Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Оптические системы фотоколориметров.




 

Вообще говоря, термин «фотоколориметр» в применении к ФЭК лишен своего первоначального смысла, так как в них не производится сравнения интенсивности окраски. Однако точность измерения с помощью ФЭК существенно зависит от длины волны излучения источника света, т.е. его «цвета». Длина волны света должна быть строго согласована с оптическими свойствами окрашенного раствора: поглощение света с этой длиной волны должно быть максимальным. Отсюда следует, что свет должен быть, в принципе, строго монохроматическим. В фотометрии используют свет с длинами волн от 900 нм (ближний инфракрасный) до 300 нм (ультрафиолетовый). Для их получения применяют светофильтры и монохроматоры. В качестве светофильтров используют цветные стекла и интерференционные фильтры. Их недостатком являются фиксированная длина волны, большие потери, кроме того, цветные стекла обладают слишком широкой полосой пропускания. Монохроматоры имеют меньшие потери, более узкую полосу, их длина волны плавно перестраивается. Монохроматоры бывают призменные и дифракционные.

Принцип действия призменного монохроматора поясняет рис. 2.9.

 
 

 
 

Белый свет от источника ИС попадает в коллиматор К1 и затем параллельным пучком – на призму П. Из нее он выходит в виде пучка монохроматических лучей. Один из этих лучей может быть выделен коллиматором К2 путем его перемещения.

 
 

Более высокой разрешающей способностью обладает оптическая система спектрофотометра (рис. 2.10). Здесь свет источника попадает на зеркало 1, затем на полупрозрачное зеркало, зеркало 2, и на призму. Отражаясь от внутренней поверхности противоположной грани призмы и еще раз преломляясь, луч снова попадает на зеркало 2 и, отражаясь, выходит через полупрозрачное зеркало. Поворачивая призму, можно выделить желаемую спектральную составляющую.

Высокую степень монохроматичности и возможность плавной перестройки дают дифракционные решетки. Дифракционная решетка представляет собой полированную пластину оптического стекла, на поверхность которого нанесено с помощью алмазного резца большое количество параллельных друг другу штрихов. Затем пластина покрывается зеркальным слоем алюминия (рис 2.11).

 
 

 
 

 

В видимой области используются решетки с числом штрихов 600 и 1200 на 1 мм. Длина волны соизмерима с шагом решетки В (соответственно В = 1,8 и 0,9 мкм) и зависит от угла ее поворота j по отношению к направлению падающего луча. Чем меньше этот угол, тем меньше длина волны. Условием максимума интенсивности монохроматического излучения, исходящего от решетки является равенство

, где a и b – соответственно углы между падающим и отраженным лучами и направлением максимальной интенсивности излучения с длиной волны l.

 
 

Дифракционная решетка используется в оптической системе фотоколориметра КФК-3 (рис. 2.12).

 

Белый свет от источника ИС через линзу и щелевую диафрагму Д попадает на дифракционную решетку, а с нее – на неподвижное вогнутое зеркало, еще раз отражается от неподвижного зеркала и, пройдя через конденсор и кювету, попадает на фоточувствительный элемент ФЭП. При повороте решетки луч монохроматического света идет по одному и тому же направлению. Длина волны пропорциональна углу поворота решетки. При повороте дифракционной решетки влево длина волны уменьшается. Для индикации длины волны l используется датчик угла поворота ДУП, например, многооборотный потенциометр. При этом l будет пропорциональна напряжению, снимаемому с потенциометра. Длина волны излучения в такой системе может устанавливаться с точностью 0,1 нм.

В качестве источников света в фотоколориметрах используют галогенные лампы и светодиоды или диодные лазеры. Галогенные лампы представляют собой, по сути, точечные источники света с широким спектром (белый свет). Рабочую спектральную составляющую с помощью фильтров или монохроматоров подбирают так, чтобы оптическая плотность стандартного раствора была достаточно большой. С другой стороны, оптическая плотность растворов подбирается так, чтобы обеспечить минимальную погрешность измерения. Используя формулу (2.4), можно выразить относительную погрешность D в виде

.

Погрешность D будет минимальной, когда величина максимальна. Беря от нее производную и приравнивая ее нулю, получим

,

откуда и, следовательно, Dопт= 0,43.

Галогенные лампы используют в универсальных фотоколориметрах, перестраиваемых на различные методики с помощью фильтров и монохроматоров.

Светодиоды по сравнению с галогенными лампами имеют слабую интенсивность излучения. Для получения больших интенсивностей их используют в импульсном режиме с большой скважностью импульсов, при котором амплитуда тока светодиода (и интенсивность света) многократно превышает его среднее допустимое значение. Спектр излучения светодиода весьма узок. Поэтому они применяются в узкоспециализированных приборах, предназначенных для выполнения какого-либо одного анализа.

В качестве приемников излучения в фотоколориметрах используют фотоэлектронные умножители (ФЭУ), фотоэлементы и полупроводниковые фотодиоды. Из названных фотоприемников ФЭУ обладают самой высокой чувствительностью S – до 2500 А/лм. Они характеризуются также высокой линейностью, равномерностью спектральной чувствительности S(l) в широком диапазоне l = 300 – 800 нм, малым темновым током (10-7 …10-10 А). Принцип действия ФЭУ основан на динатронном эффекте (явлении вторичной эмиссии). Один из способов включения ФЭУ показан на рис. 2.13. Свет попадает на фотокатод ФК и его кванты выбивают электроны с поверхности ФК. Выбитые электроны ускоряются электрическим полем, создаваемым резистивным делителем и попадают последовательно на диноды Д1 – Дm, причем количество выбитых электронов с поверхности динодов последовательно увеличивается в s раз (s - коэффициент вторичной эмиссии). Анод А подключен к нагрузке R (около 100 кОм), на которой выделяется сигнал U = - RIa. Для согласования с последующими цепями включен повторитель на ОУ. Напряжение питания ФЭУ весьма высокое (обычно от 800 до 2500 вольт).

 
 

 
 

 

Наиболее важным параметром ФЭУ является коэффициент усиления

,

где s i – коэффициент вторичной эмиссии i -го диноды. Обычно s = 3 – 4. При числе динодов m = 10 величина М получается равной 6×104 – 106 .

 
 

На рис. 2.14 показан более эффективный способ включения ФЭУ – с инвертирующим преобразователем ток-напряжение. Здесь выходное напряжение равно - RIa.

 
 

Достаточно широко применяют фотоэлементы СЦВ-3, 4, 51 (сурьмяно-цинковые) и типа Ф (Ф1 – Ф28). Их достоинство – высокая стабильность и линейность. Однако они имеют низкую чувствительность – не выше 250 мкА/лм. Их рабочее напряжение – 30 – 300 В.

Спектральная чувствительность фотодиодов сильно зависит от длины волны: она растет с увеличением l. Фотодиоды могут работать в фотодиодном (ФД) режиме и фотогальваническом (ФГ). В ФД режиме фотодиод смещен в обратном направлении, а в ФГ режиме он замыкается накоротко и сам является источником тока. На рис. 2.15 показано семейство ВАХ фотодиода при различных световых потоках. Третий квадрант соответствует ФД режиму, а четвертый – ФГ режиму. Жирная линия – режим короткого замыкания (u = 0).

 
 

На рис. 2.16 приведена схема ФЭП, в которой фотодиод работает в ФГ режиме. Режим короткого замыкания достигается тем, что напряжение между входами ОУ равно нулю. В режиме КЗ ток i ф строго пропорционален световому потоку и отсутствует температурный дрейф. Выходное напряжение равно Ri ф.

 






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных