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Kalibrierlichtquellen für die UV - VIS - NIR - Spektralanalyse
 
- In Bearbeitung -

 

Im Folgenden sind einige Ergänzungen zu den anderen Kapiteln auf der vorliegenden Site zur UV - VIS - NIR - Spektralanalyse zusammengestellt.

 

Antiker Mahner
  • Verzichten Sie bitte auf Experimente, bei denen potentiell gefährliche Chemikalien, Spannungen, Ströme und Licht - Quellen benötigt werden, in ihrer Wohnung, wenn dort auch Menschen mit beeinträchtigter Fähigkeit zur Wahrnehmung und Beurteilung von Gefahren leben (Kinder, seelisch Erkrankte)! Klären Sie auch Andere, mit denen Sie zusammenleben, über mögliche Risiken experimenteller Tätigkeiten auf und holen Sie deren Zustimmung hierfür ein!

  • Achten Sie bitte auf Ihren Selbstschutz! Schützen Sie sich auch bei nur kurzem Arbeiten mit Gefahren - Quellen mittels Schutzhandschuhen, Schutzkleidung, Schutzbrille, falls erforderlich mit UV - Schutzfenstern, und Belüftung des Experimentierraums. Verzichten Sie außerhalb von speziellen Labor - Räumen auf Experimente, bei denen giftige Gase entstehen können! Halten Sie Wischtücher und eine Spritzflasche mit Wasser zur Augen - Spülung griffbereit! Installieren Sie im Experimentierraum einen Rauch - / Flammenmelder und halten Sie einen Feuerlöscher und eine Löschdecke griffbereit!

  • Geräte, die elektromagnetische Wechselfelder erzeugen, können medizinische elektronische Geräte, auch im Körper implantierte, in ihrer Funktion beeinträchtigen!

 

 

 

Allgemeines


 

Zur Wellenlänge - Kalibrierung von Spektralanalyse - Geräten sind Licht - Quellen erforderlich, deren Spektren scharfe Wellenlänge - Marken in Form von Spektrallinien aufweisen. Einige solcher Licht - Quellen sind bereits in einem anderen Kapitel der vorliegenden Site beschrieben [6]. Ergänzend dazu die nachfolgenden Informationen. Die Zahlen - Daten an den Spektrallinien in den Photos und an den Peaks in den Spektrogrammen unten bezeichnen die zugehörige Licht - Wellenlänge in nm.

 

 

Mit Spiritus - Flamme anregbare Kalibrierlinien


 

Einige Elemente können von der Flamme eines Spiritus - Brenners zur Erzeugung von Spektrallinien angeregt werden, siehe hierzu ein anderes Kapitel der vorliegenden Site [3]. Da die Anregung aber nur schwach ist, sind auch die erzeugten Spektrallinien lichtschwach im Vergleich zur Anregung mit Gas - Flammen. Bei Experimenten des Verfassers war eine Brennspiritus - Flamme schon vor Einbringen von Chemikalien leuchtend gelborange gefärbt durch Natrium (Na) und Kalium (K). Reines Ethanol sollte jedoch eine nur sehr schwache Färbung der Flamme zeigen [8].

Konzentrierte Kochsalz (NaCl) - Lösung auf einer Magnesia - Rinne erzeugte mit dem in einem anderen Kapitel der vorliegenden Site beschriebenen einfachen Webcam - Spektrographen [1] folgendes Spektrum - Photo mit einer schwachen gelben Spektrallinie, wahrscheinlich die zusammenfallend wiedergegebenen starken Emissionslinien von Na bei 589,0 und 589,6 nm. Da die Flamme des hier verwendeten Brenners stark zum Flackern neigt und daher die Helligkeit von Spektrallinien im Monitor - Fenster der Webcam - Software schnell schwanken können, wurde statt direkter Schnappschüsse ein Video - Film mit der Freeware "Amcap" aufgezeichnet. Dieses Video wurde dann mit der Freeware "Media Player Classic - Home Cinema" nach Einzelbildern mit besonders deutlichen Spektrallinien abgesucht und diese Bilder wurden im .bmp - Format gespeichert [1]:

 

 

Das daraus mit der Freeware "ImageJ" erstellte Spektrogramm zeigt einen schmalen Peak mit Maximum in der Pixel - Spalte 403, auch hier wieder fallen die beiden Na - Linien zusammen, auch bei starker Dehnung der Horizontalskala:

 

 

Dass die Spektrallinie von Na verursacht wurde ist zwar wahrscheinlich, zur sicheren Bestätigung wäre allerdings eine Na - Spektrallampe nötig. Zumindest passt sich der Peak bei Annahme als von Na verursacht in ein Wellenlänge - Kalibrierdiagramm ein, das in einem anderen Kapitel beschrieben wird [2].

Ein mit einem professionellen Spektrometer [9] aufgenommenes Spektrogramm vom Flammenlicht ohne NaCl - Zufuhr zeigt neben den Linien von Na auch noch die von K. Hier werden also bereits die Verunreinigungen im Brenner spektralanalytisch erfasst:

 

 

Die im gelben Spektralbereich liegenden starken Emissionslinien von Na bei 589,0 und 589,6 nm werden im Übersichtsspektrogramm als ein Peak dargestellt, auch bei starker Dehnung der Horizontalskala. Die Linien von K bei 766,5 und 769,9 nm erscheinen als zwei eng benachbarte Peaks. Zu beachten ist, dass die Wellenlänge - Skala des Spektrogramms nur auf etwa + /- 1 nm genau ist.

Das Fehlen der K - Linien im Spektrogramm zum Photo des vom Webcam - Spektrographen erzeugten Spektrums könnte durch die hohe Konzentration der Na - Atome in der Flamme aus dem eingebrachten NaCl verursacht sein, da Na leichter zur Licht - Emission angeregt wird als K und beide Atom - Arten um eine Anregung konkurrieren. Webcams enthalten zudem einen Rotfilter, der den längerwelligen Teil des einfallenden Lichts dämpft. So könnte die von der Webcam registrierte Intensität der K - Linien unter der Grenze liegen, ab der die Webcam - Elektronik ein Signal zur Anzeige im Bild freigibt.

 

 

Spektrallinien einer Quecksilber (Hg) - Gasentladungsröhre


 

Eine im Elektronik - Handel preisgünstig erhältliche Schwarzlicht - Lampe mit einer Niederdruck - Hg - Gasentladungsröhre als Licht - Quelle ist in einem anderen Kapitel näher beschrieben [7]. Da die Beschichtung der Schwarzlicht - Röhre einen Teil der Spektrallinien absorbiert, wurde sie gegen eine funktionsgleiche Klarglas - UV - Löschlampe ohne Beschichtung, siehe ebenfalls [7], ausgetauscht. Von deren Strahlung wurden die nachfolgend abgebildeten Spektren des emittierten Lichts erhalten.

Mit dem oben erwähnten Webcam - Spektrographen wurde folgendes Spektrum - Photo vom Licht der Entladungslampe erhalten:

 

 

Die helle Linie am linken Bild - Rand ist das Spektrum 0. Ordnung.

Auf die oben beschriebene Weise wurde mit "ImageJ" daraus das folgende Spektrogramm erzeugt:

 

 

Ein kommerzielles Spektrometer stellt das Hg - Spektrum in Form folgender Spektrogramme dar [9]:

Da von Entladungslampen erzeugte Spektren nach dem Einschalten einer Lampe mit zunehmender Brenndauer Änderungen ihrer Muster aufweisen können, wurden ein Spektrum nach 5 s Brenndauer, das obere der beiden nachfolgend abgebildeten Spektren, und eines nach 25 min, das untere, aufgenommen:

 

 

In beiden Spektrogrammen sind die Peaks der schwächeren Spektrallinien hervorgehoben, daher sind die Maxima der starken Linien beschnitten.

 

 

Bei den Spektrallinien des Quecksilbers im Wellenlänge - Bereich von 200 bis 600 nm zeigen sich keine gravierenden Änderungen, die Linien von Argon im Bereich von 680 bis 870 nm dagegen sind mit zunehmender Brenndauer deutlich schwächer geworden.

