Lexikon der Biologie: Photometer
Photometers [von *photo- , griech. metron = Maß], Meßgerät, das in der Biologie, Medizin und Chemie über die Messung der Licht-Absorption (Photometrie) vor allem zur Bestimmung von Konzentrationen bekannter Substanzen bzw. von Enzymaktivitäten (enzymatische Analyse, Enzyme) verwendet wird. Von einer Strahlungsquelle (Wolfram-, Quecksilber-, Cadmium-, H2-, D2-Lampe, Glühlampe) wird kontinuierliches Licht (nicht durch Spektrallinien unterbrochenes Licht; z.B. Wolfram-, H2-, D2-Lampe) oder diskontinuierliches Licht (Licht, das nur einzelne Spektrallinien enthält; z.B. Quecksilber-, Cadmium-Lampe) im sichtbaren (z.B. Wolframlampe) bzw. im ultravioletten Wellenlängenbereich (Quecksilber-, Cadmiumlampe) emittiert. Durch Linsen und Blenden wird ein eng umgrenztes, aus parallelen Strahlen bestehendes Lichtbündel hergestellt. Mittels Filter bzw. Monochromatoren kann das Spektrum des auf die Meßlösung (Analysenlösung) einfallenden Lichts auf einen begrenzten Wellenlängenbereich bzw. eine Wellenlänge reduziert werden. Bei einem Spektralphotometer wird weißes Licht durch ein Prisma oder Beugungsgitter (Beugung) so zerlegt, daß nur Licht mit einer bestimmten Wellenlänge durch eine Blende auf die Analysenlösung fallen kann. Bei Durchtritt der Lichtstrahlen durch die Meßlösung wird ein Teil des eingestrahlten Lichts durch die in Lösung befindlichen Moleküle absorbiert, wodurch es zu einer Abschwächung der Lichtintensität kommt (Extinktion; vgl. Abb. 1 ). Der durch die Analysenlösung hindurchgetretene Anteil des Lichts wird durch den Strahlungsempfänger (z.B. Photozelle) registriert, die Lichtschwächung kann in einer Meßwertsanzeige abgelesen werden. Die Lichtschwächung ist ein Maß für die Lichtabsorption und somit ein Maß für die Konzentration der absorbierenden Moleküle in der Analysenlösung. Auf diese Weise kann die Konzentration der gesuchten Substanz mit Hilfe des Lambert-Beerschen Gesetzes oder einer Eichgeraden bestimmt werden. Man unterscheidet Einstrahlphotometer und Zweistrahlphotometer ( vgl. Abb. 2 ). Bei einem Einstrahlphotometer wird die Lichtausbeute am Strahlungsempfänger gemessen, bevor (Eichung des Geräts) und nachdem die Probelösung in den Strahlengang eingebracht wurde. Bei einem Zweistrahlphotometer wird in einer parallelen Messung die Lichtausbeute mit und ohne Analysenlösung (Vergleichsküvette) bestimmt. Bunsen (R.W.), Flammenphotometer, Fluorimeter.
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Photometer
Abb. 1: Beziehung zwischen Lichtintensität (I, I0), Transmission (T) und Extinktion (E).
Prinzip der Messung: Da die Lichtabsorption nicht direkt meßbar ist, wird die Schwächung des Lichts bei Durchtritt durch die Meßlösung bestimmt. Dazu mißt man die Intensität des eingestrahlten Lichts (I0) und die Intensität des durchgelassenen (nicht absorbierten) Lichts (I). Die als Transmissionsgrad (T) bezeichnete Lichtdurchlässigkeit wird als Quotient aus I und I0 berechnet: T = I/I0. Sind in der Meßlösung keine absorbierenden Teilchen vorhanden (z.B. in reinem Wasser), so ist T =1. Je mehr absorbierende Moleküle eine Testlösung enthält, um so kleiner ist die Transmission. T steht mit der Konzentration c der Moleküle in der Meßlösung in einer exponentiellen Beziehung (vgl. Abb.). Aus dem Transmissionsgrad kann die Extinktion E, die den negativen dekadischen Logarithmus der Transmission darstellt, berechnet werden: E = –logT = logI0/I. Die Extinktion ist der Konzentration der absorbierenden Moleküle und der Schichtdicke der Küvette direkt proportional.
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Photometer
Abb. 2: Schematische Darstellung a eines Einstrahlphotometers, b eines Zweistrahlphotometers, c eines Spektralphotometers.
B Blende, F/M Filter oder Monochromator, G Galvanometer mit Meßwertanzeige, IR Infrarot-Strahlung, K Küvette mit Analysenlösung, O Optik, P Prisma, Se Strahlungsempfänger, Sq Strahlungsquelle, UV Ultraviolett-Strahlung, VK Vergleichsküvette
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