Глава 2. Фотоколориметры

2.1 Общие сведения

Фотоколориметр — оптический прибор для измерения концентрации веществ в растворах. Действие колориметра основано на свойстве окрашенных растворов поглощать проходящий через них свет тем сильнее, чем выше в них концентрация с окрашивающего вещества. В отличие от спектрофотометра, измерения ведутся в луче не монохроматического, а в полихроматического узко спектрального света, формируемого светофильтром. Применение различных светофильтров с узкими спектральными диапазонами пропускаемого света позволяет определять по отдельности концентрации разных компонентов одного и того же раствора. В отличие от спектрофотометров, фотоколориметры просты, недороги и при этом обеспечивают точность, достаточную для многих применений.

Колориметры разделяются на визуальные и объективные (фотоэлектрические) — фотоколориметры. В визуальных колориметрах свет, проходящий через измеряемый раствор, освещает одну часть поля зрения, в то время как на другую часть падает свет, прошедший через раствор того же вещества, концентрация которого известна. Изменяя толщину d слоя одного из сравниваемых растворов, или интенсивность светового потока, наблюдатель добивается, чтобы цветовые тона двух частей поля зрения были неотличимы на глаз, после чего по известным соотношениям может быть определена концентрация исследуемого раствора.

Фотоэлектрические колориметры (фотоколориметры) обеспечивают большую точность измерений, чем визуальные; в качестве приёмников излучения в них используются фотоэлементы (селеновые и вакуумные), фотоэлектронные умножители, фоторезисторы (фотосопротивления) и фотодиоды. Сила фототока приемников определяется интенсивностью падающего на них света и, следовательно, степенью его поглощения в растворе (тем большей, чем выше концентрация). Помимо фотоэлектрического колориметра (фотоколориметра) с непосредственным отсчетом силы тока, распространены компенсационные колориметры, в которых разность сигналов, соответствующих стандартному и измеряемому растворам, сводится к нулю (компенсируется) электрическим или оптическим компенсатором (например, клином фотометрическим); отсчет в этом случае снимается со шкалы компенсатора. Компенсация позволяет свести к минимуму влияние условий измерений (температуры, нестабильности свойств элементов колориметра) на их точность. Показания колориметра не дают сразу значений концентрации исследуемого вещества в растворе — для перехода к ним используют градуировочные графики, полученные при измерении растворов с известными концентрациями.

Измерения с помощью колориметра отличаются простотой и быстротой проведения. Точность их во многих случаях не уступает точности других, более сложных методов химического анализа. Нижние границы определяемых концентраций в зависимости от рода вещества составляют от 10−3 до 10−8 моль/л.

2.2 Колориметр фотоэлектрический концентрационный кфк-2

Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2МП предназначен для измерения в отдельных участках диапазона длин волн 315—980 нм, выделяемых светофильтрами, коэффициентов пропускания и оптической плотности жидкостных растворов и прозрачных твердых тел, а также измерения концентрации веществ в растворах после предварительного определения потребителем градуировочной характеристики.

Колориметр позволяет измерять также активность растворов.

Пределы измерения на колориметре:

• коэффициентов пропускания – от 100% до 1%;

• оптической плотности – от 0 до 2.

Предел допускаемого значения основной абсолютной погрешности колориметра при измерении коэффициентов пропускания, % – 1.

Предел допускаемого значения среднеквадратического отклонения отдельного наблюдения, % – 0,3

Спектральный диапазон работы колориметра – от 315 до 980 нм.

Весь спектральный диапазон разбит на спектральные интервалы, выделяемые с помощью светофильтров. Спектральные характеристики светофильтров приведены в табл. 3.1.

№ светофильтра	Маркировка	Длина волны, соотв. макс. пропускания, нм	Ширина пропускания
1	315	315 ± 5	35 ± 15
2	340	340 ± 10	<45
3	400	400 ± 5	45 ± 10
4	440	440 ± 10	40 ± 15
5	490	490 ± 10	35 ± 10
6	540	540 ± 10	25 ± 10
7	590	590 ± 10	30 ± 10
8	670	670 ± 5	20 ± 5
9	750	750 ± 5	20 ± 5
10	870	870 ± 5	25 ± 5
11	980	980 ± 5	25 ± 5

Таблица 2.1

Дополнительная погрешность колориметра при изменении температуры окружающего воздуха от 20 до 35°С и от 20 до 10°С — не более 0,5%.

Рабочая длина исследуемого слоя жидкости определяется рабочими длинами кювет и составляет: 1, 3, 5, 10, 20, 30, 50, 100 мм.

На колориметре предусмотрена возможность работать с микрокюветами. Рабочие длины микрокювет составляют: 2, 3, 5, 10 мм.

Источник излучения — лампа галогенная малогабаритная КГМ 6,3-15.

Приемники излучения: фотоэлемент Ф-26 и фотодиод ФД-24К.