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Wellenlängennormale für die Spektrometrie

31.12.2004

Spektralphotometrische Anwendungen verlangen rückführbare Kalibrierungen der Wellenlängenskala. Dies kann im sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich z. B. über bekannte Emissionslinien atomarer Übergange mit Hilfe so genannter Spektrallampen erfolgen. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von Flüssigfiltern, die nach vorgeschriebenen Prozeduren von Anwendern oder kommerziellen Vertreibern selbst hergestellt werden können.

Ein Kandidat für ein Wellenlängennormal stellt die Verwendung von in Perchlorsäure (HClO4) gelöstem Holmium-Oxyd (Ho2O3) dar. Im Wellenlängenbereich zwischen etwa 240 nm bis 650 nm besitzt dieses Material 18 Absorptionsbanden, die zur Kalibrierung von Spektralphotometern herangezogen werden können. Die Lage der Absorptionsminima ist eine fundamentale Eigenschaft des idealen Absorptionsspektrums der Lösung, wenn eine durch das Messinstrument bedingte Verbreiterung vernachlässigbar ist.

Die Linienlagen für eine in einer Quarzküvette befindlichen Lösung von 40g/L Holmium-Oxid in zehnprozentiger (Volumenprozent) Perchlorsäure wurden in einem aufwändigen Vergleich durch die Messungen von 18 Teilnehmern präzise bestimmt. Als Pilotlabor dieser Untersuchungen fungierte das Chemical Science and Technology Laboratory (CSTL) des National Institute of Standards and Technology (NIST, USA). Insbesondere wurde die Variation der Linienlagen bei Veränderung der spektralen Bandbreite der verwendeten Messgeräte durch Messungen im Bandbreitenbereich zwischen 0,1 nm und 3 nm untersucht. Gestützt werden die Ergebnisse durch weitere Untersuchungen bezüglich der Einflüsse der Probentemperatur und derjenigen, die durch unterschiedliche Präparation der Normale hervorgerufen werden.

Als Ergebnis steht nun ein Referenzspektrum zur Verfügung, dessen Absorptionsminima mit einer für die meisten Fälle zutreffenden erweiterten Messunsicherheit von ± 0,1 nm charakterisiert werden können. Durch theoretische Faltung des schmalbandigen intrinsischen Spektrums mit einer theoretischen Apparatefunktion ist außerdem die Angabe der Linienlage in Abhängigkeit der verwendeten spektralen Bandbreite möglich.

Die Resultate der beschriebenen Untersuchungen werden 2005 im "Journal of Physical and Chemical Reference Data" veröffentlicht.