Основы-аналитической-химии-Скуг-Уэст-т2 (1108741), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Поэтому для стабилизации источника излучения необходим строгий контроль за напряжением. Для этой цели часто используют трансформаторы постоянного напряжения или электронные регуляторы напряжения. Можно также снабдить лампу аккумулятором (6 В), который представляет собой необычайно стабильный источник напряжения при условии умелого обращения. Регулирование длины волны В фотометрах и в спектрофотометрах имеются устройства, которые выделяют область длин волн, необходимых для данного анализа. Работа с узкой полосой излучения обладает тремя преимушествами: 1) вероятность подчинения поглошающей системы закону Вера сильно возрастает (см. гл. 22); 2) увеличивается селективность, поскольку вещества, поглошающие в других областях спектра, мешают в меньшей степени; 3) если при выбранной длине волны поглощение велико, то при очень малом изменении концентрации наблюдается большое изменение оптической плотности„ что обусловливает высокую чувствительность.
Устройства для выделения части излучения делят на две категории. Светофильтры, используемые в фотометрах, поглощают большую часть спектра и пропускают относительно ограниченный участок длин волн. В спектрофотометрах обычно применяют моиохроматорьт — более сложные устройства, позволяющие непрерывно менять длину волны. Если источник излучает сплошной спектр, то ни монохроматор, ии светофильтр не способны выделить определенную длину волны; вместо этого получается полоса, охватывающая узкую об'- ласть спектра.
Типичные кривые пропускания светофильтров приведены на рис. 23-4, а, максимумы на кривой соответствуют длине. волны, указанной на монохроматоре, или эффективной длине волны светофильтра. Эффективность монохроматора или светофильт. 618 «е со" 25 св ~) о 4ОО 500 600 утннна еснны, нм а сь Ц 50 400 500 600 уоо ,йннна тны, нм ззис. 23ыь Сравнение пропусквой способности двух светофильтров и комбинации светофнльтрон. ат) 1 — зеленый стеиланиый светофильтР; 3 — интеофеРенЦионный светофнльтР; 3 — шиРина полосы пропусиаиия. бт 1 зеленый светофильтр; у — оранжевый светофильтр с отранисенной полосой пропусна. иня; 3 — иоыбинация двух светофильтров.
ра определяется полушириной максимума пропускания, т. е. шириной полосы в единицах длин волн при интенсивности, равной половине максимальной (рис. 23-4, а). Абсорбционные светофильтры выделяют пучок излучения, поглощая определенную часть спектра. Светофильтры наиболее известных типов представляют собой цветные стекла или стеклянные пластинки, между которыми помещают краситель, суспендированный в желатине; преимущество первых заключается в большей термической устойчивости. Аппаратуре и методы абсорбцнонного анализа Полуширина максимума пропускания абсорбцнонных светофильтров лежит в интервале 30 — 250 нм (см.
рнс. 23-4, б). Светофильтры с очень узкой полосой пропускания способны задерживать значительную часть нужного излучения и пропускать десятую или меньшую долю излучения в максимуме полосы. Стеклянные светофильтры с максимальным пропусканием в видимой области выпускает промышленность, и они сравнительно недороги Светофильтры с ограниченной полосой пропускания характеризуются почти 100о/о-ным пропусканием какой-либо области видимого спектра, которое затем резко падает до нуля в оставшейся части спектра.
Сочетанием светофильтров с ограниченной полосой пропускания и со 100о/о-ным пропусканием можно выделить узкую спектральную область (рис. 23-4, б). Интерферен1(ионньсе светофильтры. Как следует из названия, действие ннтерференционных светофильтров основано на получении относительно узких полос излучения вследствие оптической интерференции (см. рис.
23-4, а). Интерференционные светофильтры состоят из слоя прозрачного диэлектрика (часто из фторида кальция нли фторида магния), помещенного между двумя стеклянными пластинками, внутренняя поверхность которых покрыта полупрозрачными металлическими пленками, Толщина слоя диэлектрика, определяющая длину волны выходящего излучения, строго контролируется. Если поток параллельного пучка света пересекает эту систему перпендикулярно поверхности, часть излучения проходит через первый металлический слой, в то время как другая часть отражается. Прошедшая часть излучения подвергается повторному разложению при пересечении второго металлического слоя.
