Spektrophotometrie
Die Spektralphotometrie misst, wie Proben mit Licht interagieren, sei es sichtbares, infrarotes oder ultraviolettes Licht. Ein Spektralphotometer misst die Wellenlängen des Lichts, die Materialien absorbieren, transmittieren und reflektieren. Es findet Anwendung bei der Charakterisierung physikalischer Eigenschaften, der Zusammensetzung und der Farbeigenschaften.
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Wofür wird die Spektrophotometrie verwendet?
Die Spektrophotometrie bietet eine quantitative Methode zur Bestimmung der Konzentration von Molekülen in einer Lösung, bei der die Lichtabsorption direkt mit der Zusammensetzung der Substanz verknüpft ist. Sie kann auch zur Überwachung des Fortschritts enzymatischer Reaktionen auf Grundlage von Änderungen der Absorption verwendet werden. Solche enzymatischen Tests sind in der Lebensmittelanalytik üblich, wo die Spektrophotometrie zur Bestimmung der Konzentrationen von Laktose und Phytinsäure eingesetzt wird.
Die Spektrophotometrie kann auch für Qualitätskontrollzwecke eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass die Farbe eines Produkts auch nach Zeitablauf oder Einwirkung äußerer Einflüsse innerhalb eines angemessenen Bereichs sichtbar bleibt. Dies ist nützlich bei der Bestimmung der Vergilbung und Lichtechtheit von Papier und Karton.
Wie funktioniert ein Spektralphotometer?
Im Inneren des Spektralphotometers erzeugen eine Lichtquelle und ein Monochromator einen Lichtstrahl mit kontrollierter Wellenlänge. Dieser Lichtstrahl wird durch die Probe geleitet, die üblicherweise eine Lösung in einer transparenten Küvette ist. Die Probe absorbiert spezifische Wellenlängen des Lichts, abhängig von ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften, und transmittiert oder reflektiert den Rest des Spektrums. Das verbleibende Licht wird von einem Photodetektor aufgenommen und aufgezeichnet.
Die mit dem Spektralphotometer erfassten Daten können dann zur Erstellung eines Diagramms verwendet werden, das zeigt, welche Wellenlängen in welchem Ausmaß absorbiert wurden. Dies liefert Informationen über die Konzentrationen der vorhandenen Chemikalien sowie quantitative Daten über die Farben, in denen sie erscheinen. Ebenfalls können Informationen über einige chemische Aspekte, wie beispielsweise den Grad der Konjugation und die Konformation, gewonnen werden.
UV-Vis-Spektrophotometrie
Die häufigste Form der Spektrophotometrie bezieht sich auf die ultravioletten und sichtbaren Bereiche des elektromagnetischen Spektrums und ist allgemein als UV-Vis-Spektrophotometrie bekannt. Farbige Proben absorbieren von Natur aus Abschnitte des sichtbaren und UV-Lichts, was diese Analyse auf eine breite Palette chemischer Spezies anwendbar macht. Einige weiße Probentypen absorbieren ebenfalls Licht im UV-Bereich, insbesondere konjugierte organische Verbindungen.
Geeignete Proben und Probenvorbereitung
Die Spektralphotometrie konzentrierte sich traditionell auf das Testen von Lösungen, die für die Analyse in geeignete Küvetten gefüllt werden müssen. Die Art der Küvette hängt von der Wellenlänge des verwendeten Lichts ab (d. h. Quarz für ultraviolettes Licht, Glas für sichtbares Licht). Auch feste Proben können mit speziellen Spektralphotometern getestet werden, wie beispielsweise einem Farbspektralphotometer. In solchen Fällen sollte die Probe in der Regel eine relativ ebene Oberfläche aufweisen, von der das Licht reflektiert werden kann.
Vorteile und Grenzen
Spektrophotometrie ist eine unkomplizierte Technik, die bei einer Vielzahl von Probentypen durchweg genaue Ergebnisse liefert. Sobald die Proben vorbereitet sind, können sie relativ schnell getestet werden, und die Analyse ist im Allgemeinen zerstörungsfrei.
Zu den Grenzen der Spektrophotometrie gehören eine relativ geringe Empfindlichkeit und Selektivität. Es kann daher schwierig sein, sehr niedrige Konzentrationen eines Analyten nachzuweisen oder den Analyten von anderen Substanzen zu unterscheiden, die Licht bei derselben Wellenlänge absorbieren.
Spektrometrie vs. Spektrophotometrie
Spektrometrie ist ein häufig verwendeter Begriff, der eine Vielzahl unterschiedlicher analytischer Techniken beschreibt. Konkret bezieht er sich auf jede Analysemethode, die ein Datenspektrum erfasst. Dies bedeutet, dass er zwar zur Beschreibung der Spektrophotometrie verwendet werden kann, aber auch zur Beschreibung nicht verwandter Techniken wie hochauflösende Massenspektrometrie und Kernspinresonanzspektrometrie eingesetzt wird.
Die Spektrophotometrie hingegen bezieht sich speziell auf Techniken, bei denen eine Probe unterschiedlichen Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird, am häufigsten im sichtbaren und angrenzenden Bereich des Spektrums.
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Ideale Anwendungen der Spektrofotometrie
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Häufig gestellte Fragen
Spektrophotometrie wird in der Lebensmittelwissenschaft häufig zur Bestimmung der Konzentrationen von Laktose, Phytinsäure und anderen Bestandteilen eingesetzt. In der Pharmazie kann die Methode zur Messung der Konzentrationen von Wirkstoffen verwendet werden.
Mithilfe von Farbspektralphotometern werden die Farbeigenschaften von Materialien wie Papier und Karton bewertet, beispielsweise hinsichtlich ihrer Farbechtheit bei Lichteinwirkung.
Die Vorbereitung für eine spektrophotometrische Bestimmung unbekannter Konzentrationen kann einige Zeit in Anspruch nehmen, da eine Kalibrierkurve mit einer Reihe von Standardlösungen mit bekannten Konzentrationen erstellt werden muss. Darüber hinaus können Verunreinigungen die Ergebnisse beeinflussen, wenn sie Licht bei derselben Wellenlänge wie der Analyt absorbieren oder reflektieren.
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