Spectrofotometers met geavanceerd optisch systeem

Wat is een spectrofotometer?

Spectrofotometers worden gebruikt voor wateranalyse en bepalen de aanwezigheid van een bepaalde chemische stof in een waterige oplossing. Een digitale fotometer maakt het mogelijk om verschillende parameters nauwkeurig en objectief te meten in water, bijvoorbeeld: chloor, alkaliniteit, ijzer, koper, enz. Aan een monster wordt reagens toegevoegd, waardoor een verkleuring plaatsvindt. Een spectrofotometer meet dan de kleurintensiteit van die oplossing. De meetresultaten worden rechtstreeks weergegeven in de maatsoort van de specifieke parameter.

Spectrofotometers werken door het isoleren van licht, bij specifieke golflengten, van wit licht.

Kleur is overal in ons dagelijks leven. Wist je dat je kleur echt kunt meten? De spectrofotometer is een essentieel hulpmiddel voor biologen en technici bij het analyseren van chemische en biologische monsters.

Colorimetrische analyse

In eenvoudige bewoordingen zijn kleuren afhankelijk van licht. We zien eigenlijk geen kleuren, wat we zien als kleur is het effect van licht dat op een object schijnt. Wanneer wit licht op een object schijnt, kan het worden gereflecteerd, geabsorbeerd of doorgelaten. Glas laat het meeste licht dat ermee in contact komt door, waardoor het kleurloos lijkt. Sneeuw weerkaatst al het licht en lijkt wit. Een zwarte doek absorbeert al het licht en lijkt zo zwart. Een rood stuk papier reflecteert rood licht beter dan andere kleuren. De meeste objecten zien er gekleurd uit omdat hun chemische structuur bepaalde golflengten van licht absorbeert en andere weerkaatst.

Als we het over licht hebben, bedoelen we meestal wit licht. Een dunne lijn licht wordt een straal genoemd, en een straal bestaat uit vele lichtstralen. Wanneer wit licht door een prisma (een driehoekig transparant object) gaat, verspreiden de kleuren van wit licht zich in zeven kleurbanden. Deze kleurbanden worden een spectrum genoemd. Zeven kleuren vormen wit licht: rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo en violet. In elk spectrum zijn de kleurbanden altijd in deze volgorde van links naar rechts georganiseerd.

Stel dat we een straal wit licht schijnen op een stof die blauw licht absorbeert. Omdat de blauwe component van het witte licht door de stof wordt geabsorbeerd, is het doorgelaten licht meestal geel, de complementaire kleur van blauw. Dit gele licht bereikt onze ogen en we 'zien' de substantie als een geelgekleurde substantie.

De kleurvariatie van een systeem dat een concentratieverandering van een component ondergaat, vormt de basis van colorimetrische analyse.

Wat is colorimetrie?

Colorimetrie is het meten van kleur. Colorimetrie is de bepaling van de concentratie van een stof door meting van de relatieve absorptie van licht ten opzichte van een bekende concentratie van die stof. Bij visuele colorimetrie wordt in het algemeen natuurlijk of kunstmatig wit licht als lichtbron gebruikt en de bepalingen worden gewoonlijk uitgevoerd met een eenvoudig instrument dat een colorimeter of kleurvergelijker wordt genoemd. Wanneer het oog wordt vervangen door een foto-elektrische cel, wordt het instrument een foto-elektrische colorimeter genoemd.

Een colorimetrische analyse is gebaseerd op het principe dat veel stoffen met elkaar reageren en een kleur vormen die de concentratie van de te meten stof kan aangeven. Wanneer een stof wordt blootgesteld aan een bundel met lichtintensiteit (I₀), wordt een deel van de straling geabsorbeerd door de moleculen van de stof en wordt een straling met intensiteit (I) uitgezonden. Dit verschil in intensiteit wordt gebruikt voor de colorimetrische bepaling.

Wet van Lambert-Beer

De hoeveelheid geabsorbeerde lichtstraling wordt verwerkt in de Wet van Lambert-Beer. De concentratie (c) van het desbetreffende element in het monster kan bepaald worden aan de hand van de kleurintensiteit van het licht, dat door het element wordt teruggekaatst, waarbij de andere factoren in deze formule bekend zijn.

A = Ɛ · l · C
A = absorbantie
Ɛ = molaire extinctiecoëfficiënt van de substantie op golflengte [L/(mol·cm)]
l = padlengte, optische afstand licht door het monster (cm)
C = concentratie (mol/liter)

< Lees meer over de wet van Lambert-Beer

Optische configuraties van een spectrofotometer

Enkele straal

In een conventionele spectrofotometer met enkele bundel worden de blanco en het monster achtereenvolgens gemeten, met een interval van enkele seconden voor een enkele golflengtemeting en tot enkele minuten voor een volledige spectrummeting met een conventioneel instrument. Lampdrift kan leiden tot aanzienlijke fouten gedurende lange tijdsintervallen.

