Примеры применения фотоэлектроколориметра в биологии, медицине и фармации:

1. Измерение концентрации окрашенных веществ (например, некоторых витаминов и лекарств) в растворе;

2. Определение pH среды по цвету добавленных в раствор pH-индикаторов;

3. Оценка скорости роста микроорганизмов по увеличению оптической плотности культуральной жидкости вследствие рассеяния света на микроорганизмах;

4. Определение активности ферментов по интенсивности окрашивания раствора после добавления соответствующих химических реагентов, дающих окрашенные реакции с продуктами ферментативной реакции (например, оценка активности АТФ-аз по скорости образования неорганического фосфата).

Описание установки

В лабораторной работе используется фотоэлектроколориметр КФК-2МП (рис.3).

Рис.3. Фотоэлектроколориметр КФК-2МП

Термин «фотоэлектроколориметр» означает, что это прибор для измерения цвета («колориметр»), в котором оптическое излучение («фото») преобразуется в электрический сигнал («электро»). Фотоэлектроколориметр состоит из следующих основных блоков (рис.4): источника света (И), светофильтров (СФ), двух кювет – кюветы сравнения К1, заполненной растворителем, и кюветы для исследуемого раствора К2, полупрозрачного

Рис.4. Принципиальная оптическая схема фотоэлектроколориметра

зеркала (З), расщепляющего прошедший пучок света на два фотоэлемента (Ф1) и (Ф2).

Источник света создает излучение в широком диапазоне длин волн, а светофильтр выделяет из него нужный участок спектра. Далее этот свет проходит либо через кювету (К2), в которую помещают исследуемый раствор, либо через кювету сравнения (К1), в которой находится растворитель. Пучок света, прошедший через кювету, расщепляется полупрозрачным зеркалом (З) на два пучка, интенсивности которых регистрируются фотоприемниками (Ф1) и (Ф2), используемыми для измерений в разных участках спектра.

Фотоэлектроколориметр КФК-2МП конструктивно состоит из колориметрического блока (1) и вычислительного блока (2), в котором размещена микропроцессорная система (МПС), представляющая собой микроЭВМ (рис.5).

В колориметрическом блоке (1) размещены источник света и светофильтры, вмонтированные в диск. Нужный светофильтр вводится в световой пучок поворотом диска (ручка 3).

Рис.5. Блок-схема фотоэлектроколориметра

В кюветном отделении (4) в кюветодержателе располагают кюветы.

Принцип действия колориметра основан на поочередном измерении светового потока F₀, прошедшего через растворитель или контрольный раствор, по отношению к которому производится измерение, и потока F, прошедшего через исследуемую среду.

Световые потоки F₀, F фотоприемниками преобразуются в электрические сигналы U₀ и U, которые обрабатываются микроЭВМ колориметра. Результаты представляются на цифровом табло в виде коэффициента пропускания, оптической плотности и концентрации.

С помощью микроЭВМ рассчитывается коэффициент прорпускания исследуемого раствора по формуле

, (7)

где U_T - величина темнового сигнала при перекрытом световом потоке.

Оптическая плотность исследуемого раствора рассчитывается по формуле:

D= lg(1/τ)= - lg , (8)

Измерение концентрации исследуемого раствора на колориметре возможно при соблюдении закона Бугера-Ламберта-Бера, т.е. при линейной зависимости оптической плотности D_i исследуемого раствора от концентрации C_i .

Концентрация исследуемого раствора рассчитывается ЭВМ по формулам:

, (9)

, (10)