Transmissionsspektren – Farben sichtbar machen

Beispiel-Spektren erzeugt mit Eureca-DIY-Spektrometer

Ein Transmissionsspektrum beschreibt, welche Wellenlängen des Lichts ein Material passieren können und welche absorbiert werden. Trifft weißes Licht auf eine Probe, wird ein Teil davon geschluckt (absorbiert) und der Rest hindurchgelassen (transmittiert). Dieses transmittierte Licht können wir mit einem Spektrometer analysieren und so das charakteristische Spektrum der Probe erhalten.

Die Messung von Transmissionsspektren ist eine zentrale Methode in Chemie, Physik, Biologie und Materialwissenschaften. Sie ermöglicht unter anderem:

Die Identifikation von Farbstoffen und Pigmenten
Die Analyse von Flüssigkeiten auf ihre chemische Zusammensetzung
Die Untersuchung von optischen Filtern und Gläsern
Die Bestimmung der Reinheit von Substanzen
Spannende Experimente zu Licht und Farbe

Wie wird die Transmission berechnet?

Um das Transmissionsspektrum einer Probe zu bestimmen, messen wir das durchgelassene Licht und setzen es in Relation zu einer Referenzmessung. Die Transmission $T (λ)$ für eine bestimmte Wellenlänge $λ$ wird dabei als Quotient aus dem Messsignal $I (λ)$ und dem Referenzsignal $I_{0} (λ)$ berechnet:

T (λ) = \frac{I (λ)}{I_{0} (λ)} \cdot 100 %

$I (λ)$ : Intensität des transmittierten Lichts durch die Probe
$I_{0}$ : Intensität des Lichts ohne Probe (Referenzmessung)
$T (λ)$ : Transmission in Prozent

Der Messvorgang im Detail

Referenzmessung:: Zunächst wird eine Referenzmessung durchgeführt. Dabei wird das Licht direkt durch ein Medium ohne Probe geleitet, z. B. durch Wasser (bei Flüssigkeiten) oder einfach ohne Probe (bei Filtern oder Gläsern). Das dabei gemessene Spektrum $I_{0}$ dient als Vergleichswert.
Messung der Probe:: Anschließend wird die Probe in den Strahlengang gebracht. Das Spektrometer misst nun die Intensität $I (λ)$ des Lichts, das nach der Wechselwirkung mit der Probe noch übrig ist.
Berechnung der Transmission:: Durch die Division von $I (λ)$ durch $I_{0} (λ)$ erhält man das Verhältnis des durchgelassenen Lichts. Multipliziert mit 100 ergibt sich die Transmission in Prozent.

Beispielrechnung

Angenommen, das Licht einer bestimmten Wellenlänge hat in der Referenzmessung eine Intensität von $I_{0} = 5000$ und nach Durchgang durch die Probe eine Intensität von $I = 5000$ , dann ergibt sich:

T = \frac{25000}{50000} \cdot 100 % = 50 %

Das bedeutet, dass die Probe an dieser Wellenlänge 50 % des Lichts durchlässt und die restlichen 50 % absorbiert oder gestreut wurden.

Interpretation eines Transmissionsspektrums

Hohe Transmission (z. B. 90 – 100 %)
→ Die Probe ist für diese Wellenlänge nahezu durchsichtig.
Mittlere Transmission (z. B. 40 – 70 %)
→ Die Probe absorbiert einen Teil des Lichts.
Niedrige Transmission (z. B. 0 – 20 %)
→ Die Probe absorbiert oder streut fast das gesamte Licht dieser Wellenlänge.

Diese Methode erlaubt es, die spektralen Eigenschaften von Farbstoffen, Filtern oder biologischen Proben detailliert zu untersuchen!

Messung optischer Filter mittels Transmissionsspektroskopie

Die Transmissionsspektroskopie ist eine essentielle Methode zur Charakterisierung optischer Filter. Während Volumenfilter aufgrund ihrer Absorption eine breite aber unspezifische Filterwirkung haben, ermöglichen Interferenzfilter eine präzisere Selektion von Wellenlängen. Beide Filtertypen haben je nach Anwendung ihre spezifischen Vorteile und können mit unserem DIY-Spektrometer analysiert werden, um ihre optischen Eigenschaften zu bestimmen.

Einfache Experimente für Schule und Studium

Es gibt eine ganz Reihe an spannenden Experimente rund um Transmissionsmessungen, die leicht durchzuführen sind. Beispiele hierfür sind:

Blütenfarbstoffe (Anthocyane):: Wie verändert sich das Transmissionsspektrum, wenn sich der pH-Wert der Lösung ändert?
Tee- und Saftanalyse:: Welche Farbstoffe stecken in Früchtetee oder Rotweinsaft?
Sonnenbrillen und UV-Filter:: Wie gut blockieren verschiedene Gläser UV-Licht?
Lebensmittelfarben untersuchen:: Welche Farbstoffe sind in Süßigkeiten enthalten?
Blattfarbstoffe (Chlorophyll & Carotinoide):: Welche Absorptionsbereiche dominieren im Spektrum eines Blatt-Extrakts?

Diese Experimente helfen nicht nur, das Prinzip der Transmission zu verstehen, sondern machen Wissenschaft praktisch erlebbar! Wir werden diese Experimente nach und nach mit unseren DIY-Spektrometern durchführen und entsprechende Applikationsbeschreibung hier veröffentlichen. Sollten Sie hieran Interesse haben, folgen Sie uns z. B. auf LinkedIn oder Instagram!

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Aktualisiert am: 18.03.2025