Gelb |
480-490 |
Blau-grün |
Orange |
490-500 |
Grün-blau |
Rot |
510-560 |
Grün |
Purpur |
560-580 |
Grün-gelb |
Violett |
580-595 |
Gelb |
Blau |
595-610 |
Orange |
Blau-grün |
610-750 |
Rot |
Grün-blau |
Was ist Kolorimetrie?
Kolorimetrie ist schlicht die Messung der Farbe bzw. der Farbintensität. Sie ist die Bestimmung der Konzentration einer Substanz durch die Messung der relativen Lichtabsorption in Bezug auf die Absorption bei einer bekannten Konzentration der Substanz. Bei der visuellen Kolorimetrie wird natürliches oder künstliches weißes Licht als Lichtquelle verwendet und die Bestimmung findet üblicherweise mit einem relativ einfachen Instrument statt, das als Kolorimeter oder Farbkomparator bezeichnet wird. Wenn das menschliche Auge durch eine Photozelle ersetzt wird bezeichnet man das Gerät als photoelektrisches Kolorimeter.
Eine kolorimetrische Analyse basiert auf dem Prinzip, dass bestimmte Substanzen miteinander chemisch reagieren können und farbige Produkte bilden. Wenn eine Substanz mit Licht der Intensität I0 bestrahlt wird, wird ein Teil der Strahlung durch die Moleküle der Substanz absorbiert und eine verbleibende Intensität I wird reflektiert oder transmittiert. Für die Absorption A mit diesen Intensitäten gilt folgender Gleichung (Lambert-Beer-Gesetz):
A = -log I0/I
Das lässt sich umformen in
A = Ɛλ · d · C
Ɛλ ist der molare Extinktionskoeffizient bei der Wellen länge λ / L/mol·cm
d ist die Pfadlänge /cm
C ist die Konzentration / mol/liter
Diese vergleichsweise einfache Formel lässt sich die Absorption in Zusammenhang mit der Konzentration der gesuchten Substanz bringen. Sie ist die Grundlage für alle quantitativen Gehaltsbestimmungen in der Photometrie.
Ein Vergleich zwischen Photometer und Spektralphotometer
Photometer
Ein Photometer isoliert eine bestimmte Wellenlänge durch die Verwendung eines Filters. Ein Kolorimeter verwendet schmalbandige Filter, oder ähnliche Systeme, um Licht in Farbkomponenten aufzusplitten und fittet diese dann an Vergleichskurven an, die auf dem menschlichen Auge basieren, um Farbwerte zu produzieren, so wie sie das Auge wahrnehmen würde. Das ist für den Vergleich mit der menschlichen visuellen Antwort ideal, unterschlägt aber Informationen, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Hierzu zählen zum Beispiel schmale Emissionspeaks an bestimmten Stellen im Spektrum, das sind spektrale Daten zu deren Erfassung es eines Spektralphotometers bedarf.
Spektralphotometer
Spektralphotometer unterscheiden sich dahingehend von Photometern als dass sie die Messung beliebiger Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich zu lassen, nicht nur bestimmte vordefinierte. Spektralphotometer isolieren Licht der vorgegebenen Wellenlänge aus Weißlicht, besser gesagt dem Licht einer Wolframhalogenlampe. Hierfür verwenden sie ein optisches Gitter oder ein vergleichbares System. Wenn es darum geht, ganze Spektralbereiche auf einmal zu messen, wie bei Emissionsspektren, verwenden solche Geräte ein Sensorarray für die Detektion des Lichts. Bei Absorptionsmessungen, wie für die Konzentrationsmessung von Ionen in Flüssigkeiten, sind auch drehbare Gitter, die genau die gewünschte Wellenlänge in den Strahlengang einspiegeln und dafür nur einen einzelnen Photodetektor benötigen üblich. Hanna Instruments Spektralphotometer HI801 zählt in diese Kategorie.
Optische Konfigurationen eines Spektralphotometers
Single Beam
Ein konventionelles Einstrahl-Photometer misst die Nullprobe und die Probe nacheinander, mit einem Intervall von mehreren Sekunden für eine einzelne Wellenlänge oder mehreren Minuten für die Aufnahme eines kompletten Spektrums. Bei diesem Typ können Instabilitäten in der Lampe zum Problem werden, insbesondere bei Messungen über einen längeren Zeitraum.
Double Beam
Das Zweistrahl-Spektralphotometer wurde entwickelt, um das eben genannte Manko des Ein-Strahl-Spektralphotometers auszugleichen. In einem solchen System wird ein mechanischer Unterbrecher verwendet, um den Lichtstrahl aufzuteilen, sodass Messprobe und Nullprobe mit einem Lichtstrahl gleicher Energie und gleichen Lichtpfads quasi zeitgleich durchstrahlt werden können. Ein Nachteil dieser Konstruktion ist, dass mehr Komponenten benötigt werden und die geringere Lichtintensität in längeren Messzeiten bei gleicher Empfindlichkeit resultiert.
Split Beam
Das Split-Beam-Photometer ähnelt dem Dual-Beam-Photometer verwendet aber statt des Unterbrechers einen Strahlteiler um zwei Lichtpfade zu erzeugen. In dieser Konstruktion werden Probe und Nullprobe gleichzeitig durchstrahlt und gemessen. Sie erfordert dafür zwei Photodetektoren, kommt aber mit weniger Komponenten als das Dual-Beam-Gerät aus.
Hanna Instruments verwendet eine Variante der Split-Beam-Technik für sein Spektralphotometer HI801, die bereits bei der erfolgreichen HI833xx-Photometerserie eingesetzt wird. Sie maximiert den Vorteil dieser Technik, indem der zweite Strahlengang lediglich zur Beleuchtung eines Referenzphotodetektors verwendet wird. Nullprobe und Probe werden nacheinander im gleichen Strahlengang gemessen. Dies erklärt auch die sehr kompakte Bauweise des HI801. Der Referenzdetektor wird dafür verwendet, um das Photometer elektronisch zu stabilisieren. Die Sammellinse ist ebenfalls ein Hanna-typisches Designmerkmal. Sie dient dazu eventuelle Unregelmäßigkeiten der Küvette (z.B. Kratzer), die Licht streuen, auszugleichen indem es Strahl und Streulicht auch den Detektor bündelt.
Anwendungsbereiche für die Spektralphotometrie
Moderne Spektrophotometer sind so konstruiert, dass sie maximale Portabilität und Robustheit bieten, was sie sehr flexibel macht. Das bringt dann eine fast unüberschaubare Anzahl möglicher Anwendungen mit sich, z.B.
- Elementbestimmungen zur Feststellung der Wasserqualität,
- Enzymatische Analyse in Wein,
- Analyse von Düngemitteleigenschaften für die Agrarkultur,
um nur einige wenige zu nennen.
Aus Gründen der sprachlichen Vereinfachung wird auf die Nennung der Geschlechter verzichtet, wo eine geschlechtsneutrale Formulierung nicht möglich ist. In diesen Fällen beziehen die verwendeten männlichen Begriffe die weiblichen Formen ebenso mit ein.
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