Fotometria e riflettometria

Per fotometria si intende l'insieme delle tecniche di misurazione della luce assorbita nelle regioni dello spettro ultravioletto (UV), visibile (VIS) e infrarosso (IR). Questa tecnologia permette di determinare la quantità di un analita in una soluzione o in un liquido. I fotometri utilizzano sorgenti luminose e rivelatori specifici che convertono la luce passata attraverso la soluzione del campione in un segnale elettrico proporzionale. I rivelatori possono essere, per esempio, fotodiodi, fotoresistenze o fotomoltiplicatori. In fotometria si applica la legge di Lambert-Beer per calcolare i coefficienti risultanti dalle misure di trasmittanza. Per ottenere determinazioni molto accurate, si esegue una tarature specifica per il metodo analitico di interesse, stabilendo una correlazione fra l’assorbanza e la concentrazione dell’analita.

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Fotometria

La fotometria è una tecnica analitica quantitativa ampiamente usata nei laboratori di ricerca per determinare le quantità di sostanze organiche e inorganiche presenti nelle soluzioni e in altri liquidi. Numerose sono anche le applicazioni industriali della fotometria, tra cui la determinazione dei contaminanti in acque potabili e reflue, l'analisi dei nutrienti nei terreni, dei campioni alimentari, della composizione di materiali da costruzione e molte altre.

Struttura e funzionamento di un fotometro

Un fotometro è solitamente costituito da una sorgente luminosa, un monocromatore, un portacampioni e il rivelatore. Le sorgenti di luce possono essere lampade alogene al tungsteno (normalmente impiegate per analisi nel campo del visibile) o LED. Per misure nella regione dell'UV-visibile si possono usare lampade allo xeno a luce pulsata. Il monocromatore filtra la luce proveniente dalla sorgente e lascia passare solo una ristretta banda di lunghezze d’onda. La luce attraversa poi la cuvetta o la celletta portacampioni. A seconda della quantità di analita (o di colorazione da esso generata) presente nella soluzione del campione, una parte della luce è assorbita dalla soluzione, mentre il resto viene trasmesso. La luce trasmessa viene indirizzata ai rivelatori che producono una corrente elettrica proporzionale all'intensità della luce.

Legge di Lambert-Beer

La legge di Lambert-Beer (nota anche come legge di Beer) afferma che la quantità di luce assorbita da un campione è direttamente proporzionale alla concentrazione dell’analita presente e al cammino ottico della luce attraverso il campione. In questo contesto “campione” può significare sia lo stesso analita (misurato direttamente) sia la colorazione generata dall’analita (nel caso si faccia uso di reagenti o kit). La relazione è descritta dalla formula:

A = elc

in cui

A = assorbanza del campione l = lunghezza del cammino ottico (cm) c = concentrazione dell'analita (M) e = coefficiente d'estinzione molare (M-1cm-1)

Lo spettrofotometro misura l’intensità della luce prima e dopo il passaggio attraverso una soluzione e ricava la trasmittanza T secondo la relazione:

Trasmittanza(T)=It/Io

dove Io e It sono rispettivamente l’intensità della luce prima e dopo il passaggio attraverso la soluzione. La trasmittanza è legata all’assorbanza dall’equazione:

Assorbanza (A) = − log(T)

Riflettometria

La riflettometria (nota anche come fotometria di riflettanza) è una tecnica analitica non distruttiva che si serve della luce riflessa da parte di superfici e interfacce per misurare caratteristiche quali l'intensità del colore, lo spessore di un film e l'indice di rifrazione.

Come in altri tipi di fotometri, i componenti più importanti dei riflettometri sono la sorgente luminosa, in genere LED a lunga durata di lunghezze d’onda specifiche, la cui luce viene concentrata sulla superficie del campione da un sistema di lenti e i rivelatori che misurano la luce riflessa.

I riflettometri sono spesso concepiti per misurare caratteristiche fisiche delle superfici, come le variazioni di colore di strisce reattive. In questo tipo di approccio analitico, dopo aver depositato un campione su una striscia reattiva, si confronta la riduzione della riflessione luminosa (REM) indotta con quella di controlli e standard appropriati. Come nella fotometria, la differenza di intensità fra luce emessa e luce riflessa permette una determinazione quantitativa della concentrazione di analiti specifici.

La riflettometria è comunemente usata in applicazioni industriali come metodo rapido e sensibile per quantificare una vasta serie di parametri organici e inorganici in acque, alimenti, bevande e campioni ambientali; si presta anche ad altri impieghi anche molto diversi tra loro, come l’analisi delle superfici di materiali da costruzione e per la valutazione del colore della pelle. 

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