Основы-аналитической-химии-Скуг-Уэст-т2 (1108741), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Если пленку внешней цепью соединить с пластинкой по другую сторону слоя полупроводника и если сопротивление не слишком велико, возникает электрический ток. Обычно этот ток достаточно велик, поэтому его можно измерить гальванометром или микроамперметром; если сопротивление внешней цепи мало, сила сока пропорциональна интенсивности излучения, падающего на фотоэлемент. Как правило, возникают токи порядка 10 — 100 мкА.
Фотоэлементы с запирающим слоем применяют для приема и измерения в первую очередь видимого излучения. Чувствительность обычного вентильного фотоэлемента максимальна при 550 нм и непрерывно падает, доходя до 10о7о от максимальной при 250 и 750 нм, Спектральная чувствительность типичного фотоэлемента и глаза человека очень близки.
Глава 23 Вентильный фотоэлемент — грубое малочувствительное устройство для измерения интенсивности излучения. Несмотря на то что он обладает некоторым преимуществом, так как не требует внешнего источника питания, низкое внутреннее сопротивление затрудняет усиление его сигнала. Поэтому вентнльный фотоэлемент обеспечивает быстро измеряемый сигнал при высоком уровне освещенйгости, Он страдает недостатком чувствительности при малой ин- г Иэлууенее :Рис 23-5.
Схемы фотоэлемента с внешним фотоэффеитом и вспомогательной цепи. Полученный ток вызыиает падение напряжения вдоль сопротнвлевня ГП ток усиливается н изыеряется при понощи индикатора. т — нить анода, у — фоточувствительный катод; 3 — батарейка (ЭО ВП 4 — резистор; й — уси- лнгель; б — индикатор. тенсивности излучения. Наконец, фотоэлементы с запирающим слоем «утомляются» — наблюдается ослабление снгна,ла при длительном освещении; этот недостаток в значительной степени можно устранить введением в схему соответствующего потенциометра ,и правильным выбором экспериментальных условий.
Электровакуумные фотоэлементы, или фотоэлементот с внешним фотоэффентом. Вторым типом фотоэлектрических устройств являются фотоэлементы с внешним фотоэффектом, состоящие из полуцнлиндрического катода и проволочного анода, смонтирован.ных внутри баллона, нз которого выкачан воздух. Вогнутая поверхность катода покрыта слоем светочувствительного материала, испускающего электроны под действием излучения. Если к электродам приложить разность потенциалов, испускаемые электроны направляются к аноду, в результате чего возникает фототок.
При одинаковой освещенности возникающий ток примерно в четыре раза меньше тока, возникающего в фотоэлементе с запирающим слоем. Однако в последнем случае ток легко можно усилить, поскольку вакуумные фотоэлементы обладают высоким внутренним сопротивлением. На рис. 23-5 приведена схема типичного фотоэлемента с внешним фотоэффектом. На электроды подается разность потенциалов около 90 В, что- ,бы обеспечить пропорциональность между числом электронов, !2о Аппаратура и методы абсорбциониого анализа испускаемых светочувствительным катодом, и интенсивностью падающего на него потока излучения.
Поверхность фоточувствительного катода фотоэлемента состоит из щелочного металла или его оксида, иногда в сочетании с оксидами других металлов. Материал катода определяет спектральную характеристику фотоэлемента. Схема фотометра На рис. 23-6 приведены схемы двух фотометров. Первый нз них представляет собой однолучевой прибор с устройством для прямого отсчета результатов измерений, состоящий из вольфрамовой лампы, линзы для получения параллельного пучка света, светофильтра и фотоэлемента с запирающим слоем.
Возникающий ток регистрируется микроамперметром, циферблат которого обычно снабжен линейной шкалой с делениями от 0 до 100. В некоторых приборах настройка на 1007о Т по холостому раствору осуществляется изменением напряжения лампы; в других — изменением размера диафрагмы, помешенной на пути пучка света. На рнс. 23-6 дана также схема двухлучевого фотометра с компенсационной цепью. Световой поток разделяется при помощи зеркала; часть его проходит через испытуемый раствор и попадает на вентильный фотоэлемент, другая — через растворитель попадает на такой же детектор. Фототоки от обоих фотоэлементов проходят через переменные сопротивления; одно из них представлено шкалой пропускания в линейных единицах от 0 до 100. Чувствительный гальванометр, служащий нуль-прибором, связан с обоими сопротивлениями.
Если напряжение на участке АВ равно напряжению на участке СХ>, ток через гальванометр не идет; во всех других случаях гальванометр укажет наличие тока. Сначала растворитель помещают в обе кюветы, контакт А устанавливают на отметке 100; контакт С затем передвигают до прекращения тока в цепи. Замена кюветы с холостым раствором на кювету с испытуемым раствором приводит к уменьшению потока, падающего на фотоэлемент, и, следовательно, к уменьшению напряжения на участке С0; это различие компенсируется передвижением контакта А на более низкое значение. После уравнивания процент пропускания считывают непосредственно по шкале.
