Eine strenge Analyse ist unerlässlich, um die Reinheit, Konzentration und Identität von Arzneimitteln zu überprüfen. Die Überwachung der Stabilität von Medikamenten ist ebenfalls wichtig, um die Wirksamkeit im Laufe der Zeit unter unterschiedlichen Umweltbedingungen sicherzustellen.

Bewertung der Produktsicherheit und -wirksamkeit durch Analyse der Photostabilität von UV-Filtern, Charakterisierung von Partikeln und Messung von Farbindizes. Es erkennt auch Verfälschungen und quantifiziert Farbstoffe und Antioxidantien, um die Erwartungen der Verbraucher zu erfüllen.

Charakterisiert Rohöl, berechnet Asphaltenfraktionen, formuliert aromatische Gehaltsindizes, bestimmt den Schwefelgehalt und berechnet Löslichkeitsfaktoren.

Bestimmt chemische Eigenschaften, beurteilt die Qualität des Endprodukts, untersucht die Polymerzusammensetzung, qualifiziert Wasser, bestimmt die Reinheit und Färbeeffizienz, analysiert den photokatalytischen Abbau und Pestizidrückstände.

Bestimmt die Konzentration und Reinheit von Nukleinsäuren und Proteinen, überwacht mikrobielle Zellkulturen, untersucht die Denaturierung und Kinetik von Proteinen und analysiert biologische Proben wie Blutplasma und Serum.

Um ein UV/Vis-Spektrum zu lesen, analysieren Sie das Diagramm der Absorption (oder manchmal auch der Durchlässigkeit) in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Zu den wichtigsten Punkten, auf die Sie sich konzentrieren sollten, gehören:

• Absorptionsspitzen: Identifizieren Sie die Wellenlängen, bei denen die Absorption am höchsten ist; Diese entsprechen elektronischen Übergängen in den Molekülen.
• Peak-Wellenlängen (λmax): Die Wellenlänge(n), bei denen die maximale Absorption auftritt und die für bestimmte molekulare Strukturen oder funktionelle Gruppen charakteristisch ist.
• Spitzenintensität: Die Höhe der Absorptionsspitzen gibt an, wie stark die Substanz bei dieser Wellenlänge absorbiert, bezogen auf die Konzentration und die molare Absorptionsfähigkeit.
• Ausgangswert: Überprüfen Sie die Ausgangsabsorption in Regionen ohne Absorption, um Probleme mit dem Instrument oder der Probe zu beurteilen.
• Form des Spektrums: Die Form und Anzahl der Peaks kann Aufschluss über die Art der elektronischen Übergänge und die Umgebung der Moleküle geben.

Durch die Interpretation dieser Merkmale können Sie Verbindungen identifizieren, die Konzentration bestimmen und molekulare Eigenschaften untersuchen.

Die UV/Vis-Spektroskopie deckt typischerweise den Wellenlängenbereich von 190 nm bis 780 nm ab. 

Im Einzelnen: 

• Der ultraviolette (UV) Bereich reicht im Allgemeinen von 190 nm bis 390 nm.
• Der sichtbare (Vis) Bereich reicht im Allgemeinen von 390 nm bis 780 nm.

Die UV/VIS Excellence-Spektralphotometer von METTLER TOLEDO reichen weiter in den nahen Infrarotbereich und erreichen 1100 nm.

Die UV/Vis-Spektroskopie ist wichtig, da sie sowohl die qualitative als auch die quantitative Analyse von Substanzen ermöglicht, indem sie ihre Absorption von ultraviolettem und sichtbarem Licht misst.

Diese Methode hilft bei der Bestimmung der Konzentration von Analyten, der Untersuchung chemischer Kinetik, der Beurteilung der Reinheit, der Durchführung objektiver Farbmessungen und der Analyse molekularer Strukturen. Seine Anwendungen decken ein breites Spektrum von Bereichen ab, darunter Chemie, Biologie, Umweltwissenschaften und Materialwissenschaften, was es zu einem vielseitigen und unverzichtbaren Werkzeug für die Analyse macht.

Die UV/Vis-Spektroskopie misst das von einer Probe absorbierte Licht, um ihre Konzentration zu bestimmen und Verbindungen zu identifizieren. Bei diesem Prozess wird Licht entfernt.

Im Gegensatz dazu misst die Fluoreszenzspektroskopie das Licht, das von einer Probe emittiert wird, nachdem sie Licht absorbiert hat, in der Regel bei einer längeren Wellenlänge. Diese Technik konzentriert sich auf die Reemission von Licht und bietet eine viel höhere Empfindlichkeit für bestimmte fluoreszierende Moleküle.

Um die Konzentration einer unbekannten Lösung mit der UV/Vis-Spektroskopie zu bestimmen, gehen Sie folgendermaßen vor:

1. Erstellen Sie eine Kalibrierkurve: Messen Sie die Extinktion einer Reihe von Standardlösungen mit bekannten Konzentrationen bei der Wellenlänge der maximalen Extinktion (λmax) für den Analyten.
2. Extinktion vs. Konzentration darstellen: Erstellen Sie eine Kalibrierungskurve, indem Sie die Absorptionswerte gegen die bekannten Konzentrationen darstellen. Nach dem Bierschen Gesetz ist die Absorption direkt proportional zur Konzentration.
3. Messen Sie die unbekannte Probe: Erfassen Sie die Extinktion der unbekannten Lösung bei gleichem λmax.
4. Bestimmen Sie die Konzentration: Verwenden Sie die Kalibrierkurve, um die Konzentration zu ermitteln, die der gemessenen Extinktion der unbekannten Probe entspricht.

Diese Methode beruht auf dem Beer-Lambert-Gesetz, das besagt, dass die Absorption A = εbc ist, wobei ε das molare Absorptionsvermögen, b die Weglänge und c die Konzentration ist.

Stellen Sie sich eine funktionelle Gruppe vor, die Atome mit einem oder mehreren einsamen Elektronenpaaren enthält, die ultraviolette/sichtbare Strahlung nicht absorbieren. Wenn diese funktionelle Gruppe jedoch an ein Chromophor gebunden ist, verändert sie die Intensität und Wellenlänge der Absorption. Dieses Phänomen wird als Auxochrom oder farbverstärkende Gruppe bezeichnet.

Das Vorhandensein eines Auxochroms bewirkt die Positionsverschiebung eines Peaks oder Signals auf eine längere Wellenlänge, die als bathochromische oder rote Verschiebung bezeichnet wird. Die funktionellen Gruppen, die zu den bathochromen Gruppen beitragen, sind Substituenten wie Methyl-, Hydroxyl-, Alkoxy-, Halogen- und Aminogruppen.

Das Auxochrom, das eine Positionsverschiebung eines Peaks oder Signals zu einer kürzeren Wellenlänge verursacht, wird als hypsochrome oder blaue Verschiebung bezeichnet. Tatsächlich verhält sich die Kombination von Chromophor und Auxochrom wie ein neues Chromophor mit anderen Absorptionsmaxima (λ_max). Zum Beispiel zeigt Benzol λ_max bei 256 nm, während Anilin λ_max bei 280 nm zeigt. Daher wirkt die NH_2-Gruppe als Auxochrom und bewirkt die Verschiebung von λ_max auf einen größeren Wert.

Beugungsgitter eignen sich im Allgemeinen besser als Prismen für die Aufspaltung verschiedener Wellenlängen, weil:

Höhere spektrale Auflösung: Gitter können aufgrund ihrer Fähigkeit, mehrere scharfe Beugungsordnungen zu erzeugen, eine viel höhere spektrale Auflösung bieten, was eine feinere Trennung eng beieinander liegender Wellenlängen ermöglicht.

Lineare Dispersion: Der Winkelabstand zwischen den Wellenlängen in einem Gitter hängt eher linear mit der Wellenlänge zusammen, was die Analyse und Kalibrierung von Spektren im Vergleich zur nichtlinearen Dispersion von Prismen erleichtert.

Keine Einschränkungen bei der Materialdispersion: Prismen beruhen auf der Materialdispersion (Variation des Brechungsindex mit der Wellenlänge), die die Leistung einschränken kann, insbesondere in bestimmten Wellenlängenbereichen. Gitterroste nutzen Interferenzeffekte, die nicht durch Materialeigenschaften begrenzt sind.

Breiter Wellenlängenbereich: Gitter können über einen breiteren Wellenlängenbereich, einschließlich Ultraviolett und Infrarot, effizient arbeiten, während Prismen Absorptions- und Dispersionsgrenzen aufweisen.

Insgesamt bieten Beugungsgitter eine präzisere und vielseitigere Wellenlängentrennung als Prismen, weshalb sie häufig in Spektrometern und optischen Instrumenten verwendet werden.

Moleküle können mit der UV/Vis-Spektroskopie analysiert werden, wenn sie eine funktionelle Gruppe oder Konjugation besitzen oder wenn sie einen Farbkomplex erzeugen. Da anorganische Verbindungen keine funktionelle Gruppe oder Konjugation enthalten, ist die übliche Methode zu ihrer Analyse die Reaktion mit einer geeigneten Verbindung. So entsteht ein Farbkomplex, dessen Absorption im sichtbaren Bereich photometrisch gemessen und mit seiner tatsächlichen Konzentration korreliert werden kann. Zum Beispiel wird Eisen üblicherweise durch eine Reaktion mit 1,10-Phenthrolin analysiert, um einen roten Farbkomplex zu erzeugen. Die Extinktion des Komplexes wird bei 570 nm gemessen, um die Eisenkonzentration abzuschätzen.

Im Folgenden folgt der Hauptunterschied zwischen einem Einstrahl- und einem Zweistrahl-Spektralphotometer.

• Einstrahl-Spektralphotometer: Ein einzelner Strahl von der Lichtquelle durchdringt die Probe
• Doppelstrahl-Spektralphotometer: Der Lichtstrahl von der Lichtquelle wird in zwei Teile aufgeteilt: Ein Teil geht durch die Probe und der andere Teil durch die Referenz

Die Strahlteilung in einem Doppelstrahl-Spektralphotometer wird auf zwei Arten erreicht:

1. statisch, mit Teilsendespiegeln oder einer ähnlichen Vorrichtung
2. Dämpfung der Strahlen durch bewegliche optische und mechanische Vorrichtungen

Die Temperatur beeinflusst die Absorptionswerte. Unterschiedliche Lösungsmittel interagieren bei unterschiedlichen Temperaturen. Lösungsparameter, die sich aufgrund von Temperaturänderungen ändern, sind:

• Reaktionsgeschwindigkeit: Die Geschwindigkeit ändert sich, wenn die Temperatur erhöht wird. Dies kann zu einer Veränderung der Aktivität der Probe führen. Enzymatische/biomolekulare Reaktionen sind sehr temperaturempfindlich.
  
• Löslichkeit eines gelösten Stoffes. Die Löslichkeit wird durch Temperaturschwankungen beeinflusst. Eine schlechte Löslichkeit kann zu einer ungenauen Absorption führen.
  
• Ausdehnung oder Kontraktion des Lösungsmittels. Dies kann zu einer Änderung der Konzentration der Lösung führen und die Absorption beeinflussen, da die Absorption linear mit der Konzentration zusammenhängt.
  
• Schlieren-Effekt: Dieser Effekt kann bei Temperaturänderungen auftreten und zu einer Reihe von konvektiven Strömen führen, die die wahre Absorption verändern können.
  

Optische Leistungsparameter wie photometrisches Rauschen, Wellenlängengenauigkeit/Wiederholbarkeit, photometrische Wiederholgenauigkeit und Streulicht werden durch die Temperatur in einem Bereich von 10 – 40 °C nicht beeinflusst.

Optische Parameter wie die photometrische Auflösung (Toluol/Hexan-Verhältnis) und die photometrische Genauigkeit der Wellenlängen (K₂Cr₂O₇ in HClO₄) weisen dagegen eine Temperaturabhängigkeit von 0,014 bis -0,034/Einheit innerhalb von 10 – 40 °C auf.

Der Probenraum in UV/Vis-Array-Spektralphotometern ist offen, da Array-Instrumente eine Umkehroptik und die gleichzeitige Detektion aller Wellenlängen des Spektrums verwenden . 

• Umgekehrte Optik: Das Licht wird gebeugt, nachdem es die Probe passiert hat. Aus diesem Grund trägt nur ein kleiner Teil des externen Umgebungslichts zum Signal in einem bestimmten Wellenlängenbereich bei.
• Gleichzeitige Detektion: Mit einem Array-Detektor, der 2048 Lichtintensitätssignale gleichzeitig liefert, wird das gesamte Spektrum innerhalb einer Sekunde aufgezeichnet. Da die Messung sehr schnell ist, wird der Einfluss von Umgebungslicht deutlich reduziert.