4. Absorption und Streuung
Absorptionsphotometrie (6/6)
Absorptionsspektren aus der natürlichen Umwelt
Absorbierende Stoffe in der Umwelt sind immer Gemische verschiedener Moleküle. Die vorher gezeigten Chlorophylle sind nur eine kleine Auswahl der Pflanzenpigmente, die chemisch isoliert und bestimmt werden können.
Oft sind summarische Informationen über solche Pigmente ausreichend, um die Menge und den Zustand der Vegetation zu bestimmen und für die Prognose von Erteerträgen, die Überwachung des Zustands von Wäldern oder auch die Bestimmung von Algen in den Meeren zu nutzen. Dass sie mit Satelliten aus dem Weltraum gemessen werden können, erweist sich als besonderer Vorteil, wenn es wenn es um die Beschreibung des Vegetationszustands großer Gebiete oder der gesamten Erde geht, der am Erdboden alleine gar nicht repräsentativ erfasst werden kann. Wie dies mit Satelliten möglich ist, wird in den Lerneinheiten mit den Titeln Fernerkundung in der Landwirtschaft und Meeresfarben in Küstengewässern vorgestellt.
Zum Schluss dieses Abschnitts über Methoden der Messung von Absorptionsdaten zeigt die Grafik in der rechten Spalte das Extinktionsspektrum einer Wasserprobe aus dem Skagerrak, ein Meeresgebiet, das die Nord- und Ostsee miteinander verbindet. Genutzt wurde das zwei Seiten vorher gezeigte Zweistrahl-Photometer mit Reinstwasser als Referenzprobe. Das Spektrum zeigt demnach nicht die Extinktion der gesamten Probe einschließlich des Wassers, sondern die Extinktion von Substanzen, die im Wasser zusätzlich vorhanden sind.
In dem Spektrum fällt zunächst der starke Anstieg der Extinktionswerte unterhalb 500 nm in Richtung Blau und Ultraviolett auf. Dieser Anstieg ist charakteristisch für Huminstoffe, die beim Verrotten von Pflanzen entstehen und durch die Flüsse in das Meer gelangen. Moore und Tümpel enthalten solche Substanzen in hoher Konzentration: eine Wasserprobe gegen das Licht gehalten erscheint gelb gefärbt, weil der blaue Anteil des Tageslichts absorbiert wird und das verbleibende Licht dem Auge gelb erscheint. Daher werden diese Substanzen in der Meeresforschung auch als Gelbstoffe bezeichnet, wie in der Lerneinheit über die Meeresfarben in Küstengewässern nachzulesen ist.
Eine weitere Auffälligkeit sind die für die gefilterte Probe systematisch kleineren Extinktionswerte. Offenbar enthält das Meerwasser Substanzen, die das Licht schwächen und die durch eine Filtration entfernt werden. Es handelt sich hierbei um Schwebeteilchen, insbesondere um kleine Algen und um Sedimente, die durch Strömung und Wellen am Meeresboden aufgerührt werden und das Wasser trübe machen.
Im Ergebnis gibt es somit im Wasser gelöste Moleküle, die durch ein Filter hindurchgehen, und größere Schwebeteilchen, die auf dem Filter liegen bleiben, und beide tragen zur Schwächung des Lichts bei einer Absorptionsmessung bei. Dies muss man beachten, andernfalls werden Extinktionsspektren nicht richtig interpretiert.
Eine dritte Auffälligkeit ist das deutliche Minimum bei 740 nm. Es entsteht durch unterschiedliche Temperaturen der Meerwasserprobe und des Referenzwassers. Im Abschnitt zur Auswertung von Photometerdaten hatten wir festgestellt, dass die Eigenschaften des Lösungsmittels bei der Auswertung entfallen. Tatsächlich zeigt Wasser im roten Bereich und noch stärker im Infrarot eine Absorption, die von der Temperatur abhängt. Auch dieser Effekt kann zu falschen Interpretationen von Extinktionsspektren führen.
