Составные части фотометров.

Применяемые в фотометрии приборы состоят из четырех частей, последовательно расположенных одна за другой: источник света; устройство для разложения полихроматического света и выделения нужного интервала длин волн (светофильтры); отделение для установки кювет с исследуемым веществом; приемник излучения (детектор), который превращает излучение в соответствующий данному прибору сигнал для регистрации. Фотометрические приборы должны выполнять две основные задачи:

• разложение полихроматического света и выделение нужного интервала длин волн;

• измерение поглощения света веществом.

Источники света. В качестве источника света в основном используют лампы накаливания, испускающие непрерывное излучение. В фотометре источником видимого излучения служит обычная электрическая лампочка.

I

Рис. 1. Кривая излучения электрической лампы

, нм

На рис.1 изображена кривая излучения электрической лампы с вольфрамовой нитью. Интенсивность (I) разных длин волн, испускаемых лампой, различна. Обычно для проведения анализа выбирают излучение в той области длин волн, в которой определяемое соединение имеет максимальное светопоглощение, а примеси – минимальное.

В ультра фиолетовой области интенсивность лампы накаливания мала, поэтому здесь применяют водородные, дейтериевые, ксеноновые лампы, излучающие свет с длинами волн менее 350 нм. Это газоразрядные трубки, представляющие собой баллоны из кварца, заполненные газом под высоким давлением. В результате электроразряда молекулы газа возбуждаются и возвращаются в исходное состояние, испуская непрерывный спектр.

Светофильтры. Для выделения нужной длины волны из непрерывного спектра пригодны все типы диспергирующих устройств.

На практике выделить монохроматическое излучение невозможно. Получают поток излучения более или менее узкого интервала длин волн с помощью светофильтров, которые бывают двух типов: абсорбционные и интерференционные. Абсорбционные светофильтры -это цветные стекла, поглощающие некоторый участок спектра падающего излучения и пропуская остальную часть спектра этого излучения. Для получения узкого диапазона спектра во многих случаях абсорбционные светофильтры помещают друг за другом (см. рис.2).

Спектральная ширина полосы пропускания () такого комбинированного светофильтра определяется интервалом пропущенных длин волн, измеренным на половине высоты пика (h), и является характеристикой разрешающей способности светофильтра. Абсорбционные светофильтры обычно имеют спектральные ширины полос пропускания в пределах от 30 до 50 нм, поэтому их разрешающая способность невелика. Длина волны пика кривой пропускания (₀) называется центральной, или номинальной, длиной волны светофильтра.

Т

Рис.2. Полоса пропускания комбинированного светофильтра

h

₀  , нм

Интерференционные светофильтры действуют по принципу интерференции волн электромагнитного излучения. Они имеют значительно более узкие спектральные полосы пропускания от 5 до 20 нм, с коэффициентами пропускания более чем 0,6. Устроены они следующим образом: между двумя полупрозрачными серебряными пленками, укрепленными на стеклянных пластинках, помещают слой прозрачного материала, например фторида магния, со строго определенной толщиной.

k

Рис.3. Принцип действия интерференционного фильтра:

1. серебряные пленки; 2 – слой фторида магния (светлые и темные кружки, соответственно, минимумы и максимумы электромагнитной волны)

Одна часть падающего на поверхность пластинки потока света отражается, а другая проходит через слой фторида магния и попадает на вторую серебряную пленку. Здесь снова одна часть потока отражается и попадает на первую пленку, а другая выходит наружу. Этот процесс повторяется многократно. Если на расстоянии между пленками умещается целое количество полудлин волн (/2), то лучи, совпадающие по фазе, будут усиливаться, а несовпадающие – гаситься. В результате, из светофильтра будут выходить лучи с длинами волн, кратными /2, т. е. *(/2), где  =1,2,3,... (число  называют порядком). Излучение второго и более высоких порядков поглощается стеклом. Следовательно, из светофильтра будет выходить только излучение первого порядка.

Кюветы. Основное требование к кюветам – прозрачность в области спектра, в которой ведется измерение. Для работы в видимой области кюветы изготавливают из обычного стекла, в ультрафиолете – из кварца. Кюветы бывают прямоугольными и цилиндрическими. Обычно каждый оптический прибор снабжен набором кювет толщиной от 0,5 до 5 см.

Детекторы. Детекторы преобразуют падающую на них световую энергию в электрический сигнал. Для приема светового сигнала в видимой и ультрафиолетовой областях обычно применяют сурьмяно-цезиевый (180–650 нм) и кислородно-цезиевый (600–1100нм) фотоэлементы.