2. Научное исследование, его цели, задачи и этапы; принцип и метод научного исследования

Целью оптических исследований является получение знаний об объекте, исходя из его оптических свойств.

Научное исследование сводится к решению двух задач:

А. Выбор модели, адекватно описывающей исследуемые свойства объекта.

Б. Экспериментальное определение параметров выбранной модели посредством измерения.

Процедура измерения включает несколько этапов, каждый из которых необходим для достоверности получаемых результатов.

1. Наблюдение посредством измерительного прибора.

2. Математическая обработка результатов наблюдения.

2.1.Статистическая обработка

2.2.В случае косвенных измерений - вычисление искомого параметра, исходя из наблюдаемых параметров.

3. Интерпретация результатов, выводы.

Принцип измерений – это физический закон, описывающий связь параметров состояния объектов с параметрами оптического излучения.

Методом исследования называют совокупность законов, используемых для определения параметров объекта посредством специальной измерительной техники. Метод устанавливает совокупность параметров, воспринимаемых прибором, то есть {d_l}, и {c_k}.

Способ измерения устанавливает совокупность приёмов для регистрации измеряемых параметров. Способ измерения неразрывно связан с техническими средствами измерения.

3. Систематизация оптических методов исследований, критерии качества оптического метода

А. Классификация, основанная на физических явлениях, лежащих в основе метода измерения.

Классификация оптических методов исследований

Классификация фотометрических методов исследования

Методы фотометрии строятся на анализе энергетических параметров оптического сигнала. Задача активного фотометрического исследования состоит в определении свойств объектов по изменению параметров электромагнитного излучения этими объектами. В основу таких методов положены физические явления, возникающие при взаимодействии исследуемой среды с оптическим излучением. В этих случаях, в отличие от примеров, рассмотренных в предыдущей главе, необходимо тонко знать свойства исследуемой среды. Мощность оптического излучения Ф, поступающего в среду, разлагается за счет оптических процессов на составляющие, показанные на рис.3.1.

Ф = Ф₁ + Ф₂ + Ф₃ + Ф₄ (3.1)

здесь Ф₁ – доля прошедшего излучения,

Ф₀ Ф₂ - доля отраженного излучения,

Ф₃ - доля рассеянного излучения,

Ф₄ – доля поглощенного излучения.

Рис.3.1. Виды взаимодействия излучения со средой.

По виду взаимодействий среды с оптической энергией осуществляется классификация методов, рассмотренная на схеме рисунка 3.2.

Рис. 3.2. Методы активных фотометрических исследований.

В качестве информационного сигнала в концентрационной колориметрии используется Ф₁. В нефелометрии информацию об объекте несет Ф₃, в рефлексометрии - Ф₂. в турбидиметрии – совокупность Ф₁ и Ф₃.

Заметим, что доля поглощенной энергии Ф₄ может определяться непосредственно по увеличению температуры объекта. Такие методы относятся к комбинированным методам, в данном случае объединяющим оптическое воздействие на среду и тепловые методы регистрации этого воздействия. Этот тип измерений реализуется в фото-калориметрии. Калориметр – прибор для измерения теплоты; термин отражает принятую меру теплоты – «калорию». Подробнее комбинированные методы будут рассмотрены позднее.

Оптические методы характеризуются следующими критериями качества:

1. Чувствительность метода определяется минимальным значением физического параметра, который может быть определен данным методом.

Другими словами, чувствительность ОЭИП – это отношение изменения выходного сигнала ОЭИП к изменению измеряемого параметра .

2. Разрешающая способность метода определяется минимальным различием значений регистрируемого параметра, которое может быть зарегистрировано на фоне шумов.

3. Точность метода – это собирательная характеристика, включающая правильность и воспроизводимость получаемых результатов. Точность обычно характеризуется классом точности прибора.

4. Избирательность метода характеризует способность выявлять определенные параметры на фоне изменения других.