ЛПЭМ 2 (1094298)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

6. Определение концентрации водных растворов микропроцессорным фотоколориметром КФК-3

Введение

Колориметр (от лат. color – цвет и …метр) – общее название приборов двух различных типов.

Колориметры первого типа (трёхцветные) служат для измерения и количественного выражения цвета в виде набора трёх чисел – координат цвета. Эти координаты представляют собой интенсивности световых потоков основных цветов, дающих при смешении цвет, неотличимый от измеряемого. Колориметры применяют в промышленности для контроля цвета источников света, красок, отражающих материалов, экранов цветных телевизоров и др.

Колориметры второго типа (химические или концент-рационные) используют для определения концентрации веществ в окрашенных растворах, содержания различных компонентов в продуктах химического производства, нефтепродуктах, при экологическом мониоринге и пр.

В основе их действия лежит свойство различающихся по составу растворов по-разному поглощать (абсорбировать) излучение оптического диапазона. Количественные соотношения этого явления описывают-ся законом Бугера-Ламберта-Бера (французский учёный P. Bouguer в 1729 году открыл этот закон, немецкий учёный J. Lambert в 1760 году вывел его теоретически, а в 1852 году немецкий физик F. Beer сформулировал его для растворов)

F_λ = F_0λ^.10^{-ε Cl}, (6.1)

где F_0λ, F_λ – монохроматический поток излучения, входящий и выходящий из раствора, соответственно; T_λ= е^{- Cl} и D_λ = ln Φ_0λ / Φ_λ = ε_λCl – коэффициент пропускания и оптическая плотность раствора толщиной l на длине волны излучения λ; ε_λ – коэффициент поглощения излучения веществом; C – концентрация поглощающего вещества.

В идеальном случае ε_λ не зависит от концентрации определяемого компонента, т.е. оптическая плотность линейно растёт с увеличением концентрации. Однако в реальных условиях в результате химических реакций между окрашенными частицами и молекулами растворителя наблюдается отклонение от закона Бугера-Ламберта-Бера, чаще в сторону снижения молярного коэффициента поглощения .

Эти отклонения обусловили необходимость экспе-риментального определения градуировочной характерис-тики, связывающей оптическую плотность раствора с концентрацией определяемого компонента.

Если в растворе содержится n компонентов, то его оптическая плотность зависит от коэффициента поглощения и концентрации всех компонентов, т.е.

D_Σ = l (ε_λi C_i). (6.2)

Молекулы веществ, состоящие более чем из двух различных атомов, обладают характерными только для них спектрами и полосами поглощения излучения. Это предопределяет универсальность и широкое применение метода для анализа состава растворов.

6.1. Микропроцессорный фотоколориметр КФК-3

Фотоэлектрический фотометр КФК-3 предназначен для измерения коэффициентов пропускания и оптической плотности прозрачных жидкостных растворов, а также для измерения скорости изменения оптической плотности вещества и определения концентрации вещества в растворах после предварительной градуировки фотометра.

Фотометр предназначен для применения в сельском хозяйстве, медицине, на предприятиях водоснабжения, металлургической, химической, пищевой промышлен-ности и других областях народного хозяйства.

КФК-3 имеет следующие технические характеристики:

- спектральный диапазон работы, нм 315 - 990

- спектральный интервал, выделяемый

монохроматором фотометра, нм не более 7

- пределы измерения:

коэффициента пропускания, % 0,1 – 100

оптической плотности 0 – 3

- предел допускаемого значения основной

приведённой погрешности при измерении

коэффициента пропускания, % абс. 0,5

- диспергирующий элемент – дифракционная

решётка вогнутая, R = 250 мм, число штрихов

на 1мм 1200

- источник излучения лампа галогенная КГМ 12-10

- приёмник излучения фотодиод ФД-288Б

- рабочая длина кювет, мм 10, 20 и 30

- напряжение питания, В 220  22

Устройство и работа фотоколориметра

Принцип действия фотометра основан на сравнении светового потока F₀, прошедшего через растворитель или контрольный раствор, по отношению к которому производится измерение, и светового потока , прошедшего через исследуемую среду.

Световые потоки F₀ и фотоприёмником преобразуются в соответствующие электрические сигналы и ( - сигнал при неосвещённом приёмнике), которые после обработки микро-ЭВМ представляются на цифровом табло в виде коэффициента пропускания Т, оптической плотности D, скорости изменения оптической плотности А и концентрации С.

