§14.1 Спектрофотомери

Спектрофотометр - спектральний прилад, що здійснює порівняння вимірюва­ного потоку з еталонним для безперервного або дискретного ряду довжин хвиль випромінювання, за допомогою яких визначають спектральні коефіцієнти погли­нання, відбиття, вимірювання спектральної яскравості як характеристик середо­вищ поверхонь, так і випромінювачів.

Спектрометрія - наукова дисципліна, що розробляє теорію і методи вимірю­вання спектрів. В оптичному діапазоні довжин хвиль спектрометрія поєднує роз­діли прикладної спектроскопії, метрології та теорії лінійних систем. Спектрометрія служить для обґрунтування вибору принципових схем спектральних приладів і оптимізації методів розрахунку .

Спектральний аналіз - фізичний метод якісного і кількісного визначення атом­ного і молекулярного складу речовини, який ґрунтується на дослідженні його спектрів. Атомний спектральний аналіз (АСА) визначає елементний склад зразка за атомними (іонними) спектрами випускання і поглинання, молекулярний спект­ральний аналіз (МСА) - молекулярний склад речовин за молекулярними спектра­ми поглинання, люмінесценції та комбінаційного розсіювання світла.

Приймачі випромінювання - пристрої для перетворення сигналів електромагнітного випромінювання (в діапазоні від рентгенівських променів з довжиною хвилі = 10^-9см до радіохвиль з = 10 ^-1 см) в сигнали іншої фізичної природи з метою їхнього виявлення та використання (вивчення) інформації, яку вони несуть. Прий­мачі випромінювання часто є одними з основних вузлів автоматичних приладів і систем керування.

Спектрофотометр СФ-103 (рис. 4.59) - однопроменевий скануючий спектрофотометр із розширеним спектральним діапазоном в ультрафіолетовій (УФ) та видимій областях довжин хвиль з автоматичним вибором на 8 кювет.

О сновні особливості: відображення спектра на екрані, можливість автоматич­ного калібрування за кількома точками (до 7) при роботі в режимі вимірювання.

Рисунок 4.59. Однопроменевий скануючий спектрофотометр СФ-103.

Область застосування: наукові, імунохімічні, біохімічні, бактеріологічні, еко­логічні дослідження. Прилад також використовується для дослідження якості води та продуктів харчування, відходів і складу г'рунтів. Він оснащений цифровим дисп­леєм для відображення коефіцієнта світлопропускання, абсорбції та концентрації. Цифровий спектрофотометр Ареl РD-303 (рис. 4.60) - якісна заміна вітчизняного КФК-3-01.

Рисунок 4.60 . Цифровий спектрофотометр Ареl РD-303.

Спектральні прилади поділяють на одноканальні і багатоканальні. Одноканальні спектральні прилади із просторовим поділом довжин хвиль:

• Однопроменеві спектрофотометри - звичайно прості і відносно дешеві прилади для області 0,19 - 1,1 мкм.

• Спектрометри комбінаційного розсіювання можуть бути

однопроменевими двопроменевими.

• Швидкісні спектрометри (хроноспектрометри).

• Спектрометри високої роздільної здатності для досліджень структури атомних і молекулярних спектрів є стаціонарними лабораторними установками.

• Двопроменеві спектрофотометри (СФ) У двопроменевих оптичних схемах потік від джерела розділяється на два пучки - основний і пучок порівняння (референтний).

Одноканальні спектральні прилади з селективною модуляцією. Растрові спектрометри.

Багатоканальні спектральні прилади із просторовим поділом довжин хвиль:

• Полум'яні (атомно-абсорбційні) спектрофотометри мають зазвичай один два канали реєстрації. Вони вимірюють інтенсивності ліній абсорбції (емісії, флуоресценції) атомів елементів у полум'ї спеціальних пальників чи інших "атомізаторів".

• Квантометри — фотоелектричні установки для промислового спектрального аналізу. Вони будуються на основі поліхроматорів; вихідні отвори поліхроматора виділяють із спектру випромінювання досліджуваної речовини аналітичні лінії та лінії порівняння, що відповідають потоку і посилаються на приймачі (фотопомножувачі), встановлені в кожному отворі.

• Спектрографи одночасно реєструють протяжні ділянки спектру, розгорнутого у фокальній площині на фотопластинках або фотоплівках (фотографічні спектрографи).

• Швидкісні багатоканальні спектральні прилади для досліджень спектрівшвидкоплинних процесів.

Багатоканальні спектральні прилади з селективною модуляцією.

Для даної групи спектральних приладів характерна одночасна селективна модуляція (кодування) дискретного або неперервного ряду довжин хвиль, які сприй­маються одним фотоелектричним приймачем з наступним декодуванням елект­ричних сигналів. Найпоширенішими є два типи приладів цієї групи: адамар-спектрометри, які здійснюють кодування дискретного ряду; фур'є-спектрометри, які здійснюють неперервне кодування довжин хвиль за допомогою інтерференційної модуляції, що виникає в двопроменевому інтерферометрі при зміні (скануванні) оптичної різниці ходу.

Фотометрія - розділ фізичної оптики, в якому розглядаються енергетичні характеристики оптичного випромінювання, яке випромінюється джерелами та поширюється в різних середовищах і взаємодіє з тілами. При цьому енергія електромагнітних коливань оптичного діапазону усереднюється за малими інтервалами часу, що, однак, значно перевищують період таких коливань. Фо­тометрія охоплює як експериментальні методи та засоби вимірювання фото­метричних величин, так і теоретичні положення та розрахунки, які стосуються цих величин.

Компактний швидкодіючий спектрофотометр для рідких і твердих прозорих зразків, керований ІВМ-сумісним комп'ютером, фотометр фотоелектричний КФК 3-01 (рис. 4.61), призначений для вимірювання коефіцієнтів пропускання та оптич­ної щільності прозорих рідинних розчинів і прозорих твердих зразків, визначення концентрації речовини в розчинах, визначення вмісту в крові і сечі цукру, білірубіну, глюкози, холестерину, креатину тощо.

Широкий розвиток фотометричного аналізу зумовлений простотою, швидкістю та надійністю цього методу, практично необмеженими можливостями застосування в контролі хімічних виробництв, при геохімічних, біохімічних та інших дослідженнях.

Рисунок 4.61 Фотометр КФК 3-01.