Transmission in Absorption (Extinktion) umrechnen

Einheiten-Umrechner für Transmission und Absorption (Extinktion)

Transmission, Absorption und Extinktion: Drei Begriffe für dieselbe Messung?

Wer mit einem Spektrometer arbeitet, begegnet ständig allen drei Begriffen – und nicht immer ist sofort klar, wie sie zusammenhängen. Dabei ist die Beziehung einfach: Transmission sagt, wie viel Licht durch die Probe hindurchkommt, und Absorption (bzw. Extinktion) sagt, wie viel Licht die Probe geschluckt hat. Der Unterschied ist nur eine logarithmische Skala.

Transmission: Der direkte Messwert

Die Transmission \(T\) ist das, was das Spektrometer physikalisch misst. Ein Lichtstrahl der Intensität \(I_0\) trifft auf die Probe; dahinter kommt nur noch die abgeschwächte Intensität \(I\) an. Das Verhältnis ist die Transmission:

\(T = \frac{I}{I_0}\)

Die Transmission wird häufig in Prozent angegeben: \(T[\%] = \frac{I}{I_0} \cdot 100\). Eine Transmission von 100 % bedeutet, die Probe ist für diese Wellenlänge vollkommen durchlässig – das Licht passiert ungehindert. 0 % Transmission heißt, es kommt gar kein Licht mehr an. In der Praxis bewegen sich sinnvolle Messungen meist zwischen etwa 0,1 % und 100 % Transmission; darunter wird das Signal vom Detektorrauschen überdeckt.

Absorption: Der logarithmische Blick

Die Transmission hat einen Nachteil: Sie ist nicht linear in der Konzentration. Verdoppelt man die Konzentration eines absorbierenden Stoffs, halbiert sich zwar die Transmission – aber das ist eine Exponentialbeziehung, kein einfacher linearer Zusammenhang. Für quantitative Analysen ist das unpraktisch.

Deshalb rechnet man die Transmission logarithmisch um. Die so erhaltene Größe heißt Absorption \(A\) (oft auch Extinktion \(E\) oder als OD, Optical Density, bezeichnet):

\(A = -\log_{10}\left(\frac{I}{I_0}\right) = -\log_{10} T\)

In Prozent ausgedrückt: \(A = -\log_{10}\left(\frac{T[\%]}{100}\right)\)

Aus der Absorption zurück in die Transmission: \(T[\%] = 100 \cdot 10^{-A}\)

Der Unterschied zwischen Absorption und Extinktion

Die Begriffe Absorption und Extinktion werden im Laboralltag oft synonym verwendet – und für klare, nicht streuende Lösungen ist das auch völlig in Ordnung. Physikalisch gibt es jedoch einen feinen Unterschied:

• Absorption beschreibt ausschließlich die Lichtschwächung, die durch echte Absorption entsteht: Das Molekül nimmt die Photonenenergie auf, ein Elektron springt auf ein höheres Niveau oder eine Schwingung wird angeregt. Nur dieser Anteil geht in die innere Energie des Moleküls über.

• Extinktion (von lateinisch exstinguere = auslöschen) ist der umfassendere Begriff. Sie schließt neben der echten Absorption auch alle anderen Effekte ein, die den Lichtstrahl abschwächen – vor allem die Streuung an Partikeln oder Trübungen in der Probe. Bei trüben Proben ist die gemessene Extinktion also höher als die reine Absorption.

In der Praxis ist dieser Unterschied vor allem dann relevant, wenn Proben nicht klar filtriert sind (etwa bei manchen Prozessmessungen) oder wenn die Streuung selbst die gesuchte Information trägt (wie in der NIR‑Spektroskopie an Pulvern oder trüben Flüssigkeiten). In Arzneibüchern wird aus diesem Grund meist der Begriff „Extinktion" verwendet, weil er den allgemeineren Fall abdeckt.

Die logarithmische Skala verstehen

Weil die Absorption logarithmisch mit der Transmission zusammenhängt, entsprechen gleiche Schritte in der Absorption ganz unterschiedlichen Sprüngen in der Transmission. Einige Orientierungswerte:

Ein \(A\) von 1 bedeutet also nicht „die Hälfte", sondern 10 % Restlicht. Ein \(A\) von 3 entspricht bereits 0,1 % Transmission – hier endet für viele Spektrometer der sinnvoll nutzbare Bereich, weil das Signal im Detektorrauschen untergeht. Moderne Spektrometer mit guter Elektronik und hochwertigen Detektoren schaffen oft noch Werte bis \(A \approx 3{,}5\), bevor das Rauschen dominiert. Ein Signal‑Rausch‑Verhältnis von 10 000:1, wie es das Spektralwerk 15 Core NIR bietet, bedeutet physikalisch, dass der Detektor noch ein Signal auflösen kann, das nur ein Zehntausendstel des maximalen Lichtstroms beträgt. Umgerechnet entspricht das einer Transmission von 0,01 % oder \(A = 4\) an der theoretischen Nachweisgrenze. In der Praxis benötigt man einen Sicherheitsabstand zum Rauschuntergrund, daher liegt die sinnvoll nutzbare Obergrenze bei etwa \(A = 3{,}5\).

Warum überhaupt logarithmisch?

Der entscheidende Vorteil der Absorptionsskala: Sie verhält sich unter idealen Bedingungen linear zur Konzentration. Das ist die Aussage des Lambert‑Beer‑Gesetzes:

\(A = \varepsilon \cdot c \cdot d\)

Doppelte Konzentration \(c\) bedeutet doppelte Absorption \(A\) (bei gleicher Küvettenschichtdicke \(d\) und gleichem molaren Extinktionskoeffizienten \(\varepsilon\)). Mit Transmission könnte man so einfach nicht rechnen. Genau aus diesem Grund arbeiten UV‑Spektrometer und NIR‑Spektrometer mit der Absorptions‑/Extinktionsskala, sobald quantitative Aussagen gefragt sind.

Wann ist welche Skala sinnvoll?

In Messprotokollen und Publikationen ist die Absorption das Maß der Wahl. Sie erlaubt den direkten Vergleich zwischen verschiedenen Konzentrationen und ist die Grundlage jeder Kalibriergerade. Die Transmission begegnet einem dagegen eher in technischen Spezifikationen, etwa wenn ein optischer Filter beschrieben („Transmission > 90 % bei 850 nm") oder die Effizienz eines Monochromators bewertet wird.

Ein praktischer Tipp aus dem Laboralltag: Wer eine neue Methode entwickelt, sollte darauf achten, dass die gemessene Absorption im Bereich von etwa 0,2 bis 2,0 liegt. Unterhalb von 0,2 wird die Messung ungenau, weil der Unterschied zwischen Probe und Referenz kaum noch messbar ist. Oberhalb von 2,0 kommt so wenig Licht am Detektor an, dass das Rauschen die Messung verfälscht. Die Wahl der richtigen Küvettenschichtdicke (\(d\)) und gegebenenfalls eine Verdünnung der Probe helfen, in diesen optimalen Bereich zu kommen.

Spektralwerk Core NIR Spektrometer