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Ratgeber

Photometer: Messung von Lichtstärke oder Lichtmenge

Durch eine Messung mit einem Photometer können photometrische Größen wie die Lichtstärke oder Lichtmenge mit einer hohen Genauigkeit ermittelt werden. Wie die Analyse mit einem solchen Gerät funktioniert und wozu es eingesetzt werden kann, erfahren Sie in diesem Ratgeber.


Wozu werden Photometer benötigt?

Mit einem Photometer (alternative Schreibung: Fotometer) können Sie die Konzentration von verschiedenen Stoffen (z. B. Chlor, Eisen, Fluorid, Nickel, Phosphat, Iod) oder auch von Enzymen feststellen. Photometer sind daher fester Bestandteil vieler Labore. Die Messtechnik wird häufig genutzt, um die Qualität von Trinkwasser oder Badegewässern zu überwachen. Mit Photometern lassen sich aber auch die Peroxidzahl von Olivenöl, der Gehalt von Zucker oder Säure bei Weinen und die Farbe von Honig bestimmen. Wertvolle Dienste leisten sie darüber hinaus im Gartenbau, der gewerblichen Fischzucht sowie in der Hobby-Aquaristik. Ein Photometer arbeitet so genau, dass selbst wenige Milligramm des zu untersuchenden Stoffes in der Testlösung ausreichen, um die Konzentration zuverlässig feststellen zu können.


Wie funktioniert die Messung mit einem Photometer?

Eine Lichtquelle im Inneren des Fotometers erzeugt, abhängig vom Messgerät, entweder ein Licht, welches nicht durch Spektrallinien unterbrochen wird oder das nur einzelne Spektrallinien enthält. Ebenfalls möglich ist das Emittieren von Licht im UV- oder Infrarot-Bereich. Die einzelnen Strahlen des erzeugten Lichts werden anschließend mithilfe von Linsen zu einem Bündel zusammengefasst. Das auf die Messlösung treffende Licht wird durch den Einsatz von Monochromatoren auf eine bestimmte Wellenlänge beschränkt. So kommt etwa bei einem Spektralphotometer weißes Licht zum Einsatz, das von einem Beugungsgitter oder einem Prisma auf die gewünschte Wellenlänge reduziert wird.

1. Lichtquelle / 2 .Monochromator / 3 .Blende 3  / 4. Anzeigegerät /  5. Detektor /

6. Küvette mit Flüssigkeit /  7. Blende 2 / 8. Blende 1

Damit nun eine Messung durchgeführt werden kann, muss das präparierte Licht durch eine Blende auf die Messlösung treffen.

Während das Licht die Messlösung durchdringt, kommt es zu einer Abschwächung der Lichtintensität, die durch die in der zu messenden Flüssigkeit befindlichen Moleküle verursacht wird.

Mithilfe eines Sensors kann nun ermittelt werden, wie stark das Licht durch die Moleküle, die sich in der Messflüssigkeit befinden, abgeschwächt wurde.

Dabei dient der Grad der Lichtschwächung als Maß für die Lichtabsorption, mit der letztlich die Konzentration einer Substanz in der Flüssigkeit bestimmt werden kann.


Aufbau eines Photometers

Ein Photometer besteht immer aus den folgenden Bauteilen: Lichtquelle, Optik, Blenden, Monochromator, einem Raum für die zu messenden Proben, Detektor, Verstärker sowie einer Anzeige zur Ausgabe der Messwerte. Das von der Lichtquelle erzeugte Licht wird von einer Linse gebündelt und auf einen Monochromator gelenkt.

Dabei kann es sich entweder um ein Prisma oder um ein Beugungsgitter handeln. Bei einem Prisma wird weißes Licht durch die unterschiedlich langen Laufzeiten der verschiedenen Wellen in die Spektralfarben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett aufgeteilt. Dabei gilt, dass kürzere Wellen stärker gebrochen werden als längere.

1. Lichtquelle / 2. Prisma / 3. Blende

Ein Beugungsgitter besteht aus einer Platte, deren Oberfläche mit einer Vielzahl parallel angebrachter Rillen versehen ist und die das auftreffende Licht in seine Spektralfarben zerlegt. Es wird zwischen transmittierenden Gittern aus Glas sowie reflektierenden Gittern aus Aluminium unterschieden. Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von monochromatischem Licht ist der Einsatz von Filtern. Dabei werden gewöhnlich Absorptionsfilter oder Interferenzfilter verwendet. 

Bei der Durchführung einer Lichtmessung ist eine Kammer im Messgerät nötig, die das Gefäß (Küvette) mit der Messflüssigkeit aufnimmt. Im Raum für die Probe befindet sich eine Halterung, die die Küvette in der korrekten Position hält. An der Öffnung, durch die das Licht in die Messkammer tritt, ist eine Blende angebracht, die für eine Abschirmung gegen Streulicht sorgt. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich der lichtempfindliche Detektor, der die Intensität des durch die Probe getretenen Lichtes misst. Das optische Signal wird vom Detektor in ein elektrisches umgewandelt, das am Ende ausgewertet werden kann. Bei neueren photometrischen Messgeräten erfolgt eine Umwandlung in ein digitales Signal, das auf dem Display des Gerätes ausgegeben wird.


Was gibt es beim Kauf eines Photometers zu beachten?

Es gibt in der Photometrie kein universell einsetzbares Messgerät, das die Bestimmung sämtlicher Substanzen ermöglicht. Ein Gerät, das die Konzentration von Nickel misst, kann in den meisten Fällen auch nur Nickel messen und keine anderen Stoffe. Es gibt zwar Photometer, die für die Messung mehrerer Substanzen verwendet werden können, sie sind aber entsprechend kostspielig. Entscheiden Sie daher vor dem Kauf, welche Messungen Sie durchführen möchten. Soll das Messgerät im Feldeinsatz genutzt werden, achten Sie auf ein robustes Gehäuse und gegebenenfalls eine Schutzart wie IP67. Greifen Sie zu einem Gerät mit einem großen und gut ablesbaren Display. Für den Außeneinsatz kann eine Hintergrundbeleuchtung der Anzeige sinnvoll sein. Bei mobilen Messgeräten ist die Laufzeit der Batterien ein nicht zu unterschätzender Faktor.


Unser Praxistipp: Niemals direkt in die Lichtquelle eines Photometers blicken!

Tragen Sie zur Sicherheit eine Schutzbrille, die UV-Strahlung absorbiert, wenn Sie mit einem Photometer arbeiten. Bei einem ungeschützten Blick in die UV-Lichtquelle kann es zu bleibenden Augenschäden kommen.


FAQ – häufig gestellte Fragen zu Photometern

Was ist der Unterschied zwischen einem Kontinuumstrahler und einem Linienstrahler?

Es handelt sich bei einem Kontinuumstrahler um eine Lichtquelle, die Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich emittiert. Gängige Kontinuumstrahler sind Xenonlampen, Halogenlampen, Deuteriumlampen oder Wolframfadenlampen. Ein sogenannter Linienstrahler erzeugt dagegen nur Licht in bestimmten Wellenbereichen. Sie weisen im Vergleich zu Kontinuumstrahlern eine höhere Intensität auf, stellen aber, wie erwähnt, lediglich ganz bestimmte Wellenbereiche bereit.

Welches Material wird für Küvetten verwendet?

Häufig bestehen Küvetten aus Quarz- oder einem optischen Spezialglas. Polyacryl ist ebenfalls ein häufig verwendetes Material.

Was ist ein Absorptionsfilter?

Ein Absorptionsfilter besteht aus gefärbtem Glas, das nur für Licht einer bestimmten Wellenlänge durchlässig ist.

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