Da die Wellenlänge - Skala der Spektrometer - Spektrogramme nur auf etwa 1 nm genau ist, wurde sie bei der Ermittlung der Wellenlängen zu den Spektrogramm - Peaks nur als Hilfsmittel zu Orientierung innerhalb eines Spektrogramms genutzt. Nachdem ein Peak anhand von in anderen Dokumenten veröffentlichten Daten identifiziert war, wurde die genaue zugehörige Wellenlänge diesen Dokumenten entnommen und mit ihr der Peak beschriftet [5][10][11][12][13][14][15][16][17]. Die Peak - Beschriftung gibt die Wellenlänge in nm an.

Nachfolgend zunächst ein Übersichtsspektrum mit Einbeziehung der Maxima der stärksten Peaks:

 

 

Im Detail - Spektrogramm unten sind die Peaks der schwächeren Spektrallinien hervorgehoben:

 

 

 

 

Quellen und Anmerkungen


 

1. Siehe Kapitel: Spektrogramm - Erstellung und Selbstbau - Spektrograph
2. Siehe hierzu auch Kapitel: Spektren - Bibliographie
3. Siehe Kapitel: Anregung eines UV - VIS - NIR - Emissionsspektrums mit Flammen
4. Siehe Kapitel: Wellenlänge - Kalibrierung
5. Harabor, N. A. / und Andere: Transient emission spectra of a high pressure hg lamp exposed to x-ray. In: U.P.B. Sci. Bull., Series A 2011; Vol. 73 (3): 173 - 184. Web - Dokument: https://www.scientificbulletin.upb.ro/rev_docs_arhiva/full85622.pdf
6. Siehe Kapitel: Kalibrierlichtquellen
7. Stiftsockel - Röhre "TUV 4W G4 T5", siehe auch http://www.lih.de/images/kataloge/katalog_79.pdf, erhältlich zum Beispiel bei Fa. Reichelt, http://www.reichelt.de, Artikel - Name "UV Löschlampe", für EUR 12,50 [Stand 2008]. Kann in Handlampen eingesetzt werden, die gleich dimensionierte (15 cm Länge über Stifte, etwa 1,5 cm Durchmesser) 4 Watt - Normal- oder Schwarzlicht - Leuchtstoff - Röhren nutzen, zum Beispiel die "UV-Leuchte DL-01", 6 Volt, 4 Watt, der Fa. Pollin Electronic, http://www.pollin.de
8. Flame Test - Coloring Fire. Web - Link: https://www.amazingrust.com/Experiments/how_to/Flame_Test.html
9. Spektrometer "BlackComet" der Firma StellarNet.
10. Analamp Mercury Lamps. Dokument der Firma BHK: http://www.bhkinc.com/literature/AnlmpDS_101010.pdf
11. LLE-1 Low Pressure Mercury Lamp. Dokument der Firma Lambda Scientific Systems: https://lambdasys.com/products/detail/111
12. LLE-4 Pencil Style Mercury Lamp. Dokument der Firma Lambda Scientific Systems: https://lambdasys.com/products/detail/451
13. Mercury Argon Light Source. Dokument der Firma Stellar Net: https://www.stellarnet.us/light-sources/mercury-argon-light-source/
14. SCL100-Spectral Calibration Light Source. Dokument der Firma John Morris Group: https://www.johnmorrisgroup.com/AU/Product/28649/SCL100-Spectral-Calibration-Light-Source
15. Dokument der Firma Litron: http://www.litron.com.tw/SP&EOS/html/SP&EOS_10.htm?gInitialPosX=794px&gInitialPosY=0px&gZoomValue=110
16. Aquatic organic matter fluorescence. Coble, P. G. / und Andere (Herausgebende). Cambridge University Press: 2014. Darin Tabelle der Quecksilber - Spektrallinien.
17. Born, Matthias / Jüstel, Thomas: Umweltfreundliche Lichtquellen. In: Physik Journal 2003; 2 (2): 43 - 49. Web - Dokument: http://www.pro-physik.de/details/articlePdf/1108111/issue.html

 

 

Zuletzt aktualisiert am 07.01.2019
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