Фотометры, изготовляемые промышленностью, обычно стоят несколько сотен долларов. В основу конструкции большинства из них положена двухлучевая схема, поскольку в этом случае в значительной степени компенсируются флуктуации светового потока, вызванные колебаниями напряжения. Выбор светофильтра для фотометричесяого анализа. Фотометры, как правило, снабжены набором светофильтров с пропускани- Глава 23 б 7 Рис, 23-6. Слемы одно- и двухлучевого фотометров. и — аднолучевой фотонетр: ! — вальфрамован лампа; 2 — подвнжнан диафрагма длн настройки ив 100из Г: 3 — нювета с ратворителем; 4 — микроамперметр; б — светофильтр; а — кювета с анализнруеззым раствором; у — фотоэлемент с внешним фотозффектом.
б — двуклузевой фотометр. 8 — зеркало; 2 — вентильный фотоэлемент; !Π— потекциометр длн настройки иа !соей Г. ем в различных областях спектра. Очень важно выбрать светофильтр, подходящий для данного анализа, так как чувствительность измерения прямо зависит от свойств светофильтра. Цвет поглощенного света является дополнительным к цвсту самого раствора. Так, раствор кажется красным, потому что он пропускает без изменения красную область спектра, поглощая зеленую.
Интенсивность зеленого излучения как раз и меняется с изменением концентрации, поэтому в данном случае следует использовать зеленый светофильтр. В общем в большинстве случаев цвет светофильтра для колориметрического анализа должен быть дополнительным к цвету испытуемого раствора. Если имеется несколько светофильтров с одинаковым оттенком, следует выбрать тот, при котором поглощение света раствором максимально (или пропускание минимально). гвб Алларатура и методы абсорбционното анализа Спектрофотометры В отличие от фотометров монохроматором в спектрофотометрах служит призма или дифракционная решетка, позволяющая непрерывно менять длину волны.
Существуют приборы для измерений в видимой, УФ-, и ИК-областях спектра. Принципиальная схема спектрофотометра практически не зависит от спектральной области. Источники излучения Так же как и в фотометрах, в спектрофотометрах широко используют вольфрамовую лампу. Ее применяют как в видимой, так и в ближних УФ- ()320 нм) и ИК-областях (<2,5 мкм).
Источники УФ-излучения. Наиболее известный источник сплошного излучения в УФ-области — водородная или дейтериевая лампа. Встречаются два типа ламп. В высоковольтных лампах, чтобы вызвать разряд между алюминиевыми электродами, создается напряжение 2000 — 6000 В; для получения излучения высокой интенсивности требуется водяное охлаждение лампы. В низковольтных лампах дуга образуется между нагретой нитью, покрытой оксидом металла, и металлическим электродом.
Для поддержания дуги постоянного тока необходимо напряжение порядка 40 В. Высоко- и низковольтные лампы излучают сплошной спектр в интервале 180 — 375 нм. Для измерений требуются кварцевые кюветы, поскольку стекло сильно поглощает в этой области спектра. В одинаковых рабочих условиях дейтериевая лампа дает излучение большей интенсивности, чем водородная. Водородная и дейтериевая лампы излучают сплошной спектр вследствие перехода газообразных молекул в возбужденное состояние.
Возвращение в исходное состояние сопровождается распадом возбужденной молекулы с образованием фотона УФ-излучения и двух атомов водорода в основном состоянии. Поглощенная энергия выделяется в двух формах, а именно как кинетическая энергия атомов водорода и энергия фотона УФ-излучения. Кинетическая энергия, сообщенная обоим атомам водорода, не квантована, поэтому получается широкий спектр энергий фотонов. Источники ИК-излучения.
Сплошное ИК-излучение получают от инертного твердого тела, нагретого электрическим током. Стержень из карбида кремния, называемый глобаром, при нагревании до 1500'С между двумя электродами излучает энергию в области 1 — 40 мкм. Лампа Нернста излучает в интервале 0,4— 20 мкм (рис. 23-2). Она представляет собой стержень из оксидов ниркония и иттрия, нагретого электрическим током до 1500'С. М26 Гивнв 23 В качестве источников ИК-излучения используют также раскаленную спираль из нихромовой проволоки. Монохроматоры Монохроматор — это устройство, разлагающее излучение на составляющие его волны разной длины. С диспергирующим элементом связана система линз, зеркал и щелей, которая направляет излучение с требуемой длиной волны от монохроматора к детектору прибора. Материал, из которого изготовлены детали монохроматора, пропускающие излучение, определяет возможность измерения на спектрофотометре в той или иной области спектра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
