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 vom Sensor, 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.