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Zur Messung der Lichtabsorption eignet sich die Photometrie. Was du darunter verstehst und welches Messgerät du verwendest, das erfährst du in diesem Beitrag. %Hier geht's auch direkt zu unserem Video!

Photometrie einfach erklärt

Die Photometrie ist ein Messverfahren, bei dem du die Konzentration von gelösten Substanzen mithilfe eines Photometers bestimmst. In der Regel verwendest du dafür Lösungen von farbigen Verbindungen.

Die häufigste Methode ist die Messung über die Transmission. Das heißt, wie viel Licht durch ein optisches Medium hindurch geht. Daneben kannst du aber auch Reflexionsmessungen durchführen. Darunter verstehst du die Messung der Spiegelung von Licht an der Oberfläche von Festkörpern.

Photometrie Definition

Die Photometrie ist ein Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von gelösten Substanzen mithilfe eines Photometers.

Photometrische Bestimmung 

In den meisten Fällen der Photometrie ist deine Probe farblos. Das heißt, um eine Photometrische Messung durchzuführen, musst du durch Färbemittel die Substanz in eine farbige Verbindung mit spezifischer Lichtabsorption überführen.

Über die Messung der Transmission kannst du so im Anschluss die Extinktion bestimmen. Darunter verstehst du die Abschwächung der Strahlung beim Durchgang durch die Materie. 

Definition Extinktion 

Die Extinktion ist eine physikalische Größe und beschreibt das Verhältnis von Anfangsintensität zu Endintensität des Lichts nach Durchlauf eines optischen Mediums. Sie ist ein Maß für die Abschwächung einer Strahlung.

Die Extinktion setzt sich aus den folgenden lichtschwächenden Prozessen zusammen:

  • Absorption (Aufnahme) der Wellenlänge durch die Moleküle der Probe in der Lösung
  • Reflexion (Spiegelung) an einer Flüssigkeitsoberfläche 
  • Brechung von Licht in einer inhomogenen, milchigen Lösung an den Partikeln der Probe%</span><img style="color: #ff00ff; font-size: inherit;" src="https://www.researchgate.net/publication/291974671/figure/fig2/AS:671510620565526@1537112016999/Reflection-transmission-absorption-and-emission-of-radiation-in-the-ideal-case-of-a.ppm" alt="2. Reflection, transmission, absorption and emission of radiation in... |  Download Scientific Diagram" /><span style="color: #ff00ff; font-size: inherit;"> %@Animation: Bitte im Studyflix Stil auf deutsch nachstellen. Incident radiation -> einfallender Lichtstrahl, Man könnte die Kasten mit ner Flüssigkeit füllen. Bildüberschrift: "Der Zusammenhang von Reflektion, Transmission, Absorption und Emission.", alttext: Photometrie, photometrische bestimmung, photometrie  chemie, photometrie einfach erklärt, Reflexion, Transmission, Absorption, Emission

Um die Strahlungsverluste (= Extinktion) zu bestimmen, misst du die Transmission, also den Durchgang von Licht durch das Medium. Die Frequenz wird konstant gehalten. Dabei solltest du folgende Dinge beachten:

  • Hinweis Nr. 1: Deine Probe sollte gut gelöst und homogen sein. Es darf sich kein Feststoff mehr in der Lösung befinden. 
  • Hinweis Nr. 2: Du solltest eine Kalibriermessung mit der Küvette und deinem Lösungsmittel durchführen. Das heißt, du stellst dein Lösungsmittel (meistens Wasser) und die Küvette zusammen in das Photometer.
  • Hinweis Nr. 3: Das Photometer misst im Anschluss die Transmission am Wasser und an der Küvette. Den Wert musst du später vom Transmissionswert des gelösten Farbstoffs abziehen, um die Transmission von deinem reinen Farbstoff zu erhalten.

Die Grundlage für die analytische Anwendung der Photometrie ist das Lambert Beersche Gesetz

Lambert Beersches Gesetz

Das Lambert Beersche Gesetz beschreibt die Abnahme der Intensität, wenn elektromagnetische Strahlung beim Durchqueren eines Mediums absorbiert wird.