Если отразившийся после повторного разложения поток имеет соответствующую длину волны, он частично отражается от внутренней поверхности первого слоя в фазе, совпадающей с фазой входящего света с той же длиной волны В результате выделенная волна усилится, в то время как большинство других волн, находящихся в противофазе, погасится. Интерфсрснциоппые светофильтры обладают обычно более узкой полосой пропускания (порядка 10 нм), т. е.
болыпей способностью выделения желаемой длины волны, чем абсорбцнонные фильтры (см. рис. 23-4, б). Выпускаются интерференцнонные светофильтры с полосами пропускання в интервале от УФ-области до примерно б мкм в ИК-области. Кюветы для испытуемого раствора и растворителя Ячейки илн кюветы, используемые для фотометрических измерений, обычно изготовляют нз стекла, хотя некоторое применение имеют также прозрачные пластиковые кюветы, 220 Главе 23 Как правило, грани кювет должны быть строго перпендикулярны к световому потоку для уменьшения потерь за счет отражения.
Большинство приборов снабжено парой кювет, равных по длине и оптическим характеристикам, для правильного сравнения интенсивностей потоков, прошедших через испытуемый и холостой растворы. Обычно толщина слоя при измерениях в видимой области равна 1 см; парные калиброванные кюветы такого размера выпускают разные предприятия. Изготовляют также кюветы длиной от 0,1 см (или менее) до 10 см. Для уменьшения толщины слоя раствора изготовляют прозрачные клинья. С целью экономии растворов иногда применяют цилиндрические кюветы.
Их следует устанавливать очень точно относительно светового потока; в противном случае изменение отражения и толщины слоя приводит к ошибочным результатам. Достоверность измерения сильно зависит от правильного обращения с кюветами. Отпечатки пальцев, жир и другие загрязнения заметно меняют их пропускающую способность. Поэтому обязательна тщательная очистка кювет до и после употребления; при этом не следует касаться пальцами поверхности граней. Кюветы ни в коем случае нельзя сушить в печи или над пламенем; это может вызвать их механическое повреждение или изменение длины. Кюветы следует систематически калибровать относительно друг друга с помощью поглощающего раствора.
Детекторы излучения Для превращения излучательной энергии в электрическую в фотометрах используют фотоэлектрические устройства — фотоэлементы и фотоумножители. Детектор излучения должен реагировать на излучение в широком диапазоне длин волн. Кроме того, он должен быть чувствительным к излучению небольшой интенсивности, быстро откликаться па излучение, давать электрический сигнал, который можно легко умножить, и иметь относительно низкий уровень фона*. Наконец, важно, чтобы получаемый сигнал был прямо пропорционален интенсивности падающего потока, т. е.
6 = г'л' + А', (23-1) где ст' — электрический сигнал детектора в единицах силы тока, сопротивления или напряжения. Константа и' является мерой чувствительности детектора в единицах электрического сигнала на * Фон в электронных приборах обусловлен небольшими случайнымн флуктуациями, наблюдаемыми в источниках сигнала, детекторе, усилителе или считывающем устройстве. Эти флуктуации вызываются вибрацией, помехами электрооборудования, работающего от электросети, изменениями температуры и колебаниями частоты или напряжения источника питания. 121 Аллараотра и матоды абсорбциоииого анализа единицу интенсивности излучения. Для многих детекторов характерно появление небольшого постоянного сигнала, называемого темновым током й", в отсутствие излучения.
Приборы с детекторами, имеющими темновой ток, как правило, снабжены потенциометром, позволяющим при помощи противоположно направленного сигнала свести значение ни к нулю. Поэтому в большинстве случаев й 1 й' (23-2)' по 1 = —, о — о (23-3) где 6 и 6о — электрические сигналы детектора при прохождении излучения через испытуемый и холостой растворы соответственно.
Подставляя уравнения (23-2) и (23-3) в уравнение закона Вера, получим 1о лью ыо 12 — = 1е —, = 1е — = А. 1 л'б 0 (23-4) Фотоэлементы с запирающим слоем, или вентилоные фотоэлементы. Вентильные фотоэлементы состоят из плоского медного или железного электрода, на который нанесен слой полупроводникового материала, например оксида меди(1) или селена. Поверхность полупроводника покрыта прозрачной пленкой из золота, серебра или свинца, которая служит вторым или улавливающим электродом; вся система защищена прозрачным футляром. Внутренняя поверхность между металлической пленкой и полупроводником служит барьером для электронов. При освещении некоторые электроны в слое полупроводника приобретают достаточную энергию для преодоления барьера и проникают в металлическую пленку.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
