Was ist Spektroskopie im sichtbaren Licht (VIS)?

Die Spektroskopie im sichtbaren Licht beinhaltet die Analyse, wie Licht mit einer Probe interagiert. Dies kann die Messung umfassen, wie die Probe eintreffendes Licht verändert oder das von ihr emittierte Licht direkt untersucht. Die Technik wird typischerweise in drei Hauptszenarien angewendet, je nachdem, ob das Licht von der Probe reflektiert, durch sie transmittiert oder direkt von der Lichtquelle emittiert wird.

Reflexion: Bei reflexionsbasierten Messungen wird eine kontrollierte Lichtquelle – wie eine Halogenlampe oder LED – verwendet, um die Probe zu beleuchten. Typischerweise werden sowohl das reflektierte Spektrum einer weißen Referenzprobe als auch das der tatsächlichen Probe aufgezeichnet. Durch Division des Probenspektrums durch das Referenzspektrum wird die Messung unabhängig von der verwendeten Lichtquelle. Diese Anordnung wird häufig zur Analyse der Oberflächenfarbe eingesetzt.

Transmission: Bei Transmissionsmessungen tritt Licht von der Quelle durch die Probe. Ein Referenzspektrum kann entweder durch Entfernen der Probe oder durch deren Ersatz durch ein transparentes Material erhalten werden. Diese Methode wird häufig in der chemischen Analyse von Flüssigkeiten eingesetzt, um die Konzentration von Bestandteilen in einem Lösungsmittel zu bestimmen. In solchen Fällen ist die Blindreferenzprobe das reine Lösungsmittel.

Direkt: Bei emissionsbasierten Messungen emittiert die Lichtquelle selbst das zu analysierende Spektrum. Beispiele hierfür sind LEDs, Displays, Flammen und biolumineszente Materialien. Das Spektrometer untersucht direkt das Emissionsspektrum, um Eigenschaften wie spektrale Leistungsverteilung, Spitzenwellenlängen und Bandbreite sowie Farbtemperatur oder Chromatizität zu bestimmen. Dieser Ansatz ist unerlässlich für die Charakterisierung von Lichtquellen, die Überwachung chemischer Reaktionen und die Bewertung von Display-Technologien.

Ein System zur Messung von sichtbarem Licht besteht typischerweise aus vier Hauptkomponenten: einer Lichtquelle, einem Spektrometer, einem Probenhalter und einer Systemsoftware, die das gemessene Spektrum in anwendungsspezifische Informationen umwandelt.

Typische Lichtquellen, die in der Spektroskopie im sichtbaren (VIS) Bereich verwendet werden, sind weiße LEDs, Halogenlampen, Xenon-Blitzlampen und Leuchtstofflampen. Leuchtstofflampen neigen insbesondere dazu, Flackern aufzuweisen, das durch 50 Hz oder 60 Hz Oszillationen in der Versorgungsspannung verursacht wird. Während dieses Flackern für das menschliche Auge oft nicht wahrnehmbar ist, kann es von Kameras und Spektrometern erfasst werden.

Spektrale Daten werden von einem Spektrometer erfasst, das ein Beugungsgitter verwendet, um die verschiedenen Wellenlängen des Lichts räumlich zu trennen. Ein Silizium-basierter Detektor wandelt dann die optische Intensität bei jeder Wellenlänge in elektrische Signale um.

In vielen Anwendungen werden Messergebnisse sowohl durch den Abstand als auch durch den Beobachtungswinkel zwischen Probe und Spektrometer beeinflusst. Bei Farbmessungen beispielsweise werden Geometrien von Organisationen wie der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) und ASTM standardisiert, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse über verschiedene Instrumente und Umgebungen hinweg konsistent und reproduzierbar sind. Um Genauigkeit und Wiederholbarkeit zu gewährleisten, ist es unerlässlich, robuste und oft einstellbare Probenhalter zu verwenden, die eine präzise Kontrolle über Positionierung und Ausrichtung während der Messung ermöglichen.

In den meisten Anwendungen ist es das Ziel, spezifische Eigenschaften der Probe zu messen. Um dies zu erreichen, müssen die rohen Spektraldaten in praktischere Parameter wie CIE Lab*, RGB-Werte und Farbkoordinaten oder die Konzentration chemischer Bestandteile umgewandelt werden. Diese Umwandlung wird von der Systemsoftware durchgeführt, die die Spektraldaten verarbeitet und in aussagekräftige, anwendungsspezifische Informationen übersetzt.

Die Spektroskopie im sichtbaren Licht wird in einem breiten und vielfältigen Anwendungsbereich eingesetzt. Eine ihrer prominentesten Anwendungen ist die Farbmessung, die in Branchen wie dem Grafikdruck, bei Flachbildschirmen, Textilien und Farben eine entscheidende Rolle spielt. Darüber hinaus stellt die biomedizinische Analyse von Gewebe- und Blutproben einen weiteren wichtigen Bereich dar, in dem die Spektroskopie im sichtbaren Licht weit verbreitet ist.

Für einen detaillierten Überblick über die verschiedenen Anwendungen der Spektroskopie im sichtbaren Bereich, klicken Sie hier.