Коэффициент пропускания Т (П) исследуемого раствора рассчитывается по формуле:

Т = 100 % = 100 % . (6.3)

Оптическая плотность D (Е) раствора рассчитывается по формуле:

D = lg = lg . (6.4)

Скорость изменения оптической плотности А (A)

А = , (6.5)

где D₁, D₂ – разность значений оптических плотностей за время измерения t. Время t может принимать значения 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 минут.

Концентрация раствора С (С)

С = DF, (6.6)

где F – коэффициент факторизации.

Оптическая схема фотоколориметра

Оптическая схема фотоколориметра представлена на рис. 6.1.

Нить лампы 1 изображается конденсором 2 в плоскости диафрагмы (0,8 4,0), заполняя светом щель диафрагмы. Далее диафрагма изображается вогнутой дифракционной решёткой 4 и вогнутым зеркалом 5 в плоскости такой же щелевой диафрагмы (0,8 4,0). Дифракционная решётка и зеркало 5 создают в плоскости диафрагмы растянутую картину спектра. Поворачивая дифракционную решётку вокруг оси, параллельной штрихам решётки, выделяют щелью диафрагмы излучение с длиной волны от 315 до 990 нм. Объектив 7, 8 создаёт в кюветном отделении слабо сходящийся пучок света и формирует увеличенное изображение щели перед линзой 10. Линза 10 сводит пучок света на приёмнике 11 в виде равномерно освещённого светового кружка. Для уменьшения влияния рассеянного света в ультрафиолетовой области спектра,

1

2

Д₁ 5

3 Д 7 8 9 10 11

6

4

Рис. 6.1. Оптическая схема фотоколориметра:

1 – нить лампы; 2 – конденсор; 3 – светофильтр; 4 – вог-нутая дифракционная решётка; 5 – вогнутое зеркало; 6 – зеркало; 7 , 8 – объектив; 9 – кювета; 10 – линза; 11 – приёмник; , - диафрагмы

за диафрагмой установлен светофильтр 3, который работает в схеме при измерениях в спектральной области 315 - 400 нм, а затем пучок света автоматически выводится на вогнутую дифракционную решётку 4. В кюветное отделение (между объективом 7, 8 и линзой 10) устанавливают прямоугольные кюветы 9.

Электрическая схема фотоколориметра

Электрическая схема фотометра КФК-3 представлена на рис. 6.2.

«Датчик угла

V D поворота»

А3

А1

« Уст. 0»

А4 EL

А2 А5

Рис. 6.2. Электрическая схема фотоколориметра:

А1 – усилитель постоянного тока; А2 –микропроцессор-ная система; А3 – преобразователь угла поворота дифрак-ционной решётки в напряжение; А4 – стабилизатор нап-

ряжения осветителя; А5 – блок питания; VD – фотодиод

Внешний вид фотоколориметра представлен на рис. 6.3.

6

9

7

7

8

1

2 4 5 3

Рис. 6.3 Внешний вид фотоколориметра:

1 – кожух; 2 – ручка настройки длины волны; 3 – метал-лическое основание; 4 – ручка перемещения каретки в кюветном отделении; 5 – откидная крышка кюветного отделения; 6 – табло отображения длины волны; 7 – тумб-лер включения фотометра в сеть; 8 – клавиатура; 9 – таб- ло отображения измеряемой величины

Внешний вид клавиатуры приведён на рис. 6.4.

1

2

Г С 1 2 3

Е А 4 5 6

П F 7 8 9

пуск 0 0 /

3

Рис. 6.4. Внешний вид клавиатуры:

Г – градуировка; Е – измерение оптической плотности;

П – измерение коэффициента пропускания; Пуск – пуск; 0 – установка нуля; С – измерение концентрации; А – измерение скорости изменения оптической плотнос-ти; F – ввод градуировочного коэффициента; 1 – табло отображения длины волны; 2 – табло отображения изме-ряемой величины; 3 – установка нуля

Микропроцессорная система

Микропроцессорная система прибора предназначена для преобразования и обработки входных электрических сигналов, управления и задания режима работы фотометра, а также для вывода результатов выполнения необходимых задач на цифровое табло и устройство печати.

Микропроцессорная система фотоколориметра обеспе-чивает выполнение следующих функций:

- измерение и учёт сигнала при неосвещённом фото-приёмнике (сигнал «нуль»);

- градуировка фотометра;

- измерение оптической плотности Е;

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лабораторной работы