12.4 : Spektrophotometrie: Einführung

Spektrophotometrie ist die quantitative Messung der Absorption, Reflexion, Beugung oder Transmission elektromagnetischer Strahlung durch ein Material als Funktion der Intensität und Wellenlänge der Strahlung. Ein Spektralphotometer ist ein Gerät zur Messung der Veränderung der Strahlungsintensität, die durch die Wechselwirkung mit dem Material verursacht wird.

Zu den wesentlichen Komponenten eines Spektralphotometers gehören eine Quelle elektromagnetischer Strahlung, ein Schlitz zum Platzieren eines zu analysierenden Materials und ein Detektor zur Messung der Intensität der einfallenden Strahlung von der Quelle und der aus dem Material austretenden Strahlung (durchgelassene, reflektierte oder gebeugte Strahlung). Die Differenz zwischen der Intensität der einfallenden Strahlung und der durchgelassenen Strahlung, die den Detektor erreicht, wird zur Berechnung der Intensität der vom Material absorbierten Strahlung verwendet. Die Probe wird Strahlung verschiedener Wellenlängen ausgesetzt, oft einer nach der anderen. Das Spektrometer liefert bei jedem Versuch eine Reihe von Daten mit Absorptionsdetails, ein Vorgang, der als Scannen bezeichnet wird. Da die Energieniveaus des Materials endlich sind, erfolgt die Absorption nur bei bestimmten Wellenlängen.

Die Darstellung der absorbierten Strahlung gegenüber der entsprechenden Wellenlänge wird als Absorptionsspektrum bezeichnet. Ebenso sind die Diagramme der reflektierten, gebeugten und durchgelassenen Strahlung als Funktion der Wellenlänge die Reflexions-, Beugungs- bzw. Transmissionsspektren. Diese Spektren liefern Informationen über die spezifische Wellenlänge, bei der die Wechselwirkung zwischen Material und Strahlung auftritt.

Der Wellenlängenbereich der Strahlung bestimmt die Art des Übergangs, der im Material auftritt. Beispielsweise zeigen UV-Spektren die Absorption von UV-Strahlung durch das Material. Die absorbierte Strahlung verursacht eine elektronische Anregung im Material. Im Gegensatz dazu zeigen Infrarotspektren die Anregung von Schwingungsniveaus einer spezifischen Bindung im Material. Die spezifische Absorptionswellenlänge beschreibt die chemische Struktur des Moleküls innerhalb eines Wellenlängenbereichs. Beispielsweise unterscheidet sich die spezifische Wellenlänge der von einer Hydroxylbindung in einem Molekül absorbierten Infrarotstrahlung von der Wellenlänge der von der Carbonylbindung absorbierten Strahlung. Daher können Infrarotspektren verwendet werden, um funktionelle Gruppen im Material zu identifizieren.

Im Gegensatz zu anderen chemischen Charakterisierungsmethoden wie der Titration ist die Spektroskopie eine zerstörungsfreie Charakterisierungstechnik, und Probenmaterial kann nach der Analyse wiederhergestellt werden.