Merken 10.05.2016

Integrationskugel ISR-1503/1503F für High- End-Spektrofotometer UV-3600 Plus von Shimadzu

Messung strukturierter Proben

Für ein Spektrofotometer ist eine neue Integrationskugel mit verbesserten Eigenschaften erhältlich. Mit dem System lassen sich strukturierte Proben messen, Feststoffe analysieren sowie die optischen Eigenschaften von streuenden Proben bestimmen.

Integrationskugel ISR-1503/1503F für High- End-Spektrofotometer UV-3600 Plus (©)

Shimadzu, Duisburg, stellte zu Beginn des Jahres die Integrationskugel ISR-1503/1503F als neues Zubehör für das High- End-Spektrofotometer UV-3600 Plus vor. Mit dem System lassen sich die optischen Eigenschaften auch von streuenden Proben sicher und genau bestimmen. Transmissions- und Reflexionseigenschaften werden unabhängig von der Oberflächenstruktur und der Orientierung der Probe gemessen.

Eine Ulbricht-Kugel wirkt dabei als nahezu idealer Diffusor. In die Kugel eintreffendes Licht wird von der beschichteten Innenseite reflektiert und dabei diffus gestreut. Dadurch stellt sich eine homogene Lichtverteilung in der Kugel ein – und zwar unabhängig von räumlichen Effekten und richtungsabhängigen Eigenschaften des eingestrahlten Lichts.

Über einen Detektor, der möglichst klein im Vergleich zur Kugeloberfläche ist, kann dann die Intensität gemessen werden. Das heißt, durchstrahlt man eine Probe, werden die gestreuten bzw. abgelenkten Lichtstrahlen, die bei einer direkten Transmissionsmessung den Detektor verfehlen würden, durch die Kugel "integriert" und erfasst. Je nach Messanordnung ist der Anwender in der Lage, die gesamte oder die diffuse Transmission zu messen – Gleiches gilt für die Reflexion.

Die Innenseite der Integrationskugel ist wahlweise beschichtet mit BaSO4 (ISR-1503) oder PTFE (ISR-1503F). Speziell mit der PTFE-Beschichtung können Messungen im nahen Infrarot ohne Absorption bei 1450 und 1950 nm durchgeführt werden.

Hohe Empfindlichkeit gewährleistet

Analog zum Spektrofotometer setzt der Hersteller auf die Verwendung von drei Detektoren. Die Integrationskugel ist mit einem Photomultiplier- (PMT) für den UV-Vis-Bereich, einem InGaAs- und einem gekühlten PbS-Detektor für den nahen Infrarotbereich ausgestattet. Dabei sind die Umschaltpunkte flexibel wählbar.

Durch die drei Detektoren wird über den gesamten Wellenlängenbereich von 200 bis 2500 nm eine hohe Sensitivität gewährleistet. Kombiniert mit dem großen Durchmesser, werden fließende Übergänge beim Detektorwechsel erreicht, und zwar ohne mathematische Glättung der Messungen. Aufgrund des dreidimensionalen Strahlengangs und der damit verbundenen horizontalen Messposition in Transmission und 0-Grad-Reflexion ist eine einfache Probenplatzierung sichergestellt. Dies bietet speziell bei pulvrigen oder schweren Proben, aber auch bei Gläsern Vorteile.

Standards sind erfüllt

Durch den 150 mm großen Durchmesser der Kugel und den im Durchmesser 32 mm fassenden Aperturen werden Öffnungsverhältnisse von 3,9 Prozent in Null-Grad-Reflexion und von 2,8 Prozent in Transmission gewährleistet. Damit lassen sich auch Messungen durchführen, die geringe Öffnungsverhältnisse voraussetzen.

So können transparente Materialien der Kunststoffindustrie nach der ISO 13468-2:2006 auf den totalen Lichttransmissionsgrad überprüft werden. Hier werden ein Kugeldurchmesser von 150 mm und ein Öffnungsverhältnis kleiner 3 % vorausgesetzt. Auch die Voraussetzungen vergleichbarer ASTM-Normen, wie beispielsweise ASTM D 1003 unter anderem zur Bestimmung des Haze-Werts für die Trübung transparenter Proben, werden erfüllt.

Ebenfalls erfüllt werden die Forderungen der ISO 9050:2003, die Glasmaterialien im Bauwesen charakterisiert. Die Bestimmung des Lichttransmissionsgrads, des direkten Sonnenlichttransmissionsgrads, des Gesamttransmissionsgrads der Sonnenenergie und des Ultravioletttransmissionsgrads sind ebenfalls im Einklang mit der Norm.

Farbeigenschaften werden bestimmt

Auch Farbeigenschaften können mit der neuen Kugel umfassend und exakt charakterisiert werden, und dies für verschiedene Bereiche – Textilien, Farben, Lacke oder auch Papier.

Auch in der optischen Industrie findet die Integrationskugel zahlreiche Anwendungen: zum Beispiel für die optische Charakterisierung und Qualitätssicherung von Linsen, Spiegeln, strukturierten Gläsern, (Sonnen-)Brillengläsern (UV-Schutz, Tönungsgrad, Entspiegelungen), optischen Beschichtungen oder auch Nanostrukturen. Umfangreiches Zubehör, wie Halter für kleine Proben, Filter- und Pulverproben, runden das Angebot ab.

Jürgen Lacombe