Messgerät der Photometrie: Photometer

Zur photometrischen Bestimmung verwendest du als Messgerät ein Photometer. Den prinzipiellen Aufbau findest du in der nachfolgenden Abbildung: %<img class="" src="https://seos-project.eu/earthspectra/images/single-beam-photometer.de.png" alt="Spektren der Erde" width="547" height="182" /> %@Animation: Bitte im Studyflix Stil nachstellen. Die Küvette enthält die Probe, dem Leser das klar machen. Detektor mit Anzeigegerät aufstellen, das Auge bei Detektor entfernen. Den Detektor mit Anzeigegerät findest du</span><span style="color: #ff00ff;"> <a href="http://www.elhardt.de/matthias/chemie/photometer/Photometer_Prinzip.gif">hier</a>. Zwischen dem Anzeigegerät und dem Detektor, den ich von <a href="http://www.elhardt.de/matthias/chemie/photometer/Photometer_Prinzip.gif">hier</a> in dem Bild oben einbauen will, dann noch den Verstärker integrieren. Das kleine Rechteck ist der Detektor, das größere Rechteck das Ausgabegerät. Im endeffekt ist es ne Mischung aus zwei Bildern, bei Unklarheiten sonst nochmal nachfragen:).Bildüberschrift: "Aubau Photometer", alttext: photometer, Photometrie, photometrische bestimmung, photometrie  chemie, photometrie einfach erklärt, Monochromator, extinktion, lambert beersches gesetz, photometrisch

Das Photometer weist als Hauptbauelemente eine Lichtquelle (meist: UV/VIS-Lampe), einen Strahlenteiler zur Aufspaltung von Licht (Monochromator) sowie einen Detektor auf. Dazwischen befindet sich meist noch ein Verstärker, um das Signal auf dem Ausgabegerät vergrößert darzustellen. 

Bei Photometern unterscheidest du außerdem zwischen Einstrahl- und Zweistrahlphotometern. 

Bei einem Einstrahlphotometer passiert ein Lichtstrahl die Probe und trifft anschließend auf den Detektor. In einem Zweistrahlphotometer hingegen wird das Licht in zwei Strahlen aufgeteilt. Ein Strahl passiert die Referenzprobe, wohingegen der andere auf die eigentliche Probe trifft. 

So arbeiten moderne Photometer mit weitgehend monochromatischer Strahlung. Du verstehst darunter elektromagnetische Strahlung mit einer exakt scharfen Wellenlänge.

Monochromatisches und polychromatisches Licht

Monochromatisches Licht ist Licht einer bestimmten Wellenlänge. Polychromatisches Licht besteht aus einer Mischung aus unterschiedlichen Farben und setzt sich aus vielen Wellenlängen zusammen.

Eigenschaften und Anwendung der Photometrie

Die photometrische Analyse zeichnet sich durch Schnelligkeit, hohe Präzision und einem geringen Zeitaufwand aus. Die Standardabweichung liegt zwischen 2 und 5 %, weshalb sie ein breites Anwendungsgebiet umfasst.

Eine wichtige Anwendung ist die Bestimmung von Metallen im Spurenbereich. Dabei überführst du die Metall-Ionen in gefärbte Komplexe, um den genauen Gehalt nachzuweisen. Daneben können auch viele Nichtmetalle und organische Verbindungen über Farbreaktionen nachgewiesen werden.

Über die genannten Beispiele hinaus haben photometrische Messungen auch in der Naturstoffchemie, klinischen Chemie, Biochemie, Toxikologie sowie in der Umweltanalytik eine große Bedeutung.

Zusammenfassung

Photometrie — das Wichtigste
  • Die Photometrie ist ein Messverfahren zur Konzentrationsbestimmung von gelösten Substanzen durch Messung ihrer Transmission.
  • Über Messung der Transmission kann die Extinktion bestimmt werden.
  • Die Extinktion umfasst die folgenden lichtschwächenden Prozesse: Absorption, Reflexion und Brechung.
  • Das Messgerät zur photometrischen Messung ist ein Photometer. 
  • Die Eigenschaften des Photometers sind der geringe Zeitaufwand und seine hohe Präzision.

Lambert Beersches Gesetz

Du weißt jetzt, dass die Photometrie zur Konzentrationsbestimmung von Substanzen dient. Dabei hilft dir das Lambert Beersche Gesetz. Wie du die Formel richtig anwendest und welche Größen dafür wichtig sind, das zeigen wir dir hier ! %Thumbnailverweis Lambert Beersches Gesetz

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