4.2. Абсорбционные приборы
4.2.1. Колориметры и фотометры
Колориметры и фотометры предназначены для определения количества поглощающего вещества путем измерения величин поглощения и пропускания в видимой части электромагнитного спектра.
В зависимости от используемой оптической схемы различают одно и двух канальные приборы.
Наиболее простым способом фотометрических исследований является однолучевой метод, при котором оптические свойства биологической среды оцениваются по коэффициенту пропускания , считая величину интенсивности потока неизменной. На точность измерений влияют такие случайные факторы, как внешняя засветка, способ подготовки объекта к исследованию и т.п.
Постоянный контроль интенсивности источника излучения и учета его изменений достигается при двухлучевом методе за счет двух фотоэлектрических преобразователей: один для контроля , а другой для измерения интенсивности потока Ф, прошедшего через раствор.
По другой двухлучевой схеме также используется два фотоэлектрических преобразователя, однако один из них является измерительным для исследуемой среды, а другой для среды сравнения, оптические свойства которой хорошо известны. Такая схема измерений позволяет исключить многие факторы, влияющие на точность фотометрических исследований.
Рассмотрим принцип действия одноканального фотоэлектрического колориметра, обобщенная структурная схема которого приведена на рис. 78.
Световой поток формируется источником видимого света – лампой накаливания (1) и проходит через диафрагму (2), которая вырезает узкий луч, создавая как бы точечный источник света. Оптическая система (3) (конденсор) формирует параллельный пучок света, попадающий на светофильтр (4). Фильтр пропускает световой поток с максимальной длиной волны в диапазоне длин волн .
Оптическая система (5) формирует световой поток таким образом, чтобы при минимально допустимом объеме исследуемого рас-
Рис. 78. Обобщенная структурная схема одноканального колориметра: 1 – источник световой энергии; 2 – диафрагма; 3 – оптическая система; 4 – полосовой фильтр; 5 – оптическая система; 6 – кювета; 7 – фотоприемник; 8 – аналого-цифровой преобразователь; 9 – микро-ЭВМ; 10 – индикатор; 11 – пульт оператора; 12 – интерфейс связи с внешней ЭВМ и регистрирующим устройством
твора и многократной установке кюветы (6) в кюветное отделение, геометрия потока не изменилась, т.е. площадь и форма пятна, образуемого световым потоком на фотоприемнике (7), оставались бы постоянными и практическим не зависели бы в заданных пределах от объема раствора в кювете и смены кюветы в кюветном отделении.
Фотоприемник трансформирует световую энергию в электрическую. В различных приборах фотоприемником служат:
фотоэлектронные умножители, представляющие собой комбинацию фотокатода с электронным умножителем, усиливающим поток электронов, испускаемых фотокатодом, при его облучении светом;
фотоэлементы, состоящие из светочувствительного, покрытого цезием, катода в виде трубки и узкого цилиндрического анода;
фотодиоды.
Получаемый с фотоприемника аналоговый сигнал преобразуется АЦП (8) и поступает в микро-ЭВМ (9), где пересчитывается в единицы измеряемых параметров.
Калибровочные коэффициенты, необходимые для градуировки прибора, полученные в процессе его калибровки по контрольному (калибровочному) раствору, вводятся с пульта оператора (11) и хранятся в памяти ЭВМ. Результаты измерения выдаются на цифровой индикатор (10), интерфейс связи с внешней ЭВМ или регистрирующее устройство (12).
Приборы имеют два режима работы:
режим калибровки;
режим анализа.
Режим калибровки предшествует режиму анализа.
Фотометры отличаются от колориметров использованием не стеклянных цветных, а интерференционных светофильтров в виде дифракционных решеток, позволяющих получить на входе образца более узкую полосу пропускания в пределах 6-20 нм.
Фотометры, так же как и колориметры работают только на фиксированных длинах волн, при которых спектральные характеристики используемых фильтров имеют максимальные значения. Полоса пропускания измеряется на уровне 1/2 от максимального значения пропускания (рис. 79)
Рис. 79. Определение ширины полосы пропускания фильтра
Дифракционная решетка создает в плоскости диафрагмы растянутую картину спектра. Поворачивая дифракционную решетку можно выделить щелью диафрагмы излучение любой длины волны из рабочего диапазона прибора. Большая часть фотометров и калориметров работают в диапазоне 320-750 нм.