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2024-07-11T08:21:53Z

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Mit '''Photometrie''' oder '''Fotometrie''' ({{grcS|φῶς|phṓs|de=Licht}} und {{lang|grc|μετρεῖν|metreín|de=messen}}) werden [[Messverfahren]] im Wellenlängenbereich des sichtbaren [[Licht]]es mit Hilfe eines [[Photometer]]s bezeichnet.

== Teilgebiete ==
Die Photometrie ist ursprünglich ein Teilgebiet der [[Physik]] beziehungsweise der [[Chemie]], [[Astronomie]] und der [[Fotografie]], inzwischen aber eine reguläre [[Ingenieurwissenschaften|Ingenieurwissenschaft]]. Sie wird beispielsweise in der [[Photovoltaik]] oder auch bei der Herstellung von Anzeigen für die industrielle [[Messtechnik]] zur Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle ständig weiterentwickelt. Sie ist Standardmethode bei der Entwicklung von [[Optik|optischen Technologien]] wie der [[Laser]]technik, ebenso wie die verwandte [[Kolorimetrie]].

Darüber hinaus findet die Photometrie besonders auch in der (bio-)chemischen und medizinischen [[Analytik]] Verwendung. Sie erlaubt den qualitativen und quantitativen Nachweis ebenso wie die Verfolgung der Dynamik chemischer Prozesse von strahlungsabsorbierenden chemischen Verbindungen.

Eine Messung der Extinktion über verschiedene Wellenlängen wird als [[Spektroskopie]] bezeichnet, z. B. die [[UV/VIS-Spektroskopie]] oder die [[Infrarotspektroskopie]]. Eine aufgezeichnete Messung bei verschiedenen Wellenlängen wird als ''Spektrum'' bezeichnet. Eine UV-[[Fluoreszenz]] in einer Probe kann bei ungefiltertem eingestrahltem Licht zu Messfehlern im sichtbaren Bereich der Strahlung führen, weshalb ein [[Filter (Optik)|Filter]], [[Prisma (Optik)|Prisma]] oder [[Beugungsgitter]] zur Begrenzung der Wellenlängenbereiche des eingestrahlten Lichts verwendet werden kann. Ebenso ist von Bedeutung, Strahlungsfunktionen und spektrale Abhängigkeiten von Materialien zu kennen. Aus diesem Grund werden auch spektrale Messungen durchgeführt. Die Verallgemeinerung der Photometrie auf das gesamte [[Elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetische Spektrum]] (Radio- bis [[Gammastrahlung]]) nennt man [[Radiometrie]].

=== Transmissionsmessungen ===
[[Datei:Überblick Spektroskopie.svg|mini|hochkant=2|Photometrische Messung eines grünen Teilchens in einer Lösung]]
[[Datei:Medicofotometer2.jpg|mini|Älteres Photometer für medizinische Zwecke, aber auch in der chemischen Analytik einsetzbar]]

Absorption und Farbe einer Flüssigkeit oder eines transparenten Festkörpers hängen von der stofflichen Zusammensetzung und der Konzentration ab. Mit der Photometrie werden mithilfe des sichtbaren Lichtes die Konzentrationen von farbigen Lösungen bestimmt.
Die Messung wird in einem speziellen Probegefäß, der sogenannten [[Küvette]], durchgeführt.

Bestrahlt man die Lösung eines absorbierenden Stoffes mit Licht, hängt die [[Transmission (Physik)|durchtretende]] Intensität (benötigt wird ein möglichst linear arbeitender Detektor) von den im Allgemeinen wellenlängenabhängigen Absorptionseigenschaften des Stoffes, der Konzentration und der Länge des Lichtweges in der Lösung ab. Diese Gesetzmäßigkeit wird durch das [[Lambert-Beersches Gesetz|Lambert-Beersche Gesetz]] beschrieben. Um dieses Gesetz anzuwenden, wird das in einem schmalen Wellenlängenbereich für verschiedene bekannte und unbekannte Konzentrationen gemessene Intensitätssignal ''I'' logarithmisch gegen die Konzentration ''c'' aufgetragen. Es entsteht eine Gerade, an der die unbekannten Konzentrationen abgelesen werden können.

Ein Photometer erledigt diese [[Interpolation (Mathematik)|Interpolation]] rechnerisch: Die Intensitäten werden durch den Achsenabschnitt ''I''(''c''=0) geteilt (→ Transmissionsgrad) und logarithmiert (→ [[Extinktion (Optik)|Extinktion]]). Die Extinktion ist proportional zur Konzentration.

Sind mehrere absorbierende Spezies in der Lösung vorhanden, so wird ein Wellenlängenbereich gewählt, der von der zu bestimmenden Spezies absorbiert wird, nicht jedoch von anderen Bestandteilen. Manche Substanzen, die keine oder nur geringe Absorption zeigen, können mit chemischen Mitteln in gut absorbierende Substanzen umgewandelt werden. Beispielsweise lässt sich mit [[Formaldoxim]] die Konzentration zahlreicher Metallionen photometrisch bestimmen. Licht mit der ausgewählten Wellenlänge wird mit Filtern, [[Monochromator]]en oder [[Laser]]n erzeugt.

=== Reflexionsmessungen ===
Photometrische Untersuchungen betreffen hier vorrangig die Farbbewertung von Oberflächen zur Qualitätssicherung bei der Farbgebung. Es werden kalibrierte, mittels Filtern bei mehreren Wellenlängen messende [[Photodiode|Photosensoren]] eingesetzt.

Aus der möglicherweise wellenlängenabhängigen diffusen Reflexion kann auch auf die Oberflächenstruktur geschlossen werden (z. B. [[DRIFTS]]).

=== Bewertung von Lichtquellen ===
{{Hauptartikel|Photometrische Größen und Einheiten}}
Die photometrische Bewertung von [[Lichtquelle]]n erfolgt mittels lichttechnischer Größen wie [[Lichtstärke (Photometrie)|Lichtstärke]], [[Lichtstrom]], [[Beleuchtungsstärke]] und [[Leuchtdichte]]. Dabei wird mittels [[Hellempfindlichkeitskurve]]n die Empfindlichkeit des menschlichen Auges berücksichtigt. Durch die [[V-Lambda-Kurve]]n für photopisches und skotopisches Sehen können aus radiometrischen Einheiten photometrische Einheiten berechnet werden. Bezogen auf die Lichtstärke als [[Basiseinheit]] der Photometrie sieht deren Definition allerdings keinen Bezug zur spektralen Hellempfindlichkeitsfunktion vor.

Eigenschaften wie [[Farbwiedergabeindex]], [[Farbtemperatur]] und [[Lichtfarbe]] dienen gleichfalls der photometrischen Bewertung von Lichtquellen. Daneben stellen vor allem [[Abstrahlcharakteristik]] sowie [[Wirkungsgrad]]e von [[Leuchte]]n, [[Leuchtmittel]]n und [[Leuchtdiode]]n eine zweckmäßige Bewertungsgröße dar.

=== Astronomie ===
In der Astronomie gibt es weitere photometrische Systeme, die sich nicht an der Empfindlichkeitskurve des Auges anlehnen, sondern an physikalischen Eigenschaften der [[Lichtspektrum|Sternspektren]].

;Die Breitbandphotometrie: misst die Stärke der Strahlung über einen weiten [[Wellenlänge]]nbereich. Die gebräuchlichsten Verfahren messen durch drei oder vier Filter (UBV: Ultraviolet, Blue, Visual, oder uvby: ultraviolet, violet, blue, yellow) und bestimmen hieraus die Parameter eines Sterns ([[Spektraltyp]]). Die [[Scheinbare Helligkeit|Magnitudendifferenzen]] der einzelnen Filtermessungen werden als Farben bezeichnet, U-B oder B-V, die oft als [[Farben-Helligkeits-Diagramm]] aufgetragen werden (siehe auch [[Farbindex]]).

;In der Schmalbandphotometrie: werden nur Bereiche einzelner [[Spektrallinie]]n gemessen, um deren Stärken zu bestimmen, ohne ein [[Lichtspektrum|Spektrum]] aufzunehmen, was weit aufwändiger wäre. Dies funktioniert jedoch nur bei starken Absorptionslinien und Linienemissionsspektren ohne (starken) kontinuierlichen Anteil wie zum Beispiel die Spektren [[planetarischer Nebel]].

Die Astronomie benutzt aus historischen Gründen als Einheit die [[Scheinbare Helligkeit|Magnitude]].

== Historisches ==
Die [[visuelle Photometrie]] ist Vorläufer der heutigen Photometrie. Pioniere der Chromatographie von [[Aminosäuren]] mittels Photometrie waren 1948<ref>[[Stanford Moore]], [[William Howard Stein]]: ''Photometric ninhydrin method for use in the chromatography of amino acids.'' In: ''J Biol Chem.'' Band 176, 1948, S. 367 ff.</ref> [[Stanford Moore]] und [[William Howard Stein]].

== Literatur ==
* Lange, Zdeněk: ''Photometrische Analyse''. Verlag Chemie, Weinheim 1980, ISBN 3-527-25853-1.
* Noboru Ohta, Alan R. Robertson: ''Colorimetry: Fundamentals and Applications'', Wiley-IS&T Series, West Sussex 2006, ISBN 978-0-470-09473-0.
* DIN 5032-1: ''Lichtmessung – Teil 1: Photometrische Verfahren''. Beuth Verlag, Berlin 1999.
* Michael K. Shepard: ''Introduction to Planetary Photometry.'' Cambridge University Press, Cambridge 2017, ISBN 978-1-107-13174-3.

== Weblinks ==
* [http://www.ptb.de/cms/fachabteilungen/abt4/fb-41/ag-412.html Physikalisch-Technische Bundesanstalt – Arbeitsgruppe 4.12 – Photometrie]
* [http://www.filmscanner.info/Fotometrie.html Einführung in die Photometrie – Zahlenmäßige Beschreibung von Licht]
* [http://www.stromsparlampen.eu/fotometrie_applet.html Photometrie Applet – Veranschaulichung photometrischer Größen]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4174524-3|LCCN=sh85101383}}

[[Kategorie:Photometrie| ]]
[[Kategorie:Analytische Chemie]]
[[Kategorie:Belichtung (Fotografie)]]
[[Kategorie:Spektroskopisches Verfahren]]
[[Kategorie:Beobachtungsmethode der Astronomie]]

Photometrie - Versionsgeschichte

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