7.1. Колориметры.

Колориметрические фотометрические анализаторы жидкости основаны на изменении светового потока в видимой области спектра при его прохождении через анализируемую жидкость. Количественные соотношения между интенсивностью прошедшего через жидкость светового потока и концентрацией анализируемого вещества определяются за­коном Ламберта–Бера.

Ламбертом была установлена зависимость поглощения светового потока от толщины слоя вещества:

Ф=Ф_о∙е^-кl ,

где Ф - поток излучения, прошедшего через вещество;

Ф_о – поток излучения, входящий в вещество;

к – коэффициент поглощения (зависит от природы вещества и длины волны λ);

l - толщина слоя вещества.

Бером была установлена зависимость коэффициента к от концентра­ции вещества С :

к=ε_λ∙С ,

где ε_λ - коэффициент поглощения на определенной волне λ.

Таким образом, объединенный закон Ламберта – Бера можно выразить в следующем виде:

Ф = Ф_о е^{- ε}_λ^Сl ,

или, вводя понятие оптической плотности вещества D_λ, можно записать:

D_λ =lnФ_оλ/Ф_λ= ε_λСl .

Осуществляя измерения на двух длинах волн λ₁ и λ₂ и используя полученные соотношения, можно определить концентрацию анализируемого вещества в растворе:

С=(D _λ2 – D _λ1)/( ε_λ2 –ε_λ1 )l .

Для l=const и Δε= ε_λ2 –ε_λ1 =сonst :

С=к(D _λ2- D _λ1)=к(lnФ_оλ2- lnФ_λ2- lnФ_оλ1+ lnФ_λ1).

Обозначим lnФ_оλ2- lnФ_λ2 = lnФ_оλ2/Ф_оλ1= А, тогда

к= (А- lnФ_λ2/ lnФ_λ1).

Таким образом, искомая концентрация:

С=f(Ф λ₁- Ф λ₂).

О бычно фотоколориметры работают в широкой области спектра. Для регистрации интенсивности световых потоков применяются различные типы фотоэлементов, фотосопротивлений, фотоумножителей. Для этих приборов закон Ламберта–Бера можно записать следующим образом:

ln I₀ /I=ελCl ,

где I₀ и I - фототоки, вызванные световыми потоками Ф₀ и Ф.

Д ля анализа жидкостей применяют одноканальные и двухканальные схемы измерений. Оптическая часть одноканального фотоэлектронного колориметрического анализатора жидкости (рис. 7.1) состоит из осветителя 1; коллиматора 2, служащего для создания параллельного пучка света; светофильтра 3 ; кюветы 4, в которой находится контролируемый раствор; фотоэлектрического прибора 5 и измерительного прибора 6, шкала которого градуируется в единицах концентрации анализируемого вещества.

В двухканальном фотоколориметре (рис. 7.2) используется компенсационный метод. Световой поток от источника 1 через коллиматор 2, обтюратор 3 (вращающийся диск) поперемен­но направляется на рабочую кювету 4 и сравнительную (через зеркало 13) кювету 12. Световой поток, прошедший через рабочую кювету, направляется на фотоэлемент 7 зеркалами 5 и 8. При равенстве потоков сигнал, поступающий от фотоэлемента, отсутствует. В случае отклонения концентрации от номи­нального значения сигнал разбаланса от фотоэлемента 7 усиливается в блоке 6 и воздействует на реверсивный двигатель 10, связанный с оптическим клином 9 и стрелкой показывающего прибора 11.

Современные автоматические фотоэлектронные колориметры

Ф КЖ, АФК, ФК и другие обеспечивают точность измерения в пределах 1–15 %.