Avoidance of time-consuming calibration measurements in UV/VIS/NIR spectroscopy by understanding the light propagation in the scattering medium

In model-based UV/VIS/NIR spectroscopy, standard spectroscopy methods (possibly with optimized geometry) are extended by an evaluation based on radiative transfer theory. This allows the optical effects (scattering and absorption) to be separated. In the simplest case, scattering is described with a spectrally resolved effective scattering coefficient and absorption with a spectrally resolved absorption coefficient.

The effective scattering coefficient depends on the microstructure of the medium and the absorption coefficient results, in many important applications, from the linear superposition of the absorption coefficients of the individual ingredients. If the absorption spectra of the individual ingredients are known, their contents can then be determined without calibration by linear superposition of the initial spectra.

Benefits:

  • Linear correlation between the absorption coefficient and the concentration of the ingredients
  • Calibration-free determination of chromophores
  • Elimination of structural changes of the medium (e.g. pressing pressure, degree of homogenization)

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Prof. Dr. Alwin Kienle

Head of Materials Optics & Imaging

Tel: +49 (0)731 / 1429 224

Dr. Florian Foschum

Group Leader Calibration-Free Sensors

Tel: +49 (0)731 / 1429 779

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Vermeidung aufwändiger Kalibrationsmessungen bei der UV/VIS/NIR Spektroskopie durch Verständnis der Lichtausbreitung im streuenden Medium

Bei der modellgestützten UV/VIS/NIR-Spektroskopie werden Standard-Spektroskopieverfahren (eventuell mit optimierter Geometrie) um eine auf der Strahlungstransporttheorie basierenden Auswertung erweitert. Dadurch können die optischen Effekte (Streuung und Absorption) voneinander getrennt werden. Im einfachsten Fall wird die Streuung mit einem spektral aufgelösten effektiven Streukoeffizienten und die Absorption mit einem spektral aufgelösten Absorptionskoeffizienten beschrieben.

Der effektive Streukoeffizient hängt dabei von der Mikrostruktur des Mediums ab und der Absorptionskoeffizient ergibt sich aus der linearen Überlagerung der Absorptionskoeffizienten der einzelnen Inhaltsstoffe. Bei Kenntnis der Absorptionsspektren des einzelnen Inhaltsstoffe können dann, durch linearer Überlagerung der Ausgangsspektren, kalibrationsfrei deren Gehalte bestimmt werden.

Vorteile:

  • Linearer Zusammenhang der ermittelten Koeffizienten mit der Konzentration der Inhaltsstoffe zusammen
  • Kalibrationsfreie Gehaltsbestimmung
  • Eliminierung von strukturellen Änderungen des Mediums (z. B. Pressdruck, Homogenisierungsgrad)

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