Software zum UV Spektrophotometer

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1 Software zum UV Spektrophotometer Labor für Umweltingenieurwissenschaften ETH Zürich 25. August 2004 In diesem Dokument werden die beiden Software Programme Cary Win UV Scan und Cary Win UV Simple Reads vorgestellt. Mit dieser Software können UV Spektren Scan respektive Einzelwerte Simple Reads mittels des UV Spektrophotometers Cary 50 Bio aufgenommen und zur weiteren Bearbeitung abgespeichert werden. Die beiden Programme sind auf dem an das UV Spektrophotometer angeschlossenen Computer installiert und können über die sich auf dem Desktop befindenden Icons gestartet werden (vgl. Abbildung 1). Abbildung 1: Desktop-Icons der beiden Programme Scan und Simple Reads. Der Ordner Cary Win UV enthält Verknüpfungen zu weiteren Programmen der Softwaregruppe. Dieses Dokument erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Es soll dem Leser ermöglichen, selber Scans durchzuführen, die Messdaten grafisch darzustellen und für eine weitere Bearbeitung zu exportieren. Es ist jedoch nicht das Ziel, sämtliche Funktionen der beiden Programme vorzustellen. Für weitergehende Informationen steht eine umfangreiche Online Hilfe zur Verfügung.

2 Software UV Spektrophotometer 2 Cary Win UV Scan Programmstart und Setup Programmstart Wenn das Programm durch Doppelklick auf das Icon Scan gestartet worden ist, öffnet sich das Hauptfenster (vgl. Abbildung 2). Bevor eine Messung gestartet werden kann, müssen die gewünschten Parameter eingegeben werden. Dies geschieht im Fenster Setup (vgl. Abbildung 3), welches sich durch Anklicken des entsprechenden Buttons öffnet (Nr. 1 in Abbildung 2). Abbildung 2: Startfenster des Programms Scan mit den Buttons Setup (1), Zero (2), Baseline (3), Start (4), Stop (5) und Print (6) sowie den Anzeigen für die Wellenlänge (7) und den aktuellen Messwert (8). Setup Karteikarte Cary Die Karteikarte Cary erlaubt die Eingabe verschiedener Parameter. Im Bereich X Mode (Nr. 1 in Abbildung 3) wird der Wellenlängenbereich angegeben, für welchen das Spektrum aufgezeichnet werden soll (in der Abbildung wird ein Spektrum

3 3 Software UV Spektrophotometer Abbildung 3: Karteikarte Cary des Setup Fensters. Hier werden unter anderem der gewünschte Wellenlängenbereich (1), der zu messende Parameter (2) und der Modus (3) eingegeben. zwischen 280 nm und 600 nm erstellt). Das UV Spektrophotometer scannt immer von höheren zu tieferen Wellenlängen, der Wertebereich reicht von 190 nm bis 1100 nm. Das Drop Down Menu im Bereich Y Mode (Nr. 2 in Abbildung 3) erlaubt die Auswahl der gewünschten Masseinheit des Parameters, der aufgezeichnet und im Falle eines Datenexportes exportiert wird. Insgesamt stehen neun verschiedene Masseinheiten zur Auswahl, für die Anwendungen im Labor für Umweltingenieurwissenschaften sind jedoch nur die ersten drei von Interesse. Diese sind: Abs: Extinktion (engl. Absorbance) % T: Transmission in Prozent % R: Reflexion in Prozent Die Werte in den Feldern Y min und Y max geben den Datenbereich an, in welchem die Werte grafisch dargestellt werden.

