Файл: Физикохимические.docx

Вследствие поглощения излучения при прохождении его через слой вещества интен‐ сивность излучения уменьшается и тем больше, чем выше концентрация светопоглощающе‐ го вещества.

Закон Бугера‐Ламберта‐Бера связывает уменьшение интенсивности света, прошедше‐ го через слой светопоглощающего вещества, с концентрацией вещества и толщиной слоя:

или

I = I₀ · 10^–slc ⁽1⁾

D = lg ^I⁰= slC, ⁽2⁾

I

где ε ‐ молярный коэффициент поглощения; l ‐ толщина светопоглощающего слоя; C ‐ кон‐ центрация раствора; D ‐ оптическая плотность.

Уменьшение интенсивности света, прошедшего через раствор, характеризуется коэф‐ фициентом пропускания (или просто пропусканием)

I Т = _I0,

где Iи I₀‐ соответственно интенсивность света, прошедшего через раствор и растворитель

(D =‐lgT).

Чтобы учесть потери света на отражение и рассеивание, сравнивают интенсивности света прошедшего через исследуемый раствор и растворитель:

Оптическая плотность раствора, содержащего несколько окрашенных веществ, обла‐ дает свойством аддитивности. В соответствии с этим поглощение света, каким ‐ либо веще‐ ством не зависит от присутствия в растворе других веществ.

При наличии в растворе нескольких окрашенных веществ справедливо:

D = D₁ + D₂ + ⋯ + D_к,

где D‐ оптическая плотность раствора; D₁,D₂и т.д – оптическая плотность вещества 1, 2 и т.д. Тогда получим:

D = s₁С₁l + s₂С₂l + ⋯ + s_kС_kl.

При практическом применении закона Бугера‐Ламберта‐Бера необходимо учитывать следующие ограничения:

Закон справедлив для монохроматического света с длинной волны λ

D_λ = s_λlC.

Коэффициент s_λ зависит от показателя преломления среды. При высоких концен‐ трациях изменение показателя преломления может явиться причиной отклонения от основ‐ ного закона светопоглощения.

Температура при изменениях должна оставаться постоянной.
Пучок света должен быть параллельным.
Уравнение (1) соблюдается только для систем, в которых светопоглощающими цен‐ трами является частицы лишь одного сорта.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 22

Основные узлы приборов абсорбционной спектроскопии

Основными узлами являются:

Источник света;
Монохроматизатор света;
Кювета с исследуемым веществом;
Приёмник света.

Кроме основных узлов имеется оптическая система, состоящая из линз, призм, зеркал. Оптическая система служит для создания параллельного пучка света, изменения направле‐ ния и фокусирования света.

Основными источниками освещения в абсорбционной спектроскопии являются:

вольфрамовыелампынакаливания(λ = 350…1000 нм);
газонаполненныелампы(водородная, ртутная, λ= 200…400 нм);
штифт Нернста ‐ представляет собой столбик, спрессованный из оксидов редко‐ земельных элементов (1600…2000 нм или 5600…6000 нм);
глобар‐штифт‐ представляет собой столбик из карборунда SiC (2000…16000 нм).

Монохроматизаторами называют устройства для получения света с заданной дли‐ ной волны. В качестве монохроматизаторов применяются светофильтры и призмы. Свето‐ фильтры бывают: абсорбционные, интерференционные, интерференционно ‐ поляризаци‐ онные.

Действие абсорбционных светофильтров основано на том, что при прохождении све‐ та через тонкий слой вследствие поглощения происходит изменение величины и спектраль‐ ного состава проходящего светового потока. Абсорбционные светофильтры имеют неболь‐ шую прозрачность (T = 0,1) и довольно широкую полосу пропускания (λ = 30 нм и более).

Интерференционный фильтр состоит из двух тончайших полупрозрачных слоёв се‐ ребра, между которыми находится слой диэлектрика. Прозрачность интерференционных светофильтров составляет T = 0,3…0,8. Эффективная ширина обычно не превышает 5…10 нм.

Наиболее универсальными монохроматизаторами являются призмы, изготовленные из кварца, стекла и некоторых других материалов. Для инфракрасной спектроскопии использу‐ ют призмы из LiF, NaCl, KBr. Эти же материалы применяют для изготовления кювет. Призмы позволяют получать свет высокой монохроматичности в широкой области длин волн.

В качестве приёмников света используют главным образом фотоэлементы, фотоум‐ ножители. Для измерения интенсивности инфракрасного излучения применяют фотоэле‐ менты, термоэлементы и болометры.

В термоэлементах используется термоэлектродвижущая сила, возникающая при из‐ менении температуры слоя между металлами под действием инфракрасного излучения. Для этих целей широко применяются термопары.

Принцип действия болометра основан на измерении электрического сопротивления материала при нагревании. Термочувствительный элемент, представляющий собой тонкую металлическую пластинку, включают в мостовую схему.

Фотоэлектроколориметр с двумя фотоэлементами ФЭК – 56М

В конструкции данного прибора использованы принцип уравнения мощности двух све‐ товых потоков с помощью переменной щелевой диафрагмы, т.е. принцип оптической ком‐

пенсации двух световых потоков, (путём изменения раскрытия зрачка диафрагмы). Диа‐

фрагма представляет собой устройство, позволяющее равномерно увеличивать или умень‐ шать мощность светового потока, падающего на кювету с раствором.

Схема соединения фотоэлементов (ФЭ) в приборах с оптической компенсацией:

Возникающий в ФЭ ток течёт по рамке нуль ‐ гальванометра Г в противоположных на‐ правлениях. При одинаковой освещённости обоих фотоэлементов возникающие фототоки I₁ и I₂ будут одинаковы по значению, но противоположны по направлению. При этом стрелка гальванометра не отклоняется. Если освещённость фотоэлементов неодинакова, то компен‐ сации токов нет, и стрелка гальванометра отклоняется от нуля. Изменяя раскрытие диафрагм Д₁ и Д₂, можно уровнять световые потоки, падающие на оба элемента.

Оптическая схема ФЭК‐ 56М:

Приёмник световой энергии ‐ фотоэлемент подключён через усилитель к микроампер‐

метру. Источниками света являются лампанакаливанияСУ‐ 98 (8В, 35 Вт) и ртутно‐

кварцеваялампасверхвысокого давления СВД‐ 120А. С двумя лампами проводят измерения
в диапазоне длин волн 315…670 нм. С ртутно‐кварцевой лампой осуществляются измерения в ультрафиолетовой области спектра.

Щелевая диафрагма:

Щелевые диафрагмы связаны с отсчетными барабанами. На каждом барабане нанесе‐ ны две шкалы: шкала светопропускания, (чёрная), и шкала оптической плотности (красная). Стопроцентное светопропускание по шкале соответствует максимальному раскрытию диа‐ фрагмы; полному её закрытию соответствует отсчёт 0%. По красной шкале можно отсчиты‐ вать от 0 до 2 единиц оптической плотности. Прибор снабжён девятью (9) светофильтрами.