Анализаторы гетерогенных сред:

(1)

(2)

Гетерогенные среды: обычно – дисперсные среды (жидкость, содержащая капельки другой жидкости, твердые частицы или пузырьки газа; газ, содержащий твердые частицы или капельки жидкости). В этих средах распространение электромагнитного излучения сопровождается: дифракцией (при малых размерах частиц), поглощением, отражением, преломлением. Поэтому при просвечивании образуются 2 потока: I₁ попадает в ПИ1, I₂ – в ПИ2 (направленный под углом 90° к направлению излучения).

I₂ – так называемый рассеянный поток.

Интенсивность I₁ – по (1):

К_р – показатель рассеивания (зависит от свойств среды, материала, размеров, формы и концентрации частиц).

I₂ – пропорционален I₀ (исходному потоку);

Коэффициент а зависит от тех же величин, что и К_р, кроме концентрации.

Оптические анализаторы, базирующиеся на измерении поглощения гетерогенной средой – турбидиметры.

Анализаторы, измеряющие рассеянное излучение – нефелометры (“облако”)

Фотоколориметры:

Поглощение гомогенной средой электромагнитного излучения. Выделение выбранной длины волны для анализа – с помощью светофильтров. При их построении используются методы прямого и уравновешивающего измерительного преобразования. Обычно применяют дифференциальные схемы измерения.

(*)

Схема а): фотоколориметр прямого дифференциального измерительного преобразования.

От источника излучения 1 через оптическую систему 2 свет направляется через фильтр Ф1 к призме 3 и разветвляется на два канала: измерительный (верхний) и сравнительный (нижний – на рис.). В измерительном канале: свет проходит через измерительную кювету 6, заполненную анализируемой средой и поступает на фотоприемник 8. В сравнительном канале: кювета 7 с эталонной средой (D_н известна) и фотоприемник 9. Сигналы фотоприемников поступают в дифференциальный электронный усилитель 10, где определяется разность сигналов, а затем усиливается. Выходной сигнал воспринимается вольтметром 11 в соответствии с формулой (*).

К колориметру придается набор фильтров для анализа концентрации различных веществ.

Здесь используются два фотоприемника, характеристика которым могут значительно изменяться во времени, причем по-разному → погрешность.

Λ = 1..2

Большая точность: схема дифференциального уравновешивающего преобразования (рис. б)).

(1-8 – идентичны). Кроме того: обтюратор 12 (диск с нечетным количеством отверстий) приводимый во вращение синхронным двигателем 13. От этого – использование одного фотоприемника, а также усилитель переменного тока 9. → большая стабильность и точность.

Здесь: периодически поток света проходит через измерительную 6 и сравнительную 7 кюветы, что обеспечивается путем вращения обтюратора. Через зеркальца 16 и 17 в один и тот же фото приемник 8 поочередно поступают излучения от измерительной и сравнительной кювет. На выходе электронного усилителя – сигналы в виде импульсов:

Т. е. переменный ток, который усиливается и управляет работой реверсивного двигателя 10. Когда импульс света из измерительной кюветы (И) меньше, чем из сравнительной (Ср), двигатель перемещает шторку 11 так, чтобы она преграждала поток света, поступающий из сравнительной кюветы на фотоприемник.

Когда И=Ср (станут равны), реверсивный двигатель остановится → уравновешивание измерительной схемы. По положению стрелки 14 на шкале 15 определяется разность оптических плотностей анализируемой и эталонной сред.

Λ = 0,5..1.

Сами фотоколориметра применяются только для окрашенных сред. Их применение расширяется за счет использования химических реакций: перед измерением анализируемая среда подвергается дополнительному химическому воздействию. В результате она окрашивается в характерный для определяемого компонента цвет. Затем кювета устанавливается в анализатор.

В медицинской практике: фотоколориметры реакционным методом определяют концентрации многих биологических веществ и сред.