4 Software UV Spektrophotometer 4 Im Bereich Beam mode (Nr. 3 in Abbildung 3) kann im Drop Down Menu zwischen Dual Beam und Single Beam gewählt werden. Für Scans muss imer Dual Beam gewählt werden. Diese Einstellung bewirkt, dass die gemessene Strahlungsintensität nach dem Passieren der Probe laufend mit der internen Referenzintensität verglichen wird. So werden Intensitätsschwankungen der Lichtquelle automatisch ausgeglichen. Die Wellenlängendifferenz zwischen zwei Messungen sowie die Dauer einer Messung können im Bereich Scan Controls (Nr. 4 in Abbildung 3) eingegeben werden. Während diese Parameter einerseits frei gewählt werden können (unter Advanced), stehen andererseits sechs verschiedene voreingestellte Parametersätze zur Verfügung (Simple). Normalerweise sollte der Parametersatz Medium verwendet werden. Die Wellenlängendifferenz zwischen zwei Messungen beträgt dann 1 nm, die Messdauer 0.1 s. So wird pro Minute ein Wellenlängenbereich von 600 nm abgetastet. Des Weiteren kann unter Display Options ausgewählt werden, ob vor jedem Scan die alten Scans aus der Grafik entfernt werden sollen (Individual data die Daten werden dabei nicht gelöscht) oder ob der neue Scan in die gleiche Grafik geplottet werden soll (Overlay data). Setup Karteikarte Baseline Die Karteikarte Baseline ermöglicht die Auswahl der Parameter für die automatische Korrektur der Messwerte. Die Messwerte sind von verschiedenen Dingen abhängig, wie beispielsweise dem Lösungsmittel oder der Küvette. Um nun wirklich ein Spektrum der interessierenden Substanz aufzuzeichnen, muss zuerst eine sogenannte Baseline ermittelt werden. Dies geschieht, indem eine Messung durchgeführt wird, bei welcher alles der wirklichen Messung entspricht, mit Ausnahme des interessierenden Stoffes. Konkret wird normalerweise die Küvette mit dem Lösungsmittel gefüllt und dann ein Scan erstellt (Erstellen der Baseline vgl. unten). Im Bereich Correction (Nr. 1 in Abbildung 4) wird der Punkt Baseline correction ausgewählt. Danach wird sofern schon ein Baseline File erstellt worden ist der Button Retrieve Baseline file gedrückt (Nr. 2 in Abbildung 4) und danach das gewünschte File ausgewählt (Erstellen eines Baseline Files vgl. unten). Der Button View Baseline file (Nr. 3 in Abbildung 4) ermöglicht das Betrachten der momentanen Baseline in grafischer Form. Setup Karteikarten Accessories Die Karteikarten Accessories 1 und Accessories 2 erlauben die Eingabe verschiedener Parameter. Diese Einstellungen werden im Normallfall jedoch nicht benötigt. Für weitere Informationen steht die Online Hilfe des Programms zur Verfügung. Setup Karteikarte Reports Für jeden Scan wird ein Report erstellt. Die Karteikarte Reports ermöglicht es dem Benutzer, verschiedene Einstellungen für diesen Report zu machen. Im Normalfall genügen

5 5 Software UV Spektrophotometer Abbildung 4: Karteikarte Basline des Setup Fensters. Speziell bezeichnet sind der Punkt Baseline correction (1) sowie die beiden Buttons Retrieve Baseline file und View Baseline file. auch hier die Grundeinstellungen. Für weitere Informationen sei an die Online Hilfe verwiesen. Setup Karteikarte Auto Store Die Karteikarte Auto Store ermöglicht eine individuelle Einstellung der Datenspeicherung. Zur Auswahl stehen drei verschiedene Möglichkeiten. Einerseits können die Daten nicht gespeichert werden (Storage off ), andererseits kann angegeben werden, wann nach dem Dateinamen für das File mit den Daten gefragt werden soll. Dies geschieht entweder vor der Messung (Storage on (prompt at start)) oder nach der Messung (Storage on (prompt at end)). Die Grundeinstellung Storage on (prompt at start) ist empfehlenswert und die Beschreibung des Scannens in diesem Dokument stützt sich auf diese Einstellung.

6 Software UV Spektrophotometer 6 Baseline Um die Messungen mit einer Baseline correction durchführen zu können (vgl. oben), muss zuerst eine Baseline aufgenommen werden. Dazu einfach auf den Button Baseline (Nr. 3 in Abbildung 2) klicken. Dieser Button kann nur betätigt werden, wenn in der Karteikarte Baseline des Setup Menus entweder Baseline correction oder Zero/baseline correction ausgewählt wurde. Es öffnet sich ein Fenster, in welchem man aufgefordert wird, die Probe für die Baseline in das UV Spektrophotometer zu stellen. Die Probe für die Baseline muss mit den in der Folge zu messenden Proben identisch sein, was die Küvette und das Lösungsmittel betrifft. Einzig die interessierende Sustanz darf in der Probe, welche für die Erstellung der Baseline verwendet wird, nicht vorhanden sein. Durch das Betätigen der OK Taste wird die Messung gestartet und die Baseline automatisch bestimmt. Der ermittelte Wert wird mit dem Zusatz baseline im Messwert Feld angezeigt (Nr. 8 in Abbildung 2). Messung Nach dem Setup und der Aufnahme der Baseline kann die eigentliche Messung durchgeführt werden. Die Probe wird in eine Küvette gegeben und die Küvette in das UV Spektrophotometer gestellt. Die Aufnahme des Spektrums wird durch Betätigen des Start Buttons (Nr. 4 in Abbildung 2) ausgelöst. Wenn während des Setups in der Karteikarte Auto Store der Menupunkt Storage on (prompt at start) ausgewählt wurde, öffnet sich ein Fenster und man wird aufgefordert, einen Dateinamen sowie den Speicherort einzugeben. Man kann wählen, ob man die Daten im Format.dsw oder.bsw speichern will. Eine.dsw Datei (Data File) speichert lediglich die Daten, während eine.bsw Datei (Batch File) zusätzlich noch den Report und die Methode speichert. Im Normalfall genügt eine Speicherung als.dsw Datei. Sobald der Dateiname und der Speicherort gewählt sind, öffnet sich ein neues Fenster, in welchem eine Bezeichnung für die Probe eingegeben werden kann. Wenn der Name eingegeben und die Eingabe bestätigt wurde, beginnt das UV Spektrophotometer mit der Messung. Nach Beendigung der Messung wird eine Grafik gezeichnet. Je nach Auswahl in der Karteikarte Cary wird für jeden Scan ein neues Grafik Fenster geöffnet oder die Plots werden überlagert. Scans und Grafiken Das Programm Scan arbeitet beim visuellen Darstellen von Messreihen auf zwei Ebenen. Die eine Ebene sind die Scans und die andere Ebene sind die Grafiken (Graphs). Für jeden Scan erstellt das Programm eine Datei (.dsw oder.bsw). Die Scans werden im Fenster Trace Preferences aufgeführt (vgl. Abbildung 5). Das Fenster wird mit der entsprechenden Schaltfläche in der Menuleiste geöffnet (Nr. 1 in Abbildung 6). Eine Grafik kann mehrere Scans enthalten, ausgewählt werden diese im Fenster Trace Preferences, indem die betreffenden Scans in der Spalte Visible mit einem Häckchen markiert werden. Auf der Benutzeroberfläche können überdies gleichzeitig mehrere Grafiken vorhanden

7 7 Software UV Spektrophotometer Abbildung 5: Das Fenster Trace Preferences zeigt sämtliche sich im Speicher befindlichen Scans. sein. Die jeweils aktive Grafik wird mit einem schwarzen Rahmen markiert, der in der aktiven Grafik jeweils aktive Scan ist rot dargestellt (zusätzlich werden die Namen der aktiven Grafik und des darin aktiven Scans im unteren Bereich des Fensters eingeblendet). Abbildung 6: Schaltflächen zum Bearbeiten der Scans und Grafiken. Die Grafiken können mittels der verschiedenen Schaltflächen in der Kopfzeile bearbeitet werden. Die in Abbildung 6 aufgeführten Schaltflächen werden im Folgenden kurz beschrieben: 1. Trace Preferences: Öffnet das gleichnamige Menu. Es werden sämtliche sich im Arbeitsspeicher befindlichen Scans inklusive Dateiname und Farbe aufgeführt. Die in der aktuellen Grafik zu plottenden Scans können mit einem Häckchen in der Spalte Visible ausgewählt werden. Klickt man zudem in die Spalte Color wird der betreffende Scan aktiv. 2. Graph Preferences: Öffnet das gleichnamige Menu. Dort können diverse Eigenschaften der Grafik wie Achsenfarbe und breite, Schriftart und grösse oder Hintergrundfarbe ausgewählt werden. 3. Cursor Mode: Öffnet das gleichnamige Menu, in welchem der Cursor Modus gewählt werden kann. Die beiden Möglichkeiten sind Free, d. h. der Cursor ist frei beweglich und wird als kleines Kreuz dargestellt, und Track. Bei letzterem ist der Cursor ein grosses Fadenkreuz, welches immer dem Verlauf des aktiven Scans folgt.

8 Software UV Spektrophotometer 8 4. Scale Graph: Öffnet das Fenster Axes Scales, in welchem die Achsen skaliert werden können. 5. Autoscales 1: Die x Achse und y Achse werden automatisch so skaliert, dass sämtliche Daten dargestellt werden. 6. Autoscales 2: Die x Achse wird automatisch so skaliert, dass der gesamte Wellenlängenbereich, in welchem gemessen wurde, dargestellt wird. Die Skalierung der y Achse wird nicht verändert. 7. Autoscales 3: Die y Achse wird automatisch so skaliert, dass sämtliche Messwerte dargestellt werden. Die Skalierung der x Achse wird nicht verändert. 8. Zoom out: Die Grafik wird auf die im Setup eingegebenen Werte für die Minimal und Maximalwerte der x Achse und y Achse zurückgesetzt. 9. Add Label: Öffnet das gleichnamige Fenster. Der aktive Scan kann mit einer Beschriftung versehen werden, für welche Schriftart und grösse bestimmt werden können. 10. Add Picture: Öffnet das gleichnamige Fenster. Der aktive Scan kann mit einem Bild versehen werden. Das Bild muss im.bmp Format verfügbar sein. 11. Single/Multi Graph: Bei gedrückter Schaltfläche ist jeweils nur die aktive Grafik in voller Grösse zu sehen. Die übrigen Grafiken sind verdeckt. Ein erneutes Drücken der Schaltfläche ermöglicht die Rückkehr zur ursprünglichen Ansicht. 12. Auto Arrange Graphs: Sämtliche Grafiken werden automatisch passend zur Fenstergrösse angeordnet. 13. Add Graph: Erstellt eine neue Grafik, in welche einzelne Scans eingefügt werden können. 14. Remove Graph: Die aktive Grafik wird gelöscht. Die darin enthaltenen Scans verbleiben im Speicher. 15. Clear All Traces: Sämtliche Scans in allen Grafiken werden entfernt. Die Scans werden dabei nicht gelöscht sondern verbleiben im Speicher und können erneut in die Grafiken eingefügt werden. 16. User Data Form: Öffnet das gleichnamige Fenster. Hier können Zusatzinformationen zu den einzelnen Scans eingegeben beziehungsweise abgerufen werden. Aufgeführt werden sämtliche Scans, welche sich im aktiven Grafikfenster befinden. Die Informationen werden den Scans eindeutig zugeordnet. Dies bedeutet, dass eingegebene Informationen auch abgerufen werden können, wenn der Scan zwischenzeitlich aus den Grafikfenstern entfernt wurde. Achtung: Die Daten werden nur gespeichert, wenn eine Spaltenüberschrift definiert wird!

9 9 Software UV Spektrophotometer 17. Peak Labels: Öffnet das gleichnamige Fenster. Es können Maxima oder Minima beschriftet werden. Eingegeben werden die Art der Beschriftung, die Art der zu beschriftenden Peaks sowie die Sensibilität, mit welcher Peaks als solche identifiziert werden. Für weitere Angaben sei auf die Online Hilfe verwiesen. 18. Maths: Öffnet das gleichnamige Fenster. Einerseits findet sich hier ein normaler Taschenrechner, andererseits können die sich in der aktiven Grafik befindenden Scans verändert werden. Für weitere Angaben siehe Online Hilfe. Datenspeicherung und export Die gewonnenen Daten können gespeichert beziehungsweise für die weitere Bearbeitung in anderen Programmen exportiert werden. Dies kann sowohl mit den erstellten Grafiken wie auch mit den Ausgangsmesswerten geschehen. Falls eine erstellte Grafik gespeichert werden soll, muss diese zuerst in die Zwischenablage kopiert und von dort in das gewünschte Programm (Grafikprogramm, Word,... ) eingefügt werden. Dazu wird im Menu Graph der Punkt Copy Graph ausgewählt. Das aktive Grafikfenster befindet sich nun in der Zwischenablage und kann nun in der benötigten Software in die gewünschten Files eingefügt werden. Die Daten können in vielen verschiedenen Varianten abgespeichert werden. Wenn man aus dem Menu File den Punkt Save Data As wählt, stehen folgende Dateitypen zu Verfügung:.msw: enthält die Setup Daten des Scans..dsw: enthält die Daten sämtlicher Scans, welche im Fenster Trace Preferences als sichbar markiert sind, egal in welcher Grafik sich diese befinden..rsw: enthält den Report, welcher vom Programm während der Messung erstellt wurde..gsw: enthält die Layout Informationen der Grafiken..bsw: vereinigt sämtliche Informationen, welche in den.msw,.dsw,.rsw und.gsw Dateien enthalten sind..csw: enthält die grafische Darstellung der Basline..csv: ist ein ASCII Spreadsheet File, welches die Daten sämtlicher Scans enthält, welche im Fenster Trace Preferences als sichtbar markiert sind. Die Daten werden paarweise und Komma separiert abgespeichert und können in andere Programme (beispielsweise Microsoft Excel) importiert werden. Zusätzlich werden weitere Informationen zu den einzelnen Scans abgespeichert.

