Arbeitsblatt 4.2: Ein Absorptionsphotometer für den Unterricht an Schulen (1/6)

Die Komponenten

Im Lehrmittelhandel für den naturwissenschaftlichen Unterricht wird ein Photometer für die Nutzung an Schulen angeboten, das ein vollständiges System aus allen erforderlichen Komponenten darstellt. Die Komponenten sind weitgehend einzeln zugänglich, sodass ihre Funktion leicht nachvollzogen werden kann; verglichen mit Photometern für das chemische Labor, deren Baugruppen sich in einem geschlossenen Gehäuse verbergen, kann hiermit frei experimentiert und wenn erforderlich der Aufbau auch geändert werden.

Komponenten eines Photometers für die Schule. Oben links: Polychromator für die Verwendung an der USB-Schnittstelle eines PC. Die Lichtzuführung geschieht mit einem Lichtleiter, der an der Vorderseite des Polychromators angeschlossen wird. Mit seinem zweiten Ende ist der Lichtleiter an den Küvettenhaltereinheit mit Lichtquelle (oben Mitte) angeschlossen. Als Lichtquelle dient eine miniaturisierte Glühlampe. Der Polychromator wird vollständig an einem PC betrieben. Die Software erlaubt vielfältige Einstellungen für unterschiedliche Analysen.

Ein besonderer Vorteil liegt in der Nutzung eines Polychromators. Im Gegensatz zu einem Monochromator, der mit einem Fotodetektor jeweils nur die Helligkeit bei einer Wellenlänge registrieren kann, nutzt ein Polychromator ein Detektorarray mit vielen Einzelelementen. Das Spektrometer für die Schule besitzt ein Detektorarray mit 2048 Elementen! Unterstützt durch eine komfortabel bedienbare Software werden Messdaten von etwa 340 bis 1026 nm in Abständen von etwa 0,4 nm (im nahen UV) bzw. 0,3 nm (im nahen IR) als quasi-kontinuierliche Spektren gemessen.

Schematischer Aufbau eines Polychromators.
Quelle: CARL ZEISS, Oberkochen.

Das zu analysierende Licht wird in ein Bündel aus Glasfasern eingekoppelt (in der Grafik links oben). Eine der Fasern und das durch sie hindurchlaufende Licht ist beispielhaft in Rot hervorgehoben. Die Fasern werden von einer runden in eine lineare Anordnung umsortiert und bilden so am Eintritt in den Polychromator den Eintrittsspalt eines Monochromators geometrisch nach. Auf dem rechts zu sehenden Glaselement ist ein optisches Gitter für die spektrale Zerlegung aufgebracht. Gleichzeitig bildet das als Hohlspiegel geformte Glaselement das aus dem Eintrittsspalt austretende und am Gitter spektral zerlegte Licht scharf auf das Detektorarray ab. Die Elemente des Arrays registrieren somit synchron das Spektrum des in das Glasfaserbündel eintretenden Lichts.