Dubbele straal

De spectrofotometer met dubbele straal of dubbele bundel is ontwikkeld om deze veranderingen in lampintensiteit tussen metingen aan blanco en monstercuvetten te compenseren. In deze configuratie zendt de lichtbron een enkele lichtbundel uit die wordt gesplitst door een lichthakselaar, waardoor twee stralen van gelijke energie met hetzelfde optische pad worden gecreëerd. De ene straal passeert de referentie terwijl de andere straal door het monster gaat.

In vergelijking met ontwerpen met enkele bundel, bevatten instrumenten met dubbele bundel meer optische componenten, wat de doorvoer en gevoeligheid vermindert. Voor hoge gevoeligheid kunnen lange meettijden nodig zijn. Bovendien kan het complexere mechanische ontwerp van de dit soort spectrofotometer resulteren in een slechtere betrouwbaarheid.

Gespleten straal

De spectrofotometer met gespleten straal lijkt op de spectrofotometer met dubbele bundel, maar gebruikt een straalsplitser in plaats van een hakselaar om licht langs de blanco- en monsterpaden tegelijkertijd naar twee afzonderlijke maar identieke detectoren te sturen. Met deze configuratie kunnen de blanco en het monster tegelijkertijd worden gemeten. Het ‘split beam’-ontwerp is mechanisch eenvoudiger dan het ‘dual beam’-instrument en vereist minder optische elementen.

Toepassingen van spectrofotometers

De huidige spectrofotometers zijn hoofdzakelijk ontworpen voor wateranalyse. Moderne spectrofotometers zijn zowel duurzaam als draagbaar en bieden flexibiliteit in gebruik. Hoewel de toepassingen bijna eindeloos zijn, zijn enkele van de meest voorkomende:

• elementaire bepaling voor waterkwaliteit
• enzymatische analyse in wijn
• bepaling in bier: % alcohol, bitterheid in EBU, kleur in EBC, vrij aminostikstof (FAN)
• analyse van meststofeigenschappen voor landbouw

Eigen methodes

De HI801 Iris van Hanna Instruments begeleidt u stap voor stap door het maken van uw eigen aangepaste methode. De gebruikersinterface helpt u om uw methode te benoemen, de weglengte te bepalen, reactietimers te creëren en de methode te kalibreren. 85 algemeen gebruikte methoden voor chemische analyse zijn voorgeprogrammeerd. Programmeer maximaal 100 persoonlijke methoden met maximaal tien kalibratiepunten, vijf verschillende golflengten (die tegelijkertijd kunnen worden gebruikt) en vijf reactietimers. De Iris heeft een spectrumbereik van 340 nm tot 900 nm, waardoor een ruime keuze aan analytische methoden mogelijk is.

< HI801 Iris spectrofotometer
< VIDEO: voorbeeld van een methode met spectrofotometer

Vergelijking: spectrofotometer vs fotometer

Een fotometer isoleert een specifieke golflengte van licht door filters te gebruiken. Een colorimeter maakt gebruik van randbandfilters of een soortgelijk systeem om licht in kleurcomponenten te scheiden, en past die vervolgens aan op bijpassende curven op basis van het menselijk oog, om kleurwaarden te produceren op basis van wat het menselijk oog zou zien. Dit is ideaal om de menselijke visuele respons te evenaren, maar zegt niets over gegevens die onzichtbaar zijn voor het menselijk oog, zoals emitterende pieken op smalle punten in het spectrum; dat zijn spectrale gegevens, waarvoor een spectrofotometer nodig is.

Spectrofotometers verschillen van fotometers omdat ze metingen in het spectrum van alle golflengten van zichtbaar licht mogelijk maken en niet alleen vooraf gespecificeerde golflengten. Spectrofotometers werken door licht op specifieke golflengten te isoleren van wit licht. Een spectrofotometer breekt het licht op in een spectrum, met behulp van een kleurenrooster of soortgelijk systeem. Vervolgens leest een reeks sensoren elke sectie van het spectrum en produceert spectrale gegevens. Dit is ideaal als u de spectrale emissies van een gloeilamp, een ster of een andere lichtbron analyseert. Daarom worden spectrofotometers vaak gebruikt als wetenschappelijke apparaten.

Wenst u advies over een spectrofotometer voor ùw toepassing? Neem contact op met uw regioverantwoordelijke.