10 Software UV Spektrophotometer 10 Cary Win UV Simple Reads Programmstart und Setup Wenn das Programm durch Doppelklick auf das Icon Simple Reads (vgl. Abbildung 1) gestartet worden ist, öffnet sich das Hauptfenster (vgl. Abbildung 7). Abbildung 7: Startfenster des Programmes Simple Reads mit den Buttons Setup(1), Zero (2) und Read (3) sowie den Anzeigen für die Extinktion (4) und die Wellenlänge (5). Falls die Wellenlänge (Nr. 5 in Abbildung 7) und der Messparameter (Nr. 4 in Abbildung 7) den gewünschten Einstellungen entsprechen, kann durch Drücken des Read- Buttons (Nr. 3 in Abbildung 7) ein Messwert aufgezeichnet werden. Dieser erscheint dann im Hauptfenster. Aufgeführt wird eine automatisch generierte, fortlaufende Nummer, der Messwert sowie die Wellenlänge (vgl. Abbildung 8). Normalerweise wird jedoch die Wellenlänge und/oder der Parameter nicht den eigenen Wünschen entsprechen oder es sollen Messungen bei verschiedenen Wellenlängen erfolgen. In diesen Fällen muss das Setup Menu (vgl. Abbildung 9) aufgerufen werden (mittels Button Nr. 1 in Abbildung 7). Es kann zwischen zwei verschiedenen Messmodi gewählt werden. Read at Wavelength ermöglicht die direkte Eingabe der gewünschten Wellenlänge. Die Messungen können bei bis zu sechs verschiedenen Wellenlängen erfolgen. Die Wellenlängen werden direkt in die

11 11 Software UV Spektrophotometer Abbildung 8: Hauptfenster des Programmes Simple Reads nach der Aufzeichnung von drei Einzelmessungen. Maske eingegeben (Trennzeichen zwischen den Werten sind Leerschläge oder Strichpunkte). Der Messmodus User Collect wird für kompliziertere Messungen verwendet. Dabei können Messungen bei verschiedenen Wellenlängen mathematisch miteinander verknüpft werden. Mehr dazu in der Online Hilfe. Die Parameter, welche gemessen werden können, sind die Extinktion (Abs), Prozent Transmission (%T ) und Prozent Reflektion (%R). Zudem kann die gemessene Extinktion direkt mit einem wählbaren Faktor multipliziert werden (Abs*F ). Abbildung 9: Setup Menu des Programmes Simple Reads. Eingegeben werden können der Messmodus (1) sowie der gewünschte Parameter (2). Messung Sinnvollerweise steht am Beginn jeder Messung eine Nullmessung, damit die Messwerte zu bekannten Grössen in Bezug gesetzt werden können. Eine Nullmessung wird durch Drücken des Buttons Zero gestartet (Nr. 2 in Abbildung 7). Die Messung beziehungsweise die Messserie wird dann auch mit Zero bezeichnet (vgl. Abbildung 10). Die restlichen Messungen werden jeweils mit dem Read Button gestartet, die Messwerte erscheinen im Hauptfenster, wobei die Messungen automatisch fortlaufend nummeriert

12 Software UV Spektrophotometer 12 werden. In Abbildung 10 ist ein Beispiel eines solchen Messprotokolls dargestellt. Abbildung 10: Beispiel eines Messprotokolls der Software Simple Reads. Durchgeführt wurden eine Nullmessung sowie Messungen dreier Proben mit den Einstellungen, welche in Abbildung 9 ersichtlich sind. Datenspeicherung und export Sämtliche im Hauptfenster sichtbaren Daten können in einer.rsr Datei gespeichert werden, indem aus dem Menu File der Punkt Save Report As ausgewählt wird. Wenn die Daten in anderen Programmen weiterverwendet werden sollen, müssen diese mittels Copy Paste direkt respektive über den Umweg über ein.txt File (beispielsweise für Microsoft Excel) in das gewünschte Programm kopiert werden.