Der Absorptionskoeffizient in der UV/Vis/NIR-Spektrometrie

Der Begriff Absorptionskoeffizient wird in Naturwissenschaft und Technik in verschiedenen Zusammenhängen verwendet. Im Bereich der optischen Spektrometrie beschreibt der Absorptionskoeffizient die Stärke der Strahlungsabsorption bei Durchstrahlen einer absorbierenden Substanz in Lösung. Der Absorptionskoeffizient ist damit eine absolute, wellenlängenabhängige und für eine Substanz, bzw. das Molekül charakteristische Größe. Sie basiert auf den Eigenschaften des Moleküls und ist in der Regel aber auch vom Aggregatzustand, der Temperatur und der Matrix beeinflusst.

Der Absorptionskoeffizient ergibt sich als der Proportionalitätsfaktor α im Lambert-Beer Gesetz, das die Messgröße Absorption A mit dem Produkt aus der Schichtdicke d der Messstrecke (Küvetten-Schichtdicke) und der Konzentration c der Substanz (zusammen also letztlich die Zahl der Moleküle im durchstrahlten Volumen) verknüpft:

         A = α * c * d

Der Absorptionskoeffizient α wird auch als Absorptionskonstante oder als Extinktionskoeffizient ε bezeichnet und wird in der optischen Spektrometrie manchmal zur Abgrenzung von anderen Anwendungsgebieten des Begriffs mit dem Zusatz „spektraler“ verwendet.

Die Einheit des spektralen Absorptionskoeffizienten ergibt sich aus dem Lambert-Beer Gesetz: Die Messgröße Absorption ist eine dimensionslose Größe, so dass die Einheit des Absorptionskoeffizienten durch die verwendeten Einheiten von Schichtdicke und Konzentration bestimmt wird. Dementsprechend unterscheidet man üblich

• Molarer Absorptionskoeffizient α_m [mol^-1 * cm²] für c in der Einheit mol/l
• Spezifischer Absorptionskoeffizient α_s [g^-1 * cm²] für c in der Einheit g/l
• Prozentualer Absorptionskoeffizient A(1%,1cm) [cm^-1] für c in der Einheit %

 (d jeweils in cm)

Die Zahlenwerte der 3 Darstellungsformen unterscheiden sich erheblich. Nicht absorbierende Substanzen haben einen Absorptionskoeffizinten von 0, während stark absorbierende Substanzenn, z. B. Farbstoffe einen molaren Absorptionskoeffizienten von bis zu 10⁶ haben können. Wegen der großen Spannweite der Zahlen wird gerne auch der Logarithmus des Absorptionskoeffizienten verwendet.

Die Ermittlung eines Absorptionskoeffizienten geschieht durch Bestimmung der Absorption einer reinen Lösung der Substanz unter definierten Bedingungen. Nach dem Lambert-Beer Gesetz ergibt sich dann der Absorptionskoeffizient durch Division der gemessenen Absorption durch die Konzentration und die Schichtdicke der Messung.

Die Routine absorption coefficient für die OptLab-SPX, Lambda-SPX und VISIONlite Software führt diese Auswertung aus: Sie geht von einem in Absorption gemessenen Spektrum aus und erfragt die gewünschte Darstellungsform des Absorptionskoeffizienten. Danach werden die Konzentration und die Schichtdicke erfragt, Mit diesen Werten wird das Spektrum wie oben beschrieben dividiert. Die Ordinatenbeschriftung wird entsprechend geändert.

Die Darstellung eines Substanz-Spektrums mit der Ordinate Absorptionskoeffizient ist von Messbedingungen Konzentration und Schichtdicke unabhängig und erleichtert so die Interpretation des Spektrums und den Vergleich mit anderen Spektren. Deshalb wird in Spektrenkatalogen und Datensammlungen zur UV/Vis-Spektrometrie häufig der Absorptionskoeffizient verwendet.
Da der absolute Wert des Absorptionskoeffizienten an einer Wellenlänge charakteristisch (wenn auch nicht eindeutig) für eine Substanz ist, wird der Wert, z. B. in der pharmazeutischen Analytik auch zur Substanz-Identifizierung herangezogen. Hier wird in der Regel der prozentuale Absorptionskoeffizient verwendet, bezeichnet als der A(1%, 1 cm)-Wert, mit anderen Worten die hypothetische Absorption einer 1-prozentigen Lösung bei 1  cm Schichtdicke.