Opsytec Spektrometer und Spektralradiometer messen die spektrale Bestrahlungsstärke in Abhängigkeit von der Wellenlänge und leiten daraus Bestrahlungsstärke, Dosis und Spektralverteilung ab. Das Portfolio umfasst die mobilen UV-Spektralradiometer UVpad und UVpad E sowie das Array-Spektrometer SR900 für Messaufgaben in Forschung, Entwicklung und Qualitätssicherung – etwa an UV-Bandanlagen, UV-LEDs und Lampen.

Unsere Spektrometer und Spektralradiometer sind bereits seit dem Jahre 1986 im Einsatz und wurden seitdem kontinuierlich weiterentwickelt. Das UVpad ist dabei das weltweit flachste Spektralradiometer für UV-Bandanlagen. Mit dem UVpad E bieten wir darüber hinaus ein hochpräzises UV-Radiometer für unterschiedliche Lichtquellen. Da es über einen externen Sensor verfügt, überzeugt es durch eine besonders hohe Bedienerfreundlichkeit.

Einführung in Spektrometer

Ein Spektrometer kann die Lichtintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge oder Frequenz analysieren. Spektrometer sind unerlässlich in der analytischen Chemie, da sie die Identifizierung und Quantifizierung von Substanzen durch ihre spektralen Signaturen ermöglichen. Sie finden auch breite Anwendung in der Radiometrie, Physik, Materialwissenschaft, Biologie und Umweltwissenschaft.

Moderne Spektrometer nutzen Techniken wie CMOS, CCD, Photomultiplier und Filterräder. Hochentwickelte Spektrometer können extrem geringe Bestrahlungsstärken detektieren, was sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug in Forschung und Industrie macht. Mit fortschreitender Technologie werden Spektrometer immer präziser, mobiler und benutzerfreundlicher, wodurch sie in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen unverzichtbar sind.

Funktionsweise von Spektrometern

Spektrometer trennen das Licht in seine Bestandteile, also die Wellenlängen, und messen die Intensität jeder Wellenlänge. In der Praxis ermöglicht dies, verschiedene Lampen, LEDs und Lichtquellen zu messen.

Ein Spektralradiometer misst die Bestrahlungsstärke (Intensität) des Lichts über ein breites Spektrum hinweg. Es wird verwendet, um detaillierte Informationen über die spektrale Verteilung von Lichtquellen zu erhalten. Es eignet sich besonders für die Beleuchtungstechnik, Qualitätskontrolle von Leuchtmitteln, Umweltüberwachung und Farbanalyse. 

Zunächst wird die Eintrittsoptik mit Licht bestrahlt. Dieses Licht wird dann durch ein dispersives Element wie ein Prisma oder ein Gitter zerlegt, welches die verschiedenen Wellenlängen räumlich trennt. Sensoren wie Photodioden oder CCDs detektieren anschließend die getrennten Wellenlängen. Das Spektrum kann analysiert werden, um Rückschlüsse auf die Probe oder Lampe zu ziehen. 

Ein oft verwendeter Aufbau ist das Czerny-Turner-Spektrometer. Ein Czerny-Turner-Spektrometer besteht typischerweise aus zwei Spiegeln und einem Gitter. Die Anordnung ist so gewählt, dass die optischen Aberrationen minimiert und die spektrale Auflösung maximiert wird. Die Bauform ermöglicht auch die Handhabung insbesondere in mobilen Anwendungen oder kleineren Laborumgebungen und eine präzise Lichtanalyse.

Auswahlkriterien: Wichtig sind die spektrale Auflösung, Empfindlichkeit, Kalibrierbarkeit und die Bandbreite der messbaren Wellenlängen.

Arten von Spektrometer

Es gibt verschiedene Arten von Spektrometern. Hier sind drei grundlegende Typen: Array-Spektrometer, Monochromatoren und Doppelmonochromatoren.

Array-Spektrometer: Array-Spektrometer verwenden eine Reihe von Detektoren, üblicherweise CCD- oder CMOS-Sensoren, die gleichzeitig ein breites Spektrum an Wellenlängen erfassen. Diese Technologie ermöglicht schnelle Messungen, da das gesamte Spektrum auf einmal erfasst wird, ohne dass bewegliche Teile erforderlich sind.

Monochromatoren: Monochromatoren verfügen über einen Spakt und drehbres Gitter, um eine bestimmte Wellenlänge auszuwählen, die dann zur weiteren Analyse durchgelassen wird. Monochromatoren sind in der Lage, sehr präzise und reine spektrale Messungen durchzuführen.  Monochromatoren werden oft in der Forschung und bei Qualitätskontrollen verwendet, wo hohe Präzision bei der Wellenlängenselektion erforderlich ist.

Doppelmonochromatoren: Doppelmonochromatoren nutzen zwei Monochromatoren in Serie, um eine noch höhere Reinheit des spektralen Outputs zu erreichen. Diese Anordnung verringert Streulicht und erhöht die spektrale Reinheit, was sie besonders geeignet für Anwendungen macht, bei denen es auf extrem niedrige Streulichtniveaus ankommt, wie in der hochqualitativen Labor-Anwendungen, im UV-Spektralbereich oder bei der Messung sehr schwacher Lichtsignale.

Anwendungen von Spektrometern

Folgende vielfältige Messmöglichkeiten und Anwendungen eines Spektrometers sind möglich:

• Beleuchtungsstärke: Quantitative Bestimmung der Lichtintensität
• Ähnlichste Farbtemperatur CCT: Ermittlung der Farbtemperatur, die einer Lichtquelle am nächsten kommt, um die visuelle Wahrnehmung von "Wärme" oder "Kälte" des Lichts zu beschreiben
• Farbwiedergabeindizes: Bewertung der Genauigkeit und Qualität, mit der Farben durch das Licht der Lampe wiedergegeben werden
• Farbkoordinaten nach CIE-Standards: Bestimmung der Farborte im CIE-Farbraum zur Farbklassifizierung
• Spektrale Leistungsverteilung: Analyse der Verteilung der Energie einer Lichtquelle über das gesamte Spektrum

• Peak-Wellenlänge und dominante Wellenlänge: Bestimmung der Wellenlängen, bei denen die Lichtquelle die höchste Energie bzw. die optisch dominierende Energie ausstrahlt

   

Vorteile der Spektrometer

Spektrometer und gefilterte Radiometer sind beide Instrumente zur Messung der Eigenschaften von Licht, jedoch bieten sie unterschiedliche Vorteile je nach Einsatzgebiet und erforderlicher Präzision. Hier sind die Vorteile von Spektrometern im Vergleich zu gefilterten Radiometern aufgelistet

• Höhere spektrale Auflösung: Spektrometer können Licht in seine einzelnen Wellenlängenkomponenten zerlegen und bieten somit eine detaillierte spektrale Information über das Lichtsample.
• Flexibilität: Im Gegensatz zu gefilterten Radiometern, die auf die Messung einer festen UV-Lampe, durch die Verwendung spezifischer Filter beschränkt sind, können Spektrometer dynamisch über einen breiten Wellenlängenbereich genutzt werden.
• Vielseitigkeit in der Anwendung: Da Spektrometer eine detaillierte spektrale Information liefern, können sie in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, von der Umweltwissenschaft über die medizinische Diagnostik bis hin zur industriellen Qualitätskontrolle.
• Die Messungen sind schnell und können in Echtzeit durchgeführt werden.

• Spektrometer tragen zur Qualitätskontrolle in der Produktion bei.

   

Nachteile der Spektrometer

• Spektrometer sind oft teuer in der Anschaffung im Vergleich zu einem UV-Messgerät.
• schlechtere Empfindlichkeit bei schwachen Signalen 
• Die Bedienung und Auswertung der Daten erfordert geschultes Fachpersonal.
• Geräte können je nach Typ wartungsintensiver sein.

Auswahlkriterien und Unterschiede für den Kauf eines Spektrometers

Beim Kauf eines Spektrometers sollten verschiedene Auswahlkriterien sorgfältig berücksichtigt werden, um eine fundierte Entscheidung zu treffen. Zunächst ist die Art des Spektrometers entscheidend: Ob ein Massenspektrometer, ein Atomabsorptionsspektrometer oder ein anderes spezifisches Modell benötigt wird, hängt von der geplanten Anwendung ab. Wir bieten eine hoch-qualitative Auswahl an Spektralradiometern an, zum Beispiel das Spektralradiometer SR900. 

Spektralradiometer 

Spektralradiometer messen kalibriert die spektrale Bestrahlungsstärke. Ihre Einkoppeloptik besteht aus einem Diffusor, der meinst an einen Lichtleiter angeschlossen ist.

Für andere Anwendungen gibt es spezielle Spektrometer, die sich deutlich von Spektralradiometern unterschieden:

Massenspektrometer

Massenspektrometer trennen Ionen basierend auf ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis. Diese Geräte können kleinste Mengen an Substanzen identifizieren und quantifizieren. Sie finden Einsatz in der chemischen Analytik, Biochemie (z.B. Proteomanalyse), Umweltwissenschaften und in der pharmazeutischen Industrie. 

Atomabsorptionsspektrometer

Atomabsorptionsspektrometer messen die Absorption von Licht durch verdampfte Metallatome und werden zur quantitativen Bestimmung von Metallkonzentrationen in Lösungen verwendet. Dieses Verfahren wird häufig in der Umweltanalytik, Toxikologie und in der Materialwissenschaft verwendet, insbesondere für die Analyse von Schwermetallen in Flüssigkeiten. 

Spektralphotometer

Spektralphotometer, oft auch als UV-Vis-Spektrometer bezeichnet, messen die Intensität des Lichts, das von einer Probe absorbiert oder durchgelassen wird, und nutzen dies zur Konzentrationsbestimmung gelöster Substanzen. Verbreitet in der klinischen Labordiagnostik, Wasseranalytik, und Lebensmittelüberwachung. Automatisierungstechnik und zur Bestimmung der Transmission und Reflexion von Proben.

Welche Messfehler entstehen bei Array-Spektrometern?
Die vier wichtigsten sind Streulicht, endliche Bandbreite, Dunkelstrom und Nichtlinearität. Streulicht im Polychromator lässt starke langwellige Anteile in schwach besetzte kurzwellige Kanäle einstreuen – im UVC an einer breitbandigen Quelle der dominierende Fehler. Die endliche spektrale Bandbreite verbreitert schmale Linien und senkt deren Höhe, was Peakwellenlänge und Linienintensität verfälscht. Dunkelstrom und seine Temperaturabhängigkeit verschieben die Basislinie, besonders bei langen Integrationszeiten. Hinzu kommen Nichtlinearität bei hoher Aussteuerung, Wellenlängendrift durch Temperatur und der Kosinusfehler der Eingangsoptik. Abhilfe: Streulichtkorrektur, Dunkelabgleich bei Messtemperatur, Aussteuerung im linearen Bereich – und eine Prüfung der Kalibrierung, die genau diese Punkte erfasst.

Was unterscheidet ein Spektrometer von einem Spektralradiometer?
Ein Spektrometer analysiert die Lichtintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge und dient vor allem der Identifizierung von Substanzen über ihre spektralen Signaturen. Ein Spektralradiometer ist radiometrisch kalibriert: Es misst die Bestrahlungsstärke absolut und wellenlängenaufgelöst über ein breites Spektrum. Erst diese absolute Kalibrierung erlaubt Aussagen über die spektrale Verteilung einer Lichtquelle in physikalischen Einheiten – und damit die Qualitätskontrolle von Leuchtmitteln, die Farbanalyse und die wirkungsgewichtete Bewertung.

Was unterscheidet Array-Spektrometer, Monochromator und Doppelmonochromator?
Die Art der Wellenlängenselektion. Ein Array-Spektrometer erfasst mit einer Zeile aus CCD- oder CMOS-Sensoren das gesamte Spektrum gleichzeitig und braucht keine bewegten Teile – das macht es schnell. Ein Monochromator wählt über Spalt und drehbares Gitter eine einzelne Wellenlänge aus und erreicht dadurch sehr präzise, spektral reine Messungen. Ein Doppelmonochromator schaltet zwei davon in Serie; das senkt das Streulicht weiter und ist dort erforderlich, wo sehr schwache Signale neben starken gemessen werden – etwa im kurzwelligen UV.

Welche Größen lassen sich aus einem Spektrum berechnen?
Aus einer einzigen spektralen Messung folgen mehrere Kenngrößen: die Beleuchtungsstärke als quantitative Lichtintensität, die ähnlichste Farbtemperatur CCT, die Farbwiedergabeindizes, die Farbkoordinaten nach CIE-Standard, die spektrale Leistungsverteilung sowie Peak- und dominante Wellenlänge. Das ist der eigentliche Vorteil gegenüber einer Breitbandmessung: Jede Wirkungsfunktion und jeder Spektralbereich lässt sich nachträglich aus demselben Datensatz rechnen, ohne erneut zu messen.