- •Опорные конспекты лекций по дисциплине
- •Лектор: доц. Каф. Пр-1, к.Ф.- м.Н. Игорь Михайлович Колдаев.
- •Рекомендуемая литература:
- •Дополнительная литература:
- •Тема 1. Введение. Пассивные фотометирические методы.
- •1. Объект и предмет научного исследования; модели электромагнитного излучения
- •2. Научное исследование, его цели, задачи и этапы; принцип и метод научного исследования
- •3. Систематизация оптических методов исследований, критерии качества оптического метода
- •4 Взаимосвязь световых и энергетических параметров излучения.
- •5 Типовые погрешности оэип, погрешности косвенных измерений
- •6 Способы измерения основных фотометрических параметров. Светомерный шар
- •7 Способы измерения силы света удаленного источника и яркости объекта
- •8 Способы сравнения оптических параметров объекта с мерой
- •9 Фотоплетизмография в исследованиях медико-биологических объектов
- •Задачи к теме 1.
- •Тема 2. Активные фотометрические методы
- •10 Концентрационная колориметрия в исследованиях веществ
- •11 Оптическая плотность, ее аддитивность.
- •12 Спектрофотометрический анализ многокомпонентных систем
- •13 Оксигемометрия
- •14 Комбинированные методы: фото-каллориметрия, способы термо – оптические и оптико – акустические способы регистрации сигнала
- •15 Систематизация и классификация приборов фотометрии; визуальный фотометр, фотоэлектрические фотометры.
- •1 6. Влияние отклонений от закона Бугера - Бера – Ламберта на результаты колориметрических исследований
- •17 Нефелометрические методы исследований веществ и окружающей среды
- •18 Турбидиметрия в исследованиях дисперсных сред
- •19 Методы микроскопии в исследованиях рассеивающих сред
- •Задачи к теме 3
- •Тема 3 Спектральные методы научных исследований
- •20 Цели, задачи, классификация методов и областей спектрального анализа
- •21 Классификация спектральных элементов и приборов
- •22 Развитие атомно–эмиссионной спектроскопии
- •23 Естественная ширина спектральных линий
- •24 Приборы атомно - эмиссионной спектроскопии
- •25 Принципы атомно-абсорбционной спектроскопии
- •26 Приборы абсорбционной спектроскопии
- •27 Молекулярная спектроскопия
- •Задачи к теме 3
- •Тема 4 Люминесцентные и лазерные методы
- •28 Принципы люминесцентной спектроскопии, сравнение люминесцентных и спектральных методов.
- •29 Количественный люминесцентный анализ
- •30 Методы спектроскопии комбинационного рассеяния
- •31 Лазерные спектрометры, области лазерной спектроскопии
- •32 Лазерные методы исследования сверхбыстрых процессов на примере динамики белков
- •33 Принципы рефрактометрии; молекулярная рефракция, формула Лорентц - Лоренца.
- •34 Систематизация методов и приборов рефрактометрии
- •Способы определения направления луча:
- •35 Принципы интерферометрии и голографических исследований
- •36 Волоконно-оптические и интегрально-оптические интерферометрические датчики
- •37 Классические интерферометры в научных исследованиях
- •Задачи к теме 4
- •Тема 5 Поляризационные, эллипсометрические и квантовые методы
- •38 Систематизация поляризационных исследований
- •39 Поляриметрия
- •40 Спектрополяриметрический анализ; законе Био
- •41 Приборы на основе интерференционно-поляризационных явлений
- •42 Исследование двулучепреломляющих сред
- •43 Люминесцентно – поляризационный анализ
- •44 Эллипсометрия в исследованиях поверхностных слоев и пленок
- •45 Квантовые методы исследования нанообъектов
- •Задачи к теме 5
- •Экзаменационные вопросы
- •Объект и предмет научного исследования; модели электромагнитного излучения.
1 6. Влияние отклонений от закона Бугера - Бера – Ламберта на результаты колориметрических исследований
Поглощение описывается законом Бугера: Ф = Ф0℮-αx;
Ряд явлений являются причинами отклонения от этого закона.
1. Рассеяние. Поток составит Ф= Ф0 e –α’х = Ф0 e – (α+αрас ) х ,
где α` =α+αрас – показатель совокупного ослабления.
Измерение оптической плотности будет проводится с методической погрешностью:
D’= α’ l / 2,3 = D+R
где l – длина, D – оптическая плотность образца, R – погрешность, вносимая рассеянием
2. Люминесцентное свечение связано с дополнительным излучением, меняющим наблюдаемое значение оптической плотности среды.
Dл [дБ] = 10 lg (Ф0/(Ф+Фл))
Ф0
Ф(х)
ФЛ
3 . Эффект сита проявляется при
В этом случае спектр оптической плотности имеет следующий вид:
D
2 1 - суспензия эритроцитов
1 2 - идеальный раствор
λ
400нм
4. Концентрационные эффекты наблюдаются при малых концентрациях.
17 Нефелометрические методы исследований веществ и окружающей среды
Нефелометрия - это совокупность методов, основанных на регистрации рассеянного излучения.
Известно, что механизм рассеяния определяется соотношением длины волны λ и размера частиц d. Если λ >>d, (на практике: λ ≥ 10 d), то наблюдается рассеяние Релея, тогда . Если , то рассеяние носит более сложный характер и описывается общей теорией Ми.
Формула Релея для рассеиваемой мощности частицами, размеры которых значительно меньше длины волны, выглядит следующим образом:
где ФР – рассеиваемый поток излучения;
Ф0 – падающий поток; λ - длина волны освещения; V – средне-статистический объем рассеивающих частиц; N – количество частиц в единице объема (в см3), к – числовой коэффициент, для сферических диэлектрических частиц равный:
здесь β - угол между направлениями пучка рассеянного света и пучка падающего света;
l - от источника освещения до рассеивающей среды;
n1, n0 - показатели преломления рассеивающего вещества и среды.
В лабораторных исследованиях широко используются дифференциальные способы сравнения рассеивающих сред с эталонами. Пример такой схемы показан на рисунке.
Схема нефелометра дифференциальная компенсационная содержит:
1 и 2 – кюветы, 3 – экранирующие диафрагмы, 4 – источник света, 5 – спектральный светофильтр, 6 – оптическая система, 7 – фотоприемники, 8 – электроника.
Наблюдение осуществляется в направлении, перпендикулярном освещению. Так как параметры эталона известны, можно записать:
где к1 = к/λ4– определенная для данного измерения константа.
Компенсационный способ сравнения состоит в выравнивании потоков, рассеиваемого веществами, при этом справедливы очевидные соотношения:
, или ,
Задача нефелометрических измерений усложняется при исследованиях открытых рассеивающих сред, например, в метеорологии.
На рисунке показан пример схемы нефелометра для таких применений.
При известном объеме рассеивающих частиц их концентрация составит:
Учитывая величину фотоответа приемника, получаем:
Выражение позволяет определять концентрацию рассеивающих частиц.
Явления, связанные с рассеянием света, также используется для установления формы и размеров частиц. Если частицы изотропны, то мощность рассеянного излучения, зависит от параметров частицы: ее размеров (точнее, соотношения ), и показателя преломления вещества частицы.
Типовая структура одноканального нефелометра содержит:
1 – источник освещения (обычно – лазер); 2 – объект; 3 – оптика; 4 – фотоприемник; 5 – электроника; l0 – расстояние от рассеивающего элемента объекта до нефелометра, θ – апертурный угол оптической системы.