Фотоэлектроколориметр принцип действия кратко

Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2

КФК-2 (рис. 4.1) является однолучевым прибором и предназначен для измерения коэффициентов пропускания и абсорбционности растворов и твердых тел в отдельных участках диапазона длин волн 315-980 нм, выделяемых светофильтрами, а также для определения концентрации веществ в растворах. Кроме того, колориметр позволяет измерять коэффициенты пропускания взвесей, эмульсий и коллоидных растворов в проходящем свете.

КФК-2 применяют на предприятиях водоснабжения, в медицинской, химической, пищевой, металлургической промышленности и в сельском хозяйстве.

Рис. 4.1. Внешний вид прибора КФК-2:

1 — микроамперметр; 2 — крышка кюветного отделения; 3 — ручка «Установк 100 грубо»; 4 — ручка установки чувствительности прибора; 5 — ручка перестановки кювет; 6 — ручка установки светофильтра; 7 — источник света

Устройство прибора

Колориметр состоит из блока питания и оптического блока. В оптический блок входят осветитель, оправа с оптикой, светофильтры, кюветное отделение с кюветодержателем, фотометрическое устройство с усилителем постоянного тока и элементами регулирования, регистрирующий прибор.

Осветитель представляет собой лампу типа КГМ. Конструкция осветителя обеспечивает перемещение лампы в трех взаимно перпендикулярных направлениях для ее правильной установки.

В оправу встроены конденсор, диафрагма и объектив.

Цветные светофильтры вмонтированы в диск. Светофильтр вводят в световой пучок с помощью ручки. Рабочее положение каждого светофильтра фиксируется.

Кюветодержатель расположен под крышкой в кюветном отделении. При работе в кюветном отделении одновременно находятