UV-Vis-Spektralphotometer

Ein Spektralphotometer beantwortet eine andere Art von Frage als die meisten Geräte, neben denen es steht. Es meldet nicht unmittelbar eine Eigenschaft der Probe; es meldet, wie viel Licht die Probe bei einer Wellenlänge absorbiert hat, die jemand gewählt hat, und alles Weitere - Konzentration, Reinheit, ob eine Reaktion dort verlaufen ist, wo sie sollte - wird daraus abgeleitet. Die Entscheidung, die alles Nachgelagerte festlegt, ist deshalb, welche Wellenlängen das Gerät erreichen kann und wie fein es sie trennen kann.

Diese Produktfamilie umfasst neun Modelle in zwei Baureihen. Die V-Baureihe arbeitet im sichtbaren Bereich mit einer Wolframlampe; die UV-Baureihe ergänzt eine Xenonlampe und reicht bis 190 nm hinunter. Über beide läuft die Bandbreite von 5 nm bis 1,8 nm, die Wellenlängengenauigkeit von 2 nm bis ±0,5 nm, und alle Modelle außer einem sind Einstrahlgeräte.

Was das Gerät misst

Vier Größen werden gemeldet: Transmission, Extinktion, Konzentration und der Steigungsfaktor, der die beiden letzten verbindet. Die Transmission ist der Anteil des einfallenden Lichts, der durch die Probe tritt. Die Extinktion ist ihr negativer Logarithmus, also die Größe, die im Arbeitsbereich proportional zur Konzentration ist und in der die meisten Messungen tatsächlich erfolgen. Die Konzentration ergibt sich aus der Extinktion über einen Faktor, der gegen Standards bekannter Konzentration festgelegt wird, und der Steigungsfaktor ist diese Umrechnung, die das Gerät führt.

Weil der Zusammenhang zwischen Extinktion und Konzentration nur innerhalb von Grenzen linear ist, ist der nutzbare Messbereich schmaler, als die Skala vermuten lässt. Eine zu konzentrierte Probe wird gelesen, als wäre sie verdünnt, weil der Zusammenhang aufhört linear zu sein, bevor der Detektor an seine Signalgrenze stößt. Das ist eine Eigenschaft des Verfahrens und nicht des Geräts, und deshalb sind die Wahl der Schichtdicke und die Verdünnung ebenso wichtig wie das gewählte Modell.

Wie die Messung arbeitet

Das Licht der Lampe wird von einem holografischen Gitter mit 1200 Linien pro Millimeter in einem Czerny-Turner-Monochromator zerlegt, wodurch aus dem breiten Austritt ein schmales Band bei einer gewählten Wellenlänge wird. Dieser monochromatische Strahl tritt durch die Probe, und die Intensität, die den Detektor erreicht, wird mit der Intensität verglichen, die über eine Referenz dort ankam. Das Verhältnis ist die Transmission, und der Logarithmus ihres Kehrwerts ist die Extinktion.

Aus dieser Anordnung folgen drei Dinge. Erstens gehören Quelle und Detektor ebenso zur Messung wie die Probe, weshalb Lebensdauer der Quelle und Drift überhaupt in der Spezifikation stehen. Die Drift wird bei jedem Modell mit ≤0,003 A angegeben, und sie ist der Wert, der entscheidet, ob ein kleiner Extinktionsunterschied über einen langen Lauf belastbar ist. Zweitens legt der Monochromator die Auflösung fest: Das Gitter ist über die ganze Produktfamilie gleich, die Spaltbreite dahinter, als spektrale Bandbreite angegeben, ist es nicht, und es ist die Bandbreite und nicht das Gitter, die entscheidet, ob zwei benachbarte Peaks getrennt bleiben. Drittens kommt es auf die Referenz an. Jede Messung ist ein Verhältnis, alles, was sich zwischen der Referenz- und der Probenablesung ändert, geht also in das Ergebnis ein, wenn die Optik nicht beide gleichzeitig misst oder das Gerät nicht häufig genug neu genullt wird.

Die Wahl zwischen sichtbarer und ultravioletter Baureihe

Die sichtbare Baureihe erreicht 320-1100 nm, außer bei LC-V1200E, wo die Spanne 350-1050 nm beträgt. Die ultraviolette Baureihe erreicht 190-1100 nm bei jedem Modell, wobei die zusätzliche Spanne aus einer Xenonlampe neben der Wolframlampe stammt. Nichts anderes in der Spezifikation entscheidet darüber: Ein Verfahren, das unterhalb von etwa 320 nm geschrieben ist, lässt sich auf einem sichtbaren Gerät gar nicht ausführen, weil dort kein Licht zu absorbieren ist, und ein Verfahren oberhalb dieser Wellenlänge braucht die ultraviolette Baureihe nicht, es sei denn, etwas anderes im selben Labor braucht sie.

Werden beide Bereiche aus einem Gerät gebraucht, deckt die UV-Baureihe den sichtbaren Bereich im selben Gehäuse ab, es gibt also keinen Grund, die sichtbare Baureihe zusätzlich zu beschaffen. Liegt die Arbeit ganz im sichtbaren Bereich und hat das Labor nicht vor, unter 320 nm zu gehen, erreichen die sichtbaren Modelle dieselben Wellenlängen mit demselben Gitter zu geringerem Spezifikationsaufwand.

Die Bandbreite und warum sie entscheidet, ob zwei Peaks getrennt werden

Die spektrale Bandbreite ist die Breite des Wellenlängenbands, das das Gerät bei einer Einstellung tatsächlich durchlässt, und sie läuft hier von 5 nm bis 1,8 nm. Eine breite Bandbreite ist nicht einfach eine gröbere Ablesung: Sie mittelt alles innerhalb dieses 5-nm-Fensters, sodass zwei Absorptionspeaks, die nur wenige Nanometer auseinanderliegen, als eine breite Schulter gemeldet werden, und keine noch so große Sorgfalt an anderer Stelle holt sie zurück. Gefordert ist eine Bandbreite, die deutlich schmaler ist als der gemessene Peak, und wo ein Verfahren eine Peakbreite nennt, lässt sich die Bandbreite direkt dagegen wählen.

Das ist der Grund, warum die Produktfamilie über neun Modelle einen Faktor von fast drei in der Bandbreite umspannt. Wo ein Verfahren einen breiten sichtbaren Peak bei fester Wellenlänge liest, ist eine Bandbreite von 4 nm oder 5 nm kein Kompromiss. Wo das Verfahren einen scharfen Peak, eine Schulter oder zwei zu trennende Peaks umfasst, sind die Modelle mit 1,8 nm oder 2 nm die, die es können.

Einzelwellenlänge oder Abtastung

Die Basismodelle werden auf eine einzelne Wellenlänge eingestellt und lesen die Probe dort, was eine Routinebestimmung braucht und der schnellste Weg ist, sie auszuführen. Die Modelle N und NC sowie die Modelle Pro und 1800 tasten ab: Die Wellenlänge wandert kontinuierlich, und das Spektrum wird über einen Bereich aufgezeichnet, was nötig ist, um einen Peak zu finden, eine Probe gegen ein Referenzspektrum zu prüfen oder festzustellen, dass nichts Unerwartetes an anderer Stelle absorbiert.

Die Abtastung ist nicht nur für Forschungsarbeit. Jedes Verfahren, das im Labor validiert werden muss oder durch einen störenden Stoff beeinflusst werden kann, lässt sich mit einem Spektrum leichter verteidigen als mit einem einzelnen Punkt, und ein einmal aufgenommenes Spektrum erspart oft eine spätere Diskussion. Wo ein Verfahren auf eine Wellenlänge festgelegt ist und die Antwort schlicht die Zahl bei dieser Wellenlänge ist, ist der Betrieb bei Einzelwellenlänge keine Einschränkung, und die abtastenden Modelle werden nicht gebraucht.

Einstrahl und Zweistrahl

Acht der neun Modelle sind Einstrahlgeräte, die Referenz und Probe zu verschiedenen Zeitpunkten messen und sich auf das Nullsetzen verlassen, um beide vergleichbar zu halten. LC-UV1800 ist ein Zweistrahlgerät, das das Licht aufteilt, sodass Probe und Referenz gleichzeitig gemessen werden und jede Änderung, die beide betrifft, fortlaufend herausfällt. Bei einem Einstrahlgerät gehen Quellendrift, Detektordrift und eine Temperaturänderung im Probenraum zwischen der Referenzablesung und der Probenablesung in das Ergebnis ein; regelmäßiges Nullsetzen entfernt das meiste davon, weshalb Einstrahlgeräte für Routinearbeit vollkommen ausreichen.

Der Unterschied lohnt sich in zwei Situationen: bei einer Messung, die über einen langen Zeitraum stabil gehalten werden muss, und bei einem Verfahren, dessen Extinktionsunterschied zwischen Probe und Referenz so klein ist, dass die Drift einen erheblichen Teil davon ausmacht. LC-UV1800 trägt außerdem die feinste Bandbreite der Produktfamilie mit 1,8 nm und ist damit das Gerät für ein Labor, das sowohl eine schmale Bandbreite als auch Stabilität braucht, und nicht für eines, das lediglich das oberste Modell der Liste will.

Küvetten, Probenraum und Verbrauchsmaterial

Jedes Modell wird mit einem Küvettenhalter für vier Positionen geliefert, entweder als fester 1-cm-Halter oder bei einigen Modellen als verstellbarer 0,5-5-cm-Halter, sowie mit einer Schachtel mit vier Glasküvetten von 1 cm. Bei den UV-Modellen kommen zwei Quarzküvetten hinzu. Das ist der Lieferumfang, und der Punkt, den man festhalten sollte, ist, dass Glas im ultravioletten Bereich nicht durchlässig ist: Jede Messung unterhalb von etwa 320 nm braucht Quarzküvetten, sie kommen nur mit den UV-Modellen, und sie müssen gesondert bestellt werden. Zusätzliche Quarzküvetten sind ein eigener Bestellposten und nicht ein Zubehör, das man sich von einem anderen Gerät leihen kann.

Die Schichtdicke des Halters ist so wichtig wie die Bandbreite: Die Extinktion ist proportional zur Strecke, die das Licht durch die Probe zurücklegt, ein 0,5-cm- und ein 5-cm-Halter messen also unterschiedliche Mengen derselben Lösung. Wo ein Verfahren eine Schichtdicke nennt, muss der Halter dazu passen, und wo eine verdünnte Probe ohne Aufkonzentrieren gelesen werden muss, hebt eine längere Schichtdicke die Extinktion in den nutzbaren Bereich.

Messgrenzen und Auswahlkriterien

Mehrere Kenngrößen, die im Labor zählen, sind im Material an keiner Stelle genannt: die Netzversorgung, die Aufwärmzeit, die Grenzen für Umgebungstemperatur und Feuchte, das Wechselintervall der Quelle, die Schutzart des Gehäuses und die Lebensdauer der Lichtquelle je Modell. Hier wird nichts ergänzt, um diese Lücken zu füllen, und der Hinweis des Materials selbst, dass es sich um Nennwerte handelt, die gegen Typenschild und Handbuch der gelieferten Ware zu bestätigen sind, gilt für die ganze Seite.

Zwei Betriebsgrenzen lohnen eine klare Nennung. Das Gerät wiegt je nach Modell zwischen 7 kg und 12,5 kg und ist ein Tischgerät, dessen Strahlengang empfindlich gegen Vibration ist, es gehört daher auf eine stabile Werkbank und nicht auf einen geteilten Rollwagen. Und die Lampen sind Verbrauchsmaterial mit einer Nennlebensdauer von 1000 h oder 2000 h je Modell, die laut Material durch häufiges Schalten verkürzt wird, ein über einen Arbeitstag durchgehend genutztes Gerät lässt man daher besser laufen, als es um jede Messung herum ein- und auszuschalten.

Wird das Gerät für geregelte Prüfungen eingesetzt, sind die Qualifizierungsdokumente eine eigene Anforderung. Das Material vermerkt, dass Zertifizierungsunterlagen an der Quelle entfernt wurden und dass keine Zertifikatsangaben enthalten sind, und es empfiehlt, für die Pharma- und Lebensmittelprüfung das Baumusterzulassungszertifikat und die 3Q-Validierungsdokumente bei der Bezugsquelle anzufordern. Das ist eine Frage für die Anfrage und keine Annahme aus der Lieferung.

Bestellung

Die Größen, die die Antwort festlegen, sind die Wellenlänge oder die Wellenlängen, die das Verfahren nutzt, die Peakbreite und damit die benötigte Bandbreite, ob der Betrieb bei Einzelwellenlänge genügt oder ein Spektrum aufgezeichnet werden muss, ob der ultraviolette Bereich überhaupt gebraucht wird, die Schichtdicke der Küvetten, ob die Ergebnisse auf einem Computer erfasst werden müssen und welche Dokumente das Qualitätssystem des Labors verlangt. Nennen Sie nach Möglichkeit das Verfahren und nicht nur das Modell, denn Wellenlänge und Peakbreite legen die Modellliste fest und nicht umgekehrt. Menge, Bestimmungshafen und gewünschter Liefertermin vervollständigen die Anfrage.