книги из ГПНТБ / Бабко А.К. Фотометрический анализ. Общие сведения и аппаратура

Прибор питается от сети в 220 в через феррорезонансный ста­ билизатор напряжения СТН-35М (220) 8 в, который обеспечивает достаточно постоянный накал лампы на 8 в. Если колебание

‘■ 2 f - 4 # -

Рис. 71. Фотоэлектроколориметр ФЭК-М:

а — в и д с п е р е д и ; б — в и д с з а д и ; / — о с в е т и т е л ь ( л а м п а ) ; 2 — в н и т д л я о т к р ы т и я ш т о р о к ф о т о э л е м е н т о в ; 3, 4, 5 — в и н т ы д л я у с т а н о в к и о с в е т и т е л я ( л а м п ы ) ; б — с в е т о ф и л ь т р ы ;

н о м е т р .

200

напряжения в сети не превышает —'15--- НО %, то точность стаби­ лизации ±0,5%.

В приборе вмонтировано два набора из четырех светофильтров, которые передвигаются по кругу с помощью рукоятки 1 (рас. 71, а) на передней стенке корпуса. Номер на рукоятке соответствует но­ меру светофильтра: / — нейтральный; II — зеленый; I I I — синий; IV — красный. Спектральная характеристика светофильтров приве­ дена на рис. 72.

Рис. 72. Спектральная харакРис. ,73. Набор кювет для фотоколоритеристика светофильтров (2— метра ФЭК.

4), установленных в ФЭК-М.

Два измерительных барабана (левый и правый) закреплены на одной оси, которая связана со щелевой диафрагмой. Щелевая диа­ фрагма представляет собой прямоугольник, состоящий из двух отдельных пластинок с прямоугольными вырезами, которые могут передвигаться навстречу друг другу. При этом площадь прямо­ угольного выреза может изменяться от максимального значения до нуля. На обоих барабанах нанесено две шкалы: шкала оптической плотности D (красная) и коэффициента светопропускания т (чер­ ная). Зависимость между величинами D и т выражается следую­ щим уравнением:

D = ig - r

Шкала правого барабана проградуирована так, что максималь­ ное светопропускание—1 0 0 % -соответствует минимальному раскры­ тию щели, а 30% — максимальному ее раскрытию. Эта шкала коэф­ фициентов пропускания неравномерная и в области измерений 70%—30% дает большую точность по сравнению со шкалой левого барабана.

Шкала левого барабана равномерная и проградуирована так, что 1 0 0 % светопропускания соответствует максимальному рас­ крытию щели, а при полном закрытии щели светопропускание равно нулю. Абсолютная погрешность по шкале светопропуска­ ния соответствует 1 %.

201

В комплект прибора входит два набора прямоугольных кювет

стабилизация напряжения. Перед измерением проверяют пра­ вильность установки осветителя. Для этого поворотом винта 2 открывают шторки фотоэлементов (см. рис. 71, а) и наклады­ вают на окошки линз папиросную бумагу.

При правильной установке осветителя проекция нити лампы имеет вид, изображенный на рис. 74. Если осветитель установлен

ливают кюветы, наполненные растворителем, а шкалу правого ба­ рабана устанавливают на нулевое положение. Затем включают гальванометр на первую чувствительность и с помощью клина 12 (см. рис. 71, в) выводят стрелку гальванометра на нулевое поло­ жение. После этого гальванометр переключают на вторую чувст­ вительность и с помощью клина 13 для тонкой наводки устанав­ ливают стрелку гальванометра на нуль. Отключают гальванометр и на пути правого светового потока вместо кюветы с раствори­ телем устанавливают кювету с исследуемым раствором. Вклю­ чают гальванометр на первую чувствительность и с помощью измерительного барабана возвращают стрелку гальванометра в нулевое положение. Затем гальванометр переключают на вторую чувствительность и уточняют измерение. Отсчеты проводят по шкале правого барабана.

С помощью левого барабана можно измерять и высокие и низкие оптические плотности. Как выше было отмечено, точность

202

При измерении с помощью левого барабана поступают сле­ дующим образом. На пути правого светового потока ставят кю­ вету с исследуемым раствором. Шкалу левого барабана устанав­ ливают на нулевое положение. Затем включают гальванометр на первую чувствительность и с помощью клина грубой наводки устанавливают гальванометр на нулевое положение. После этого переключают гальванометр на вторую чувствительность и с по­ мощью клина тонкой наводки снова устанавливают гальванометр

во светофильтров. Кроме того, фотоэлементы включены через уси­ литель, что значительно повышает чувствительность прибора.

на фотоэлементы в течение 20 мин. Затем световые потоки пере­ крывают шторкой и проверяют нулевое положение стрелки галь­ ванометра в течение 1—2 мин. В том случае, если стрелка галь­ ванометра не стоит на нуле, установка на нуль осуществляется вращением рукоятки потенциометра 3 (см. рис. 75).

В качестве приемников лучистой энергии в ФЭК-Н-57 служат два сурьмяно-цезиевых фотоэлемента Ф-4, включенные по диф­ ференциальной схеме через усилитель, который вмонтирован в нижней части корпуса.

Узел светофильтров в ФЭК-Н-57 состоит из двух наборов светофильтров, вмонтированных на дисках так же, как и в

203

ФЭК-М. В каждом диске по 12 отверстий, в которые вмонтиро­ ваны один нейтральный фильтр и одиннадцать светофильтров с различными областями пропускания. Спектральная характери-

Рис. 76. Спектральная характеристика светофильтров, уста­ новленных в ФЭК-Н-57.

Светофильтры 9 (синий), 10 (зеленый) и 11 (красный) имеют широкие полосы пропускания.

При колориметрических измерениях обычно пользуются све­ тофильтрами 1—<5, а при нефелометрических измерениях вместо нейтрального фильтра вставляют кружки простого стекла, вхо­ дящие в комплект прибора, и пользуются зеленым светофильт­ ром 10. При колориметрических измерениях рукоятка 1 (см. рис. 75) устанавливается на букву «К». При нефелометрических же измерениях установкой этой же рукоятки на букву «Н» вклю­ чается диафрагма перед правым фотоэлементом, предохраняющая его от попадания рассеянного света. Кроме того, при нефело­ метрических измерениях надевают диафрагмы на линзы 2, 2'. Не­ обходимо помнить, что диафрагмы имеют отверстия разных диа­ метров, и поэтому их нужно надевать в соответствии с надписями: «ПР» (правая) и «ЛВ» (левая).

Гальванометр в ФЭК-Н-57 имеет четыре переключения чувст­ вительности. Поэтому при работе с ним нужно обращаться очень осторожно; большую чувствительность можно включать только после того, как при меньшей чувствительности стрелка гальвано­ метра выведена на нуль.

204

Фотоэлектрический колориметр-нефелометр ФЭК-56-2. Прибор ФЭК-56-2 (рис. 77), как и ФЭК-Н-57, имеет ряд преимуществ перед ФЭК-М. Кроме того, оптика прибора дает возможность работать в ультрафиолетовой области спектра с применением

проходят через конденсорные линзы 4, 4', попадают на поворот­ ные зеркала 5, 5' и после отражения проходят через линзы 6, 6', далее попадают на кюветы 7, Т с раствором или растворителем. Затем световые потоки попадают на линзы 8, 8', в фокусе кото­ рых помещены матовые стекла 9, 9', а за ними сурьмяно-цезие­ вые фотоэлементы Ф-4 10, 10'. На пути правого потока располо­ жена щелевая диафрагма 11', которая связана со шкалой бара­ бана 12' и является, таким образом, измерительной диафрагмой. Такая же диафрагма И установлена на пути левого светового по­ тока; эта диафрагма служит для ослабления светового потока, падающего на левый фотоэлемент.

Набор светофильтров к этому прибору состоит из 9 штук. Спектральная характеристика светофильтров приведена на рис. 78. Ниже представлена эффективная длина волны свето­ фильтров ФЭК-56-2:

Максимумы пропускания светофильтров приблизительно со­ впадают со спектральными линиями ртути, и поэтому их можно

размыкание и смыкание сектора индикаторной лампы), устанав­ ливают в световые потоки еще добавочные нейтральные фильтры, которые уменьшают освещенность фотоэлементов. Аналогично ФЭК-М на барабанах ФЭК-56-2 нанесены две шкалы: черная — светопропускание в процентах и красная — оптическая плотность.

В прибор вмонтирована усилительная схема. Нуль-инструмен­ том служит индикаторная лампа, сектор освещенности которой, наблюдаемый в окошке 5, смыкается и размыкается. При ра­ венстве фототоков сектор индикаторной лампы смыкается. По­ рядок работы на ФЭК-56-2 такой же, как и на ФЭК-М, только для компенсации фототоков служат не клинья, а диафрагмы, связанные с градуированными барабанами, которые установлены на отдельных осях. Таким образом, при проведении измерений

205

включают 'прибор, и в случае применения лампы СП-98 измере­ ния начинают через 20 мин. При работе с ртутной лампой вклю­ чают ее за 5—7 мин до начала измерения, но перед этим электро­ схему прогревают в течение 20—30 мин.

Для проведения измерений при перекрытых световых потоках (шторка 2,- см. рис. 77, а) помещают на пути левого пучка света кювету с растворителем, а на пути правого пучка света — кювету с испытуемым раствором и индекс правого барабана устанавливают на полное пропускание (100%). Вращая левый

Л, нм

Рис. 78. Спектральная характеристика светофильтров, установленных в ФЭК-56-2.

измерительный барабан, добиваются смыкания сектора индика­ торной лампы. Затем с помощью рукоятки 4 на пути правого светового потока ставят кювету с растворителем и вращением правого барабана снова добиваются смыкания сектора индика­ торной лампы. Оптическую плотность отсчитывают по шкале правого барабана.

§ 4. Главные типы спектрофотометров

Спектрофотометры дают возможность применять монохрома­ тический свет для проведения фотометрических измерений. При­ менение спектрофотометров повышает точность фотометрических измерений, так как измерение светопоглощения в узком участке опектра дает более строгую пропорциональность между общей концентрацией определяемого компонента и численным отклоне­ нием показателя прибора.

Преимущество применения монохроматического света заклю­ чается также в том, что можно выбрать участок спектра, где светопоглощение мало изменяется при небольших и допустимых колебаниях pH, солевого состава раствора и т. п. Кроме того, применение монохроматического света дает возможность проводить измерения в присутствии посторонних веществ, поглощающих свет в близких к максимуму поглощения определяемого вещества областях спектра. При этсм влияние посторонних веществ умень­ шается или вовсе устраняется. Таким образом, применение моно­

207

хроматического света увеличивает специфичность фотометрических методов анализа.

В настоящее время промышленность СССР выпускает ряд одноплечих спектрофотометров СФ-4А, СФД-1, СФД-2 и др., а также саморегистрирующие спектрофотометры СФ-10 и СФ-8 . Спектрофотометр СФ-8 дает возможность автоматически регистри­ ровать опектр пропускания и излучения в области 195—2500 нм.

Спектрофотометр СФ-4А. Кварцевый спектрофотометр СФ-4А дает возможность вести измерения в пределах 2 2 0 — 1 1 0 0 нм.

Общий вид спектрофотометра СФ-4А и его оптическая схема представлены на рис. 79. Источником непрерывного (не линейча­ того) светового потока служит водородная лампа (220—320 нм) и лампа накаливания (320—1100 нм). Кроме того, к прибору при­ лагается ртутная лампа, которая служит для проверки градуи­

208

ровки шкалы длин волн. При работе в определенной области спектра или при настройке прибора устанавливают необходимый осветитель. Световой поток от осветителя 1 попадает на вогнутое зеркало 2, где свет собирается и направляется на плоское зер­ кало 3, которое подает световой поток на входную щель 4. Перед входной щелью устанавливается защитная кварцевая пластинка 5. Световой поток, пройдя через входную щель, попадает на сферическое зеркало 6, которое посылает параллельный поток света на призму 7. Разложенный поток света попадает обратно на сферическое зеркало 6 и фокусируется на выходной щели 5, которая расположена под входной щелью. Поворотом призмы по­ лучают на выходе свет различных длин волн. Из выходной щели свет проходит через линзу 9, светофильтр 10, который поглощает рассеянный свет, кювету 11 с исследуемым раствором (или через исследуемую пластинку) и, пройдя защитную пластинку 12, попа­ дает на фотоэлемент 13.

Для поглощения рассеянного света, выходящего из монохро­ матора, при работе в области спектра 320—380 нм устанавливают

светофильтры не применяют. Приемниками светового потока слу­

родная и ртутная лампы прибора питаются от сети через стаби­

области длин волн 220—650 нм пользуются сурьмяно-цезиевым фотоэлементом (рукоятка 2 задвинута до отказа), а при изме­ рении в области спектра 600—1100 нм пользуются кислородноцезиевым фотоэлементом (рукоятка вытянута до упора). В кюветное отделение 3 устанавливают две или четыре кюветы (см. рис. 79, а). Одна из них наполнена растворителем (или раство­ ром сравнения), а вторая — исследуемым раствором. При уста­ новке четырех кювет три кюветы заполняются исследуемыми рас­ творами разной концентрации. Это удобно в тех случаях, когда

зах и в других случаях. Необходимо устанавливать кювету с рас­