Фотоелектроколориметрія

Фотоелектроколориметрія - визначення концентрації речови­ни в розчині за зміною сили струму в фотоелементі при попаданні на нього променя світла, який пройшов через досліджуваний роз­чин.

При проходженні світлового потоку через забарвлену прозору рідину частина світла поглинається. Ступінь поглинання світла (коефіцієнт екстинкції) у багатьох випадках прямо пропорційний інтенсивності забарвлення розчину. Забарвлення розчину зале­жить від концентрації в ньому розчиненої речовини: чим більша концентрація, тим інтенсивніше забарвлення і тим більше світла поглинає розчин. Ступінь світлопоглинання визначають у фото- електроколориметрі (ФЕК). Для цього порівнюють інтенсивність світла, що пройшло через досліджуваний забарвлений розчин, і світла, що пройшло через контрольну рідину - безбарвний роз­чинник досліджуваної речовини. За ступенем світлопоглинання визначають вміст речовини в розчині.

Для добування точних об'єктивних даних про інтенсивність світла в прилад вводять фотоелемент. Фотоелемент перетворює світ­лове випромінювання на електричний струм. При попаданні світла на деякі світлочутливі речовини (селен, цезій) енергія світлових квантів передається електронам цієї речовини, які починають ру­хатися в одному напрямку. Якщо пластинки фотоелемента сполу­чити провідником, то в ньому виникає потік електронів, тобто елек­тричний струм, силу якого можна виміряти мікроамперметром.

Сила струму пропорційна світловому потоку, що падає на фо­тоелемент. Якщо на шляху світлового потоку кладуть кювету з розчином, який поглинає або розсіює світло, то на фотоелемент падає менше променів. Сила струму в ланцюгу зменшується, на що вказує відхилення стрілки амперметра. За зміною сили струму можна визначити концентрацію досліджуваної сполуки.

На вимірюванні світлопоглинання ґрунтується визначення кон­центрації прозорих забарвлених розчинів, тобто фотоелектроколо­риметрія. Описаний прилад дозволяє проводити і нефелометричні визначення, тобто визначати концентрацію речовини в зависях та емульсіях за ступенем розсіювання ними світла.

Частинки зависі на шляху вузького бічного пучка світла відби­вають світлові хвилі - розсіюють світло. Чим мутніша завись, тоб­то чим більша її концентрація, тим більше світла відбивається і тим менше воно проникає через завись і потрапляє на фотоелемент, і тим меншої сили струм виникає в фотоелементі. Між концентра­цією речовини в зависі та силою фотоструму існує обернено про­порційна залежність.

Фотоелектроколориметр ФЕК 56-М

Оптична схема приладу ФЕК 56-М (мал. 19). Від джерела стру­му - лампи розжарювання (7) світловий потік спрямовується на призму (3), яка ділить його на два пучки і направляє на плоскі дзер­кала (4). Дзеркала відбивають світло двома паралельними пучка­ми: правий світловий пучок є вимірювальним, лівий - компенса­торним.

2 У 4 5 7 9 19 11 17 15

Мал. 19. Оптична схема приладу ФЕК 56-М:

1 - лампа розжарювання; 2 - світлофільтр; 3 - призма; 4 - плоскі дзеркала; 5,6 - кольорові світлофільтри; 7 - кювета з контрольним роз­чином; 8 - кювета з досліджуваним розчином; 9,10 - розсувні діафраг­ми; 11, 12 - лінзи; 13, 14 - дзеркала; 15, 16 - матове скло; 17,18 - фотоелементи; 19,20 - відлікові барабани

Паралельні пучки світла проходять через світлофільтри і по­трапляють у кювети з контрольним (7) і досліджуваним (8) розчи­нами. Тут частина світла поглинається або розсіюється. Пучки світ­ла, що вийшли через кювети, проходять через розсувні діафрагми (9,10) і потрапляють на лінзи (11,12), у фокусі яких поміщені дзер­кала (1З,14), які відбивають світло на матове скло (15,16), за яким розміщені фотоелементи (17,18).

Розсувні діафрагми при повертанні зв'язаних з ними відлікових барабанів (19, 20) змінюють площу отвору і цим самим змінюють інтенсивність світлового потоку, що падає на фотоелементи (17,18).

У фотоелементах виникає струм, сила якого пропорційна світ­ловому потоку. Обидва фотоелементи сполучені з мікроампермет- ром таким чином, що при виникненні в них струму однакової сили стрілка мікроамперметра стоїть на нулю.

Будова приладу ФЕК-56 М (мал. 20). У корпусі приладу є освіт­лювач, оптична система, кюветотримачі, фотоелементи, електрич­на мережа з мікроамперметром. Корпус освітлювача (2) кріпиться до задньої стінки приладу. В ньому може бути встановлена лампа розжарювання або ртутно-кварцова. До освітлювальної частини приладу належать також призма, яка розділяє світловий потік на два промені, конденсори та дзеркала, які відображають світло дво­ма паралельними променями.

Світлові промені перекриваються завісою, яка перегороджує шлях світла в напрямку фотоелемента. Відслоняється і заслоняєть­ся завіса ручкою (3). В оптичну частину приладу входять світ­лофільтри, лінзи, розсувні діафрагми. Дев'ять скляних світло­фільтрів попарно вмонтовані в диск, закріплений на задній стінці корпусу приладу. Світлофільтри позначені номерами згідно з довжинами хвиль, які максимально пропускаються фільтром.

Для увімкнення світлофільтра в світловий промінь повертають диск ручкою (9). Цифри на шкалі показують, які світлофільтри ввімкнені. Робочі положення кожного світлофільтра фіксуються.

Розсувні діафрагми складаються з декількох металевих плас­тинок, які утворюють прямокутник, бічні грані якого можуть пе­ресуватися назустріч одна одній, зменшуючи ширину щілини від максимального відкриття до нуля. Цим регулюється світловий потік, який падає на фотоелементи. Бічні грані діафрагми приводять в рух повертанням відлікових барабанів (5).