14.2. Жидкостные, стеклянные и интерференционные светофильтры

В идеале при фотохимическом синтезе необходим монохрома­тический свет, так как квантовый выход реакции зависит о^г длины волны света. Большинство же источников света, исклю чая лазеры, которые в этой книге не рассматриваются, излучак в некотором спектральном диапазоне и для выделения света нужной узкой полосой длин волн применяют светофильтры.

Жидкостные (химические) светофильтры - это фотохимиче] ски стабильные растворы солей в воде или органических рас] творителях, пропускающие свет нужного диапазона длин волн. '

Раствор помещают в кювету 2, которая разбирается (рис 328,а). Для УФ-диапазона кювету делают из кварца, для види мого участка спектра - из стекла марки "пирекс" (см. разд. 1.1).

Светофильтр может состоять из нескольких сваренных ячеек кювет 1, 2, 3 (рис. 328,6), если для выделения нужного диапазо на длин волн необходимо пропускать свет последовательно че рез несколько растворов различного химического состава. Ячей ки светофильтра могут охлаждаться проточной водой (риг 328,в).

На каждой дополнительной границе раздела фаз кварц раствор энергия излучения из-за отражения света уменьшается" примерно на 4%. Температуру жидкостных светофильтров следу­ет поддерживать на уровне 20 - 30 °С и постоянно контролиро­вать их пропускание с помощью спектрофотометра.

Рис. 328. Жидкостные светофильтры с одной кюветой (с), с набором кювет (б) и с охлаж­даемыми кюветами (в):

а: 1 - болт; 2 - кювета; 3 - фторопластовая прокладка; 4 - металлическое кольцо; 5 - кварцевое окно

Таблица 45, Состав жидких светофильтров для ртутных ламп высо­кого дввления

Область пропускания, нм	Состав светофильтра
260- 290	Соль А 200 г/л + соль Б 100 г/л в смеси 65% С2Н5ОН и 35% Н20, содержащей 1 моль/л НС1
290 – 390	Соль А 200 г/л + соль Б 100 г/л в смеси 55% диметилформамида и 45% Н20, содержащей 1 моль/л НС1
310- 390	Соль А 200 г/л + соль Б 100 г/л в смеси 35% С2Н5ОН, 25% (СНз)2СО и 40% Н20, содержащей 1 моль/л НС1
260- 460	Соль А 200 г/л в смеси 70% С2НзОН и 30% Н20, содержащей 1 моль/л НС1
290- 450	Соль А 200 г/л в смеси 65% диметилформамида и 35% Н20, содержащей 1 моль/л НС1
310 - 460	Соль А 200 г/л в смеси 75% (СН3)2СО и 25% Н20, содержа­щей 1 моль/л НС1

Примечание. Соль А - [Со(H₂О)₆], соль Б - [Ni1(Н₂0)₆]С1₂. Смешанный растворитель готовят следующим образом: в мерную колбу на 100 мл наливают 65 мл 99,5%-го С₂Н₅ОН, затем добавляют 20 мл 5 моль/л хлороводородной кислоты и доливают водой до метки. Аналогично готовят и другие растворители.

Состав жидкостных светофильтров для ртутных ламп высоко­го давления приведен в табл. 45. Для выделения полосы 253,7 нм из спектра излучения ртутной лампы среднего давле­ния применяют четырехкюветный светофильтр. В первую на пути светового потока кювету длиной 5 см наливают водный раствор [Ni(Н₂0)₆]SO₄ *H₂O, содержащий 27,6 г соли в 100 мл раствора. Во вторую кювету такой же длины вводят водный рас­твор 8,4 г [Сo(Н₂0)₆]S0₄ * Н₂О в 100 мл раствора. Третью кюве­ту длиной 1 см наполняют раствором состава 0,108 г I₂ и 0,155 г Кl в 1 л воды, а в последней, длиной 5 см, содержится хлор при давлении 1 атм (25 °С). Такой светофильтр служит не более 25 ч. После заполнения растворами всех четырех кювет свето­фильтр облучают светом указанного выше диапазона длин волн в течение 4 ч. Такая обработка стабилизирует оптические харак­теристики светофильтра.

Чтобы выделить полосу при 265,2 - 265,5 нм из спектра ртут­ной лампы среднего давления также применяют четырехкювет­ный светофильтр. Первая кювета по ходу светового потока со­держит 27,6 Ni(Н₂0)₆]SO₄ *H₂O в 100 мл водного раствора и имеет длину 5 см; вторая такой же длины наполнена водным раство­ром [Сo(Н₂0)₆]S0₄ * Н₂О (8,4 г соли в 100 мл воды), третья ана­логичной длины содержит газообразный хлор при давлении 1 атм и температуре 25 °С, а четвертая длиной 1 см заполнена раствором Кl (0,170 г соли в 100 мл воды).

Жидкостной светофильтр для выделения полосы при 435,8 нм из спектра излучения ртутной лампы среднего давления состоит из двух кювет длиной 10 см каждая

Таблица 46. Оптические характеристики стеклянных светофильтров и воды при 18 - 25 °С

Материал светофильтра	Толщина, мм	Длина волны (нм) с пропус­канием		Материал светофильтра	Толщина, мм	Длина волны (нм) с пропус­канием
		50%	10%			50%	10%
Вода чистая	20 80	188,0 202,0	185,0 188,0	Стекло органическое ( полиметил-метакрилат)	5 10	338,0 350,0	311,0 326.0
Сапфир синтетический	3	250,0	-	Стекло марки "пирекс"	1 4	306,0 330,0	280,0 310,0
Стекло квар­цевое	10	194,0	172	Флюорит при­родный, СаРг	10	157,0	138,0
Стекло марки "викор"	1	215,0	212,0

В первую зали­вают водный раствор состава: 0,44 г [Сu(Н₂0)₄]S0₄ * Н₂О в 100 мл водного раствора аммиака (2,7 М), а во вторую - раствор, содержащий 7,50 г NaN0₂ в 100 мл воды.

Продолжительность работы такого светофильтра без измене­ния оптических характеристик около 74 ч.

Стеклянные и интерференционные светофильтры. Фирмы не­которых стран выпускают наборы стеклянных светофильтров для выделения нужных длин волн из спектров излучателей. К этим наборам приложены подробные оптические характеристики. Пропускание стеклянных светофильтров после приобретения следует проверить, так как оно не всегда соответствует данным паспорта. Кроме того, проверять его пропускание нужно через каждые 100 ч работы светофильтра. Для больших интенсивностей излучения стеклянные светофильтры помешают в кварце вые кюветы, охлаждаемые водой, поскольку большинство све­тофильтров не является теплоустойчивыми.

В табл. 46 приведены оптические характеристики обычных стекол, которые могут служить светофильтрами.

Для выделения нужных полос пропускания из спектров разных излучателей применяют также интерференционные света фильтры, которые представляют собой многослойные тонкопленочные блоки, состоящие из стеклянных и кварцевых пластинок и полупрозрачных металлических и диэлектрических слоев.

Интерференционные светофильтры бывают двух типов: широкополосные с резким краем полосы пропускания и полосавые, пропускающие желаемый интервал длин волн. Полосовой светофильтр при наблюдении на отражение выглядит с одно стороны как блестящий металл. Эта сторона фильтра должна быть обращена в сторону излучателя света для уменьшения теп­ловой нагрузки.

Считают, что удовлетворительных интерференционных све­тофильтров для УФ-области спектра пока нет. Для видимой области спектра эти фильтры имеют ряд преимуществ: они не нагреваются во время работы, так как почти все непропускаемое излучение отражается; фильтры устойчивы при эксплуатации до 80 °С и почти не изменяют свои оптические характеристики со временем.