Instrumente aus dem Labor

Spektrometer zur Farbmessung (VIS)

Das Spektrophotometer ermöglicht eine genaue, d.h. mathematische Beschreibung von visuellen Informationen. Es vereinfacht daher das farbliche Charakterisieren eines Objektes und gestattet damit Vergleiche. Hierbei sind nicht nur Farben verschiedener Sammlungsstücke objektiv vergleichbar, sondern auch Farbveränderungen durch Schädigung farbgebender Komponenten messbar. Das Prinzip basiert auf dem Messen und Berechnen von Farbvalenzen. Das Spektrophotometer beleuchtet das Objekt über das Wellenlängenspektrum von 400 bis 700nm und misst die Remission (d.h. das Licht, das vom Objekt zurückgeworfen wird). Durch anschließende Berechnungen können die Werte in verschiedene Farbsysteme oder Räume (z.B. CIE-L*a*b*) eingegliedert werden sowie weitere Berechnungen erfolgen.

Ein Gaschromatograph, gekoppelt zu einem Massenspektrometer und einem Pyrolysator (Py-GC-MS), wird für die genaue Analyse von organischen Materialien eingesetzt. Dazu gehören Kunststoffe, Bindemittel und organische Additive. Deren chemische Veränderungen können ebenso mit dieser Technologie erforscht werden. Hierbei sind qualitative und quantitative Angaben möglich. Jedes der drei gekoppelten Geräte übernimmt dabei eine Aufgabe: (1) Der Pyrolysator erhitzt Mikroproben auf Temperaturen bis zu 800°C. Falls gewünscht, kann dies auch in mehreren Schritten erfolgen, was bei der Analyse von kurzkettigen Molekülen in Stoffgemischen (z.B. Additiven in Kunststoffen) ggf. von Vorteil ist. Durch das Erhitzen werden lange Moleküle der Probe an charakteristischen Bindungen gespalten und für die Analyse im Gaschromatographen vorbereitet. (2) Der Gaschromatograph separiert die Moleküle bzw. Molekülfragmente. Dies geschieht abhängig von Molekülgröße und Affinität zur Säule, durch die die vorbehandelte Probe läuft. Durch das Trennen können die Bestandteile im nächsten Schritt (3) mit dem Massenspektrometer einzeln analysiert werden. Hierbei werden diese Moleküle unter Elektronenbeschuss ionisiert und anschließend durch ein elektrisches Feld beschleunigt und abgelenkt und somit je nach Masse getrennt. Ein Detektor erfasst die separierten Ionen und verstärkt deren Signal. Das Analyseergebnis dieser drei hintereinandergeschalteten Geräte ist ein Gaschromatogramm, das sowohl die verschiedenen Retentionszeiten der Moleküle zeigt, d.h. die Zeit, nach der ein Molekül die Säule verlassen hat, als auch deren Intensität, d.h. die Menge der vorhandenen Moleküle bzw. Molekülfragmente in Relation untereinander. Dadurch wird ein umfassendes Bild von der untersuchten Substanz, oftmals ein Stoffgemisch, gegeben. Bei jeder Analyse wird parallel ein Massenspektrum von jeder Substanz erstellt, was deren chemische Bestimmung ermöglicht. Diese Technologie gestattet daher eine sehr präzise Teilung und Analyse eines Stoffgemisches, wobei wenige μg-Probe ausreichend sind.

Die Rasterelektronenmikroskopie hilft bei der genaueren Analyse von Oberflächenstrukturen und Alterungserscheinungen wie z.B. Ausblühungen. Hierbei wird eine Oberfläche mit einem Elektronenstrahl abgetastet. Dabei entstehen Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen, die gemessen werden können. Je größer das Atom ist (d.h. je höher seine Ordnungszahl im Periodensystem) desto intensivere Signale werden grundsätzlich dabei ausgesendet. In Korrelation mit den Messpunkten, die wie ein Raster die Oberfläche Stück für Stück charakterisieren, entsteht ein detailreiches Messbild, das mithilfe des Computers in ein digitales Bild umgewandelt wird. Dieses kann interpretiert und weiter bearbeitet werden.