Photometrie und Spektroskopie: Grundlagen und Nomenklatur

Photometrie: Grundlagen und Anwendungen

Absorption und Emission von Strahlungsenergie

Die weite Verbreitung dieser Technik ist das Ergebnis der folgenden Faktoren:

1. Das breite Spektrum der Wellenlängen von Strahlungsenergie und die Unterschiede in ihren Wechselwirkungen mit Materie.
2. Die Verfügbarkeit immer leistungsfähigerer Messgeräte auf dem Markt.
3. Die inhärenten Vorteile für die Anwendung.

Spektrophotometrische Methoden sind so wichtig, dass sie in den meisten Industrie-, klinischen Forschungs- oder Lehrlabors verwendet werden.

Klassifikation und Nomenklatur

Die Notwendigkeit einer einheitlichen Nomenklatur für die Entwicklung der Photometrie führte zur Bildung einer Nomenklatur der Spektroskopie, die von der Society for Applied Spectroscopy und der American Society for Testing Materials (ASTM) angewendet wird.

Die Definitionen, Symbole und Namen werden von diesen miteinander verknüpften Organisationen empfohlen. Die Konzepte sollten eine ähnliche Bezeichnung tragen. Dies wird einfach durch Hinzufügen von Suffixen zur Wortwurzel erreicht, um das Basiskonzept auszudrücken. Im Folgenden sind einige der verwendeten Suffixe aufgeführt:

Wichtige Suffixe in der Spektroskopie

• -OR: Bezieht sich auf eine Vorrichtung oder einen Mechanismus (z. B. Reflektor, Komparator). Manchmal auch als Widerstand oder in der Entomologie als Filamente verwendet.
• -ANZ/-ANCE: Bezeichnet eine Eigenschaft des Geräts oder Körpers (z. B. Transmittanz, Absorption, Kapazität).
• -TÄT (-TY): Beschreibt eine Eigenschaft eines Stoffes (z. B. Dichte, Löslichkeit, Leitfähigkeit, Wasseraufnahme, Emissionsgrad).
• -METER: Bezeichnet ein Messgerät (z. B. Amperemeter, Wärmemengenzähler, Densitometer, Spektralphotometer).
• -SKOPIE (-SCOPIA): Bezeichnet ein optisches Gerät, Apparat oder Sehwerkzeug (z. B. Mikroskop, Teleskop, Spektroskop).

Begriffe zur Aufzeichnung

• -GRAPH: Ein Gerät zur Aufzeichnung von Beobachtungen (z. B. Polarograph, Spektrograph).
• -GRAMM (-GRAMA): Die durch ein Instrument erzeugte Aufzeichnung oder Platte (z. B. Polarogramm, Spektrogramm).

Die Natur der Strahlungsenergie

Strahlungsenergie wird als Energie definiert, die in Form elektromagnetischer Strahlung übertragen wird. Stoffe können diese Energie unter Bedingungen hoher Anregung emittieren, wie sie beispielsweise durch hohe Temperatur (T) und/oder elektrische Entladung erzeugt werden.

Diese Energie kann von vielen Substanzen in verschiedenen Aggregatzuständen (fest, flüssig und gasförmige Lösung) absorbiert werden, wenn die einfallende Strahlung eine entsprechende Wellenlänge besitzt.

Elektromagnetische Strahlung zeigt eine doppelte Funktion in Beugung und Brechung. Die Strahlung besitzt Welleneigenschaften und benötigt kein physikalisches Medium zur Ausbreitung. Obwohl das Phänomen der Emission und Absorption von Strahlung Welleneigenschaften aufweist, besitzt elektromagnetische Strahlung auch Teilcheneigenschaften, die als Photonen bezeichnet werden (aus dem Griechischen, was „zum Licht gehörend“ bedeutet).

Das elektromagnetische Spektrum

Das gesamte elektromagnetische Spektrum umfasst über 20 Größenordnungen von Wellenlängen, weshalb seine Darstellung in der Regel auf einer logarithmischen Skala erfolgt.

Frequenz und Wellenzahl

Die Frequenz ist die Anzahl der Wellen, die einen festen Punkt pro Zeiteinheit passieren (z. B. Zyklen pro Sekunde [cps] oder Megahertz [MHz]).

$$1 \text{ MHz} = 10^6 \text{ Zyklen pro Sekunde}$$

Die Frequenz und die Länge einer Welle stehen in direktem Zusammenhang mit der Lichtgeschwindigkeit der Strahlung im Vakuum. Eine weitere sehr praktische Einheit, die besonders im zentralen Bereich des Spektrums und in der Infrarot-Spektrometrie bequem ist, ist die Wellenzahl (Anzahl der Wellen pro Zentimeter).