Was ist eine Kalibrierungskurve?
Eine Kalibrierungskurve ist eine in der analytischen Chemie verwendete Methode zur Bestimmung der Konzentration einer unbekannten Probenlösung. Es handelt sich um eine experimentell erzeugte Grafik, bei der die Konzentration der Lösung auf der x-Achse und die beobachtbare Variable - beispielsweise die Extinktion der Lösung - auf der y-Achse aufgetragen sind. Die Kurve wird erstellt, indem die Konzentration und Extinktion mehrerer vorbereiteter Lösungen gemessen wird, die als Kalibrierungsstandards bezeichnet werden. Sobald die Kurve gezeichnet wurde, kann die Konzentration der unbekannten Lösung bestimmt werden, indem sie auf der Grundlage ihrer Extinktion oder einer anderen beobachtbaren Variablen auf die Kurve gelegt wird.
Chemische Lösungen absorbieren je nach Konzentration unterschiedliche Lichtmengen. Diese Tatsache wird in einer Gleichung quantifiziert, die als Beer'sches Gesetz bekannt ist und eine lineare Beziehung zwischen der Lichtabsorption einer Lösung und ihrer Konzentration zeigt. Forscher können die Extinktion einer Lösung mit einem Laborinstrument, einem Spektrophotometer, messen. Dieser Vorgang wird als Spektrophotometrie bezeichnet.
Die Spektrophotometrie kann bei der Bestimmung der Konzentration einer unbekannten Lösung hilfreich sein. Wenn ein Forscher beispielsweise eine Flusswasserprobe hat und den Bleigehalt wissen möchte, kann er ihn mithilfe eines Spektrophotometers bestimmen, um eine Kalibrierungskurve zu zeichnen. Zunächst erstellt der Forscher mehrere Standardlösungen für Blei, die von weniger bis konzentrierter reichen. Diese Proben werden in das Spektrophotometer gegeben, das für jede Probe eine andere Extinktion aufzeichnet.
Die experimentell bestimmten Extinktionswerte sind in einem Diagramm gegen die bekannte Konzentration jedes Kalibrierungsstandards aufgetragen. Es entsteht ein Punktesatz, der im Falle der Extinktion nach dem Beerschen Gesetz in etwa linear sein sollte. Um diese Datenpunkte zu verbinden, wird eine Linie gezogen, die die Kalibrierungskurve bildet. In fast allen Fällen sind die Datenpunkte nicht mathematisch genau. Daher sollte die Linie so gezeichnet werden, dass sie die maximale Anzahl von Punkten abfängt - es handelt sich um eine Linie mit der besten Anpassung. Obwohl das Verhältnis von Extinktion zu Konzentration linear ist, gilt dies nicht immer für andere experimentell bestimmte Variablen, und gelegentlich müssen Kurven verwendet werden, um das Verhältnis zu beschreiben.
In diesem Stadium kann die unbekannte Lösung analysiert werden. Die Probe wird in das Spektrophotometer eingeführt und ihre Extinktion gemessen. Da diese Probe gegen mehrere Standards gemessen wird, die dieselbe Verbindung enthalten, müssen Absorption und Konzentration irgendwo entlang der Kalibrierungskurve für diese Verbindung liegen. Das heißt, sobald die Extinktion der Lösung bekannt ist, kann ihre Konzentration mathematisch oder grafisch abgeleitet werden.
Aus dem y-Wert der unbekannten Lösung - der soeben gemessenen Extinktion - kann eine horizontale Linie gezogen werden. Der Punkt, an dem die Linie die Kalibrierungskurve kreuzt, gibt den x-Wert an - die Konzentration. Eine von diesem Punkt nach unten gezogene vertikale Linie gibt die Konzentration der unbekannten Lösung an. Die Gleichung für die Linie der Kalibrierungskurve kann auch verwendet werden, um die Konzentration der Lösung mathematisch zu bestimmen.