Extinktion (Optik)

Grundidee und Bedeutung

Die Extinktion E, auch optische Dichte OD genannt, beschreibt in der Optik, wie stark Strahlung – zum Beispiel Licht – beim Durchqueren eines Mediums abgeschwächt wird. Sie ist die logarithmisch formulierte Opazität O, also ein Maß für die Undurchlässigkeit des Mediums. Die Extinktion hängt von der Wellenlänge λ der Strahlung ab. Deshalb werden verschiedene Wellenlängen unterschiedlich stark absorbiert: In Wasser besitzen sie beispielsweise unterschiedliche Durchdringtiefen.

Mathematische Beschreibung

I₀ bezeichnet die Intensität der einfallenden Strahlung und I die Intensität der austretenden Strahlung. Der Transmissionsgrad τλ ist das Verhältnis I/I₀ und gibt an, welcher Anteil der Strahlung das Medium durchdringt.

Die Extinktion ist der dekadische Logarithmus des Kehrwerts des Transmissionsgrades:

Eλ = log₁₀(I₀/I) = log₁₀(1/τλ) = log₁₀(Oλ) = −log₁₀(I/I₀) = −log₁₀(τλ).

Je kleiner der Anteil der austretenden Strahlung ist, desto größer ist somit die Extinktion. Vor allem in der Physik wird Extinktion teilweise auch mit dem natürlichen Logarithmus definiert. In der Astronomie gibt man sie in Größenklassen an.

Messung und Einflussfaktoren

Die Abschwächung wird mit einem Spektralphotometer gemessen. Im Allgemeinen tragen mehrere Vorgänge dazu bei: Absorption ist die Aufnahme von Strahlung durch das Medium; Streuung ist die Ablenkung in unterschiedliche Richtungen; Beugung bezeichnet die Ablenkung aufgrund der Welleneigenschaften des Lichts; Reflexion ist das Zurückwerfen von Strahlung an Grenzflächen.

Bei analytischen Anwendungen nach dem Lambert-Beerschen Gesetz sind Streuung und Beugung häufig unbedeutend. Reflexionsverluste werden durch eine Leer- oder parallele Messung bereits in I₀ berücksichtigt. Unter diesen Bedingungen spricht man statt von Extinktion von dekadischer Absorbanz, Absorptivität oder – als normgerechter Bezeichnung – vom dekadischen Absorptionsmaß.

Die Reduktion der Messung auf die Intensität berücksichtigt die Welleneigenschaften des Lichts nicht. Daher hängt die Extinktion im Allgemeinen nichtlinear von der Weglänge durch das Medium und von der Konzentration ab.

Der Extinktionskoeffizient beziehungsweise Absorptionskoeffizient gibt die auf die Weglänge bezogene Stärke der Abschwächung an. Werden die Welleneigenschaften des Lichts einbezogen, sind diese Koeffizienten nicht ausschließlich stoffspezifisch. Sie hängen auch von Randbedingungen wie dem umgebenden Medium sowie der Form und Heterogenität des Materials ab. Die Größe Diabatie berücksichtigt die exponentielle Zunahme der Extinktion mit der Schichtdicke des durchstrahlten Stoffes, indem ein weiterer Logarithmus gebildet wird.

Lösungen und Konzentrationsbestimmung

Bei Lösungen wird die Extinktion als optische Dichte bezeichnet und mit OD abgekürzt. Wird ein bestimmter Stoff untersucht und ist sein Extinktionskoeffizient bekannt, kann aus der gemessenen optischen Dichte seine Konzentration in der Lösung bestimmt werden.

Solche Messungen werden insbesondere verwendet, um die Konzentration von Desoxyribonukleinsäure- und Protein-Lösungen zu bestimmen sowie die Zelldichte in Suspensionskulturen zu kontrollieren. Ribonukleinsäure-Lösungen zeigen ihre maximale Extinktion im sogenannten Dhéré-Band bei einer Wellenlänge von ungefähr 260 Nanometern.