Ergänzende Hinweise zum Arbeitsblatt 4.1: Ein Absorptionsphotometer, selbst gebaut (1/4)
Fragen:
- Wie kann der Aufbau des Photometers über die Angaben des Arbeitsblatts 4.1 hinaus weiter verbessert werden?
- Welche Messfehler können auftreten, und wie lassen sie sich verringern oder vermeiden?
Die Lichtquelle
- Bei einer größeren Zahl von Wellenlängen soll ein Spektrum des Absorptionskoeffizienten bestimmt werden.
Dann wird eine breitbandige Lichtquelle benötigt, deren Licht mit einem Monochromator spektral zerlegt werden muss. Als Lichtquelle werden Halogenlampen wegen ihrer hohe Leuchtdichte im Bereich 500 bis 3000 nm bevorzugt. Ihre Helligkeit ist zeitlich sehr konstant, wenn sie an einer stabilisierten Stromversorgung mit Gleichstrom betrieben werden. Ein Betrieb an Wechselstrom (Transformator) oder nicht stabilisierten Steckernetzteilen ist ungünstig: an 50 Hz betrieben flackern Halogenlampen mit 100 Hz, da der Glühfaden bei jeder Halbwelle geheizt wird und wieder erkaltet, und die Emission von der Temperatur des Glühfadens bestimmt wird. Dies kann die Qualität der Messdaten negativ beeinflussen.
Im blauen Bereich ist die Helligkeit von Halogenlampen gering und verschwindet im Ultraviolett. Laborphotometer nutzen daher neben Halogenlampen zusätzlich auch Deuteriumlampen für diese kurzen Wellenlängen; diese Gasentladungslampen leuchten im Bereich von 200 bis 450 nm, sind aber vergleichsweise teuer zu beschaffen und erfordern eine spezielle Stromversorgung. Ihre UV-Strahlung ist für Augen und Haut gefährlich.
Alternativ könnte man sich auf eine kleinere Zahl von Wellenlängen beschränken, wofür sich LED oder Laserpointer anbieten, wenn diese Lichtquellen im Aufbau des Photometers in kurzer Zeit gewechselt werden können. Dies muss sehr reproduzierbar möglich sein, um zufällige Messfehler durch eine ungenaue Justage zu vermeiden. Ein Monochromator ist dann nicht erforderlich. Ihre Helligkeit ist ebenfalls stabil, allerdings ist sie von der Temperatur abhängig. Die spektrale Breite von LED liegt zwischen etwa 10 nm im Infrarot und Rot und wächst bis etwa 50 nm im Blau. Dies kann zu systematischen Messfehlern führen, wenn Substanzen mit stark veränderlicher Absorption im Bereich des Emissionsspektrums einer LED untersucht werden sollen.
Weiße LED sind tatsächlich blau leuchtende LED: ein Teil des von der leutdiode erzeugten blauen Lichts wird mit einem Phosphor in ein breites Emissionsband im grünen, gelben und roten Bereich gewandelt, wodurch der weiße Farbeindruck entsteht. Will man weiße LED verwenden, wird wie bei Halogenlampen ein Monochromator für die spektrale Zerlegung benötigt.
Laserpointer sind im Vergleich zu LED sehr hell und spektral schmalbandig. Ihre Srahlung ist durch eine bereits vorhandene Linse gut parallelisiert. Dies ist sehr vorteilhaft, da die Linse vor der Küvette ebenso wie der Monochromator entfallen kann.
