12.2. Приборы для регистрации электронных спектров поглощения и техника эксперимента

Метод фотографической регистрации спектров поглощения применяется в настоящее время редко, поэтому рассмотрим устройства ряда приборов с фотоэлектрической регистрацией и приемы работы на них.

12.2.1. Ультрафиолетовая область

Н аиболее распространенным в нашей стране прибором, предназначенным для измерения спектров пропускания и поглощения жидких и твердых тел в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, является кварцевый спектрофотометр СФ-4А (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Схема нерегистрирующего спектрофотометра СФ-4А:

1 – источник излучения; 2 и 11 – сферические зеркала; 3 – фотоэлемент; 4 – блок питания и источник компенсирующего напряжения; 5 – нуль-индикатор; 6 – усилитель; 7 – кюветы с растворами сравнения и фотометрируемым; 8 – плоское зеркало; 9 – светофильтры; 10 – входная и выходная щели; 12 – призма

Спектрофотометры имеют кварцевую оптику, что позволяет производить измерения не только в видимой и ближней инфракрасной (ИК) областях, но и в ультрафиолетовой (УФ) области спектра. В качестве источника излучения 1 в них используются лампы: водородная (200…350 нм) и вольфрамовая (видимая и ИК-области). Для работы в широком диапазоне спектра в приборах применяются в качестве детектора два фотоэлемента 6: сурьмяно-цезиевый (185…650 нм) и кислородно-цезиевый (600…1100 нм), связанные с двухкаркасным усилителем 5 постоянного тока.

Определение величины светового потока сводится к измерению падения напряжения на сопротивлении нагрузки фотоэлемента компенсационным методом. При этом прибор регистрирует не абсолютные величины поглощения или пропускания, а лишь изменения, возникающие при замене эталона на анализируемый образец. В качестве эталона могут быть использованы воздух, кювета с растворителем или контрольный образец.

Разложение в спектр осуществляется двойным прохождением светового потока через кварцевую прямоугольную призму 12 с преломляющим углом 30° и отражающей задней гранью. Потоки различных длин волн выводятся на выходную щель поворотом призмы вокруг оси.

При работе на спектрофотометре сначала рукояткой барабана шкалы длин волн, связанной с призмой 12, устанавливают необходимую длину волны. Затем включают прибор и после его прогрева при закрытой шторке-переключателе, а следовательно, при неосвещенном фотоэлементе устанавливают электрический нуль прибора, компенсируя «темновой ток» усилителя 5 потенциометром темнового тока, и выводят на нуль стрелку нуль-индикатора 4. Далее на пути монохроматического луча устанавливают кювету 7 с раствором сравнения и открывают шторку-переключатель фотоэлемента 6. Изменением ширины щели специальной рукояткой устанавливают оптический нуль прибора, приводя стрелку нуль-индикатора к нулю. На пути монохроматического луча устанавливают вторую кювету 7 с фотометрируемым раствором. В результате поглощения интенсивность светового потока, падающего на фотоэлемент 6, уменьшается и стрелка нуль-индикатора 4 отклоняется от нуля. Вращая рукоятку отсчетного потенциометра, возвращают стрелку в нулевое положение и по шкале отсчетного потенциометра снимают значение поглощения.

При работе на спектрофотометрах применяют кварцевые кюветы, пропускающие УФ-излучение. В пищевых производствах спектрофотометрия в ультрафиолетовой и видимой областях спектрах получила широкое распространение для изучения структуры соединений, идентификации веществ и их количественного определения. Идентификацию веществ производят на основании сопоставления спектров поглощения веществ со спектром поглощения известных соединений.

Количественное определение содержания веществ по данным поглощения, полученным на спектрофотометре, производят с помощью калибровочной кривой или рассчитывают по закону Бургера–Ламберта–Бера.

Более современным является спектрофотометр СФ-46, предназначенный для измерения спектральных коэффициентов пропускания жидких и твердых веществ в области спектра от 190 до 1100 нм. Он снабжен диспергирующим элементом – вогнутой дифракционной решеткой с переменным шагом и криволинейным штрихом, с фокусным расстоянием 250 мм, числом штрихов 600 на 1 мм, длиной волны максимальной концентрации энергии 320 нм. В состав данного спектрофотометра входит встроенная микропроцессорная система.

В основу работы спектрофотометра СФ-46 положен принцип измерения отношения двух световых потоков: потока, прошедшего через исследуемый образец, и потока, падающего на исследуемый образец (или прошедшего через контрольный образец).