[ Sichtbares Licht ]

Ortsaufgelöste Spektroskopie mit ultraviolettem (UV) und sichtbarem (VIS) Licht eignet sich besonders für hochpräzise Farbmessungen und den Einsatz in der Fluoreszenzdiagnostik.

Die Technologie

Der für das menschliche Auge sichtbare Bereich des elektromagnetischen Spektrums, erstreckt sich im Wellenlängenbereich von etwa 380nm bis 780nm. Da an den Randbereichen dieses Spektralbereichs die Empfindlichkeit des menschlichen Auges kontinuierlich abnimmt, schwanken diese Bereichsangaben. Im kurzwelligeren Bereich schließt sich der Ultraviolett-Bereich an, der bis etwa 200nm reicht. Bei der UV/VIS Spektroskopie spricht man auch von einer Elektronenspektroskopie da Valenzelektronen angeregt werden. Die klassische UV/VIS Spektroskopie misst materialabhängige Eigenschaften in Absorption oder Transmission. Dafür wird das Messobjekt mit einer breitbandigen Lichtquelle beleuchtet und das Transmissions- bzw. Absorptionsverhalten des Objekts spektral gemessen.

Ein Hyperspektraler Datensatz (Hypercube) besteht aus einer Vielzahl von monochromatischen Bildern: Hinter jedem Bildpunkt steht ein komplettes Absorptionsspektrum welches die Grundlage für eine chemometrische Analyse darstellt. Durch die Darstellung als Hypercube sind die räumliche und spektrale Information auf einem Blick erfassbar.

Ein spezieller Absorptionsprozess im ultravioletten und sichtbaren Lichtbereich ist die Fluoreszenz. Durch Beleuchten eines Messobjekts mit einer spektral schmalbandigen Lichtquelle wechseln Elektronen durch Absorption der Energiequanten vom Grundzustand in einen energetisch höheren angeregten Zustand. Um vom angeregten Zustand in den Grundzustand zurückzugelangen, kommt es innerhalb von Mikrosekunden, zu einer spontanen Emission, der zuvor aufgenommenen Energiequanten in Form von Licht. Die Abgabe der Energie ruft eine Verschiebung der Wellenlänge des emittierten Lichtes, hin zu höheren Wellenlängen hervor. Die Verschiebung der Wellenlänge zwischen Anregungsmaximum und Emissionsmaximum des Lichts wird als Stokes-Shift bezeichnet.

Anwendung

Die UV/VIS Spektroskopie hat ihre hauptsächlichen Einsatzgebiete im Life Science Bereich, in der Fluoreszenzdiagnostik und industriell, in hochpräzisen Farbmessungen. Ein Anwendungsbeispiel der Fluoreszenzdiagnostik sind Untersuchungen von Brustkrebspräparaten. In etwa 20-30% aller Fälle von Brustkrebs kommt es zu einer Überexpression des sich auf der Zellmembran befindlichen Human Epidermal Growth Factor Receptor vom Typ 2 (HER-2). Diese Überexpression kann durch gezieltes Färben der Zellteile mit unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffen, mit der Multi-colour Fluorescence in-situ Hybridisation (m-FISH) festgestellt werden. In Abhängigkeit der Ausprägung der Überexpression wird über die Therapie entschieden.

Ein dazu konträrer Anwendungsbereich, ist die präzise industrielle Farbmessung. Ursprünglich wurde der optische Eindruck von Farbdrucken visuell durch eigens geschulte Mitarbeiter, unter definierten Beleuchtungsverhältnissen, bewertet. Diese Inspektionsmethode führte vermehrt zu Qualitätsproblemen der Produkte, da die Bewertung abhängig von der Tagesverfassung des Mitarbeiters schwankte. Um diese subjektiven Schwankungen zu vermeiden, werden heute die Messungen maschinell durchgeführt. Dadurch kann die flächenmäßige Verteilung der Farben objektiv gemessen und bei Abweichung der Qualitätskriterien, der Druckprozess angepasst werden.