Überblick
Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei diesem Verfahren um die Messung der Konzentration einer Substanz mittels Licht. Gemessen wird, wieviel Licht von einem bestimmten Stoff absorbiert wird. Man verwendet hierzu monochromatisches Licht. Dieses Licht wird durch die Küvette, das sind Gefäße aus Plastik, Glas oder Quarz, gestrahlt.

Je nach Anwendungszweck wählt man das für die Küvette optimale Material aus. Beispielsweise verbieten sich Plastikküvetten bei dem Lösungsmittel Chloroform oder bei bestimmten Wellenlängen. Besonders teure Quarzküvetten hingegen eignen sich hervorragend für die Photometrie auch im UV-Bereich. Wichtig ist, daß die Küvetten niemals an den durchsichtigen Seiten angefaßt werden dürfen, weil durch Verschmutzungen empfindliche Ungenauigkeiten auftreten können. Eine hinter die Küvette geschaltete Photozelle gibt Aufschluß darüber, wieviel Licht absorbiert wird.

Die Lichtquelle ist in der Regel eine Wolfram-, Wolframhalogen- oder Deuteriumlampe oder ein Linienstrahler. Ein Teil dieses Lichtes wird durch einen Spalt gelassen. Dazu muß man zunächst wissen, woraus sich Licht zusammensetzt. Das Spektrum des sichtbaren Lichts erstreckt sich von etwa 380 nm bis 750 nm. Nimmt man alle Wellenlängen zusammen, so ergibt das Gemisch die "Farbe" weiß. Dieses Licht ist polychromatisch.

Mit Hilfe eines Filters (Prisma, Gitter o. ä.) ist es möglich, das Licht in seine Wellenlängen aufzuteilen, damit nur das Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs durchgelassen wird. Solches Licht nennt man monochromatisch. Farbige Lösungen absorbieren bestimmte Wellenlängen. Deswegen kann man farblose Substanzen nur dann photometrisch bestimmen, wenn sie mit einer anderen Substanz zu einem Farbstoff reagieren.

Farbige Lösungen zeigen die Farbe der Wellenlängen, die nicht absorbiert werden, die sogenannte "Komplementärfarbe". Ein Filter steht hinter dem Spalt und läßt so nur monochromatisches Licht durch. Dieses Licht wird durch die Küvette mit der zu analysierenden Substanz gestrahlt. Eine Photozelle oder -diode gibt Aufschluß über das durchgelassene Licht.

Das LAMBERT-BEERSCHE Gesetz besagt:

E=lg PHIo/PHI=EPSILON*c*d

PHIo ist der Lichtstrom vor dem Durchgang durch die Küvette, PHI der Lichtstrom danach. EPSILON ist der molare dekadische Extinktionskoeffizient, der spezifisch für einen bestimmten Stoff bei einer bestimmten Wellenlänge ist. c ist die Konzentration, auf die wir durch Umstellung der Gleichung und Messung der anderen Parameter schließen möchten. d schließlich bezeichnet die Schichtdicke der Lösung.

Übrigens: Da die Absorption u.a. von der Schichtdicke dder Küvette abhängig ist, muß diese genau bekannt sein. Deswegen müssen Küvetten exakte Abmessungen aufweisen.

Durch diese Abhängigkeit lassen sich die Ergebnisse sinnvoll auswerten, zum Beispiel für die Konzentrationsanalyse der Photometrie. Bisher kannten wir als Analyseverfahren nur die Titration, die ja auch nur Ergebnisse zuläßt, wenn man die zugrunde liegenden Gesetzmäßigkeiten (Säure-Base-Gesetze, Nernst-Gleichungen) beherrscht.

Photometertypen

Je nach verwendetem Filter unterscheidet man zwei verschiedene Typen von Photometern: Filter- und Spektralphotometer. Setzt man einen einfachen Filter ein, so erhält man ein Filterphotometer, mit dem man die Absorption bei einer bestimmten Wellenlänge messen kann. Mit einem Prisma oder einem Gitter als Monochromator kann man die Absorption über einen breiten Wellenlängenbereich bestimmten.

Man mißt die Konzentration am Maximum des Spektrums, damit die Fehler möglichst gering bleiben. Zunächst ermittelt man die Extinktion bei Lösungen bekannter Konzentration. Daraus kann man eine Eichgerade gewinnen. Mißt man nun die Auslöschung bei einer Lösung unbekannter Konzentration, so kann man über die zugehörige Geradengleichung auf die gesuchte Konzentration schließen.

Fehlerquellen

Mögliche Fehlerquellen sind verschmutzte Küvetten, falsche Schichtdicken, Trübungen der Lösung, Lichtreflexion am Küvettenrand. Temperatureinflüsse, geräteabhängige Fehler und Lösungsmittel-Absorption. Wegen dieser Absorption ist eine Blindprobe unbedingt notwendig.

Bedeutung

Die Photometrie ist ein modernes, zuverlässiges und preisgünstiges Verfahren, das in vielen Bereichen der Industrie - insbesondere in der Wasser- und Abwasseranalytik - Verwendung findet. Mit ihr kann man die Konzentrationen von z.B. Nitrit- oder Phosphationen im Abwasser nachweisen.

Die Firma Merck, Darmstadt, liefert beispielsweise mit ihrem Spectroquant [Warenzeichen rechtlich geschützt] Photometersystem vorbereitete Küvetten mit Lösungen, zu denen nur noch die abgemessene, zu analysierende Substanz gegeben werden muß. Gegebenenfalls muß zuvor noch ein Aufschluß (z.B. über Mikrowelle oder Thermoreaktor) durchgeführt werden, um zum Beispiel Komplexe zu knacken.

Transmission und Absorption. Bei einem Transmissionsspektrum ermittelt man die Durchlässigkeit T einer Lösung in Prozent des einfallenden Lichtes in Abhängigkeit von der jeweiligen Wellenlänge. Bei einem Absorptionsspektrum wird der negative Logarithmus der Transmission als Absorption A (A=-log T; T = I/Io) entsprechend des Lambert-Beerschen Gesetzes aufgezeichnet.

QUELLEN:

• Georg Schwedt, Taschenatlas der Analytik, Thieme Verlag, 1992
  
• Jander/Jahr, Maßanalyse, 15. Auflage, de Gruyter, 1989
  

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