Was ist ein Spektralradiometer?
Ein Spektralradiometer ist ein Gerät zur spektralen Analyse des von einer Substanz ausgesandten Lichts (Strahlung).
Durch die Trennung und Erfassung von Licht verschiedener Wellenlängen und Frequenzen können die Zusammensetzung und die Eigenschaften von Stoffen untersucht werden. Im Allgemeinen haben zwei Lichtquellen eine unterschiedliche wellenlängenspezifische Strahldichte (spektrale Strahldichte), auch wenn sie dem Menschen die gleiche Farbe erscheinen.
Zwei Lichtquellen mit unterschiedlicher spektraler Strahldichte können bei der Beleuchtung einer Gruppe von Objekten dieselbe Farbe haben, bei der Beleuchtung einer anderen Gruppe von Objekten jedoch unterschiedliche Farben aufweisen. Um dieses Phänomen zu vermeiden, muss die spektrale Strahldichte unbedingt mit einem Spektralradiometer gemessen werden.
Anwendungen von Spektralradiometern
Spektralradiometer werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, darunter in der chemischen Analyse, der Materialforschung, der Umweltüberwachung, den Biowissenschaften und der Astronomie. Im Bereich der chemischen Analyse werden sie zur Untersuchung der Zusammensetzung von Stoffen eingesetzt, z. B. zur Messung und Charakterisierung der Konzentration von Elementen und Verbindungen in Lösungen und Gasen. Insbesondere werden sie häufig bei der Charakterisierung von Displays und Beleuchtungen eingesetzt, also bei Produkten, die Lichtquellen verwenden.
Wie in der Übersicht erwähnt, ermöglicht die Messung und Wiedergabe von Lichtquellen auf der Ebene der spektralen Strahldichte und nicht auf der Ebene der Farbe, wie sie das menschliche Auge sieht, eine genaue Farbwiedergabe unter einer Vielzahl von Bedingungen. Bei Bildschirmen und Beleuchtung wird die volle Farbe durch Lichtquellen mit den drei Grundfarben Rot, Blau und Grün wiedergegeben.
Um die volle Farbe genau wiederzugeben, müssen die drei Primärfarben auf der Ebene der spektralen Strahldichte gemessen und wiedergegeben werden und die drei Lichtquellen müssen angemessen verteilt sein.
Funktionsweise von Spektralradiometern
Spektralradiometer stellen Licht quantitativ auf der Skala der spektralen Strahldichte dar. Die von einem Spektralradiometer gemessene Größe ist die spektrale Strahldichte. Die Einheiten sind W/sr/m2/nm-1 (Watt pro Steradiant pro Quadratmeter pro Nanometer).
Im Allgemeinen kann das von einer Lichtquelle ausgestrahlte Licht intensiv oder schwach sein. Von den Maßstäben zur Messung dieser Intensität ist die Strahldichte der Maßstab, der die Intensität des parallel zu einer Ebene abgestrahlten Lichts berücksichtigt. Im Gegensatz zum Strahlungsfluss (Einheit W: Watt), der die Fläche berücksichtigt, werden bei der Strahldichte (Einheit W/sr/m2) weder Fläche noch Raumwinkel berücksichtigt.
Die Strahldichte hat die Eigenschaft, mit der Wellenlänge zu variieren und wird als spektrale Strahldichte in Bezug auf die Wellenlänge angegeben. Zur Messung der spektralen Strahldichte wird das von einer Lichtquelle ausgestrahlte Licht mithilfe eines Beugungsgitters (spektral) in Wellenlängen zerlegt und das spektral getrennte Licht wird von einem Sensor empfangen. Das empfangene Licht wird dann in ein elektrisches Signal umgewandelt und die spektrale Strahldichte bestimmt.
Viele Spektralradiometer sind mit einem Rechenwerk ausgestattet, das Werte wie Leuchtdichte (im Gegensatz zur Strahldichte), Tristimuluswert XYZ und Farbwertkoordinate xy berechnen kann.
Arten von Spektralradiometern
Zu den spezifischen Arten von Spektralradiometern gehören die folgenden:
1. Spektralphotometer
Dies ist ein Instrument zur Messung des Lichts bei bestimmten Wellenlängen, das von einer Substanz absorbiert wird, und zur Quantifizierung der Absorption (des Absorptionsgrads) dieses Lichts. Spektralphotometer werden häufig eingesetzt, um die Konzentration von Stoffen und den Verlauf von Reaktionen zu analysieren.
2. Spektrofluorometer
Ein Instrument zur Messung des Fluoreszenzlichts, das bei der Anregung von Licht, das von einer Substanz absorbiert wird, wieder emittiert wird. Spektrofluorometer werden häufig zur Analyse der Eigenschaften und der Konzentration von Stoffen eingesetzt.
3. Spektro-Infrarot-Analysatoren
Diese Geräte dienen der Analyse der Zusammensetzung und Struktur eines Stoffes durch Messung des Spektrums der von dem Stoff absorbierten Infrarotstrahlung. Spektroskopische Infrarot-Analysatoren werden häufig in Bereichen wie der chemischen Analyse und der Materialforschung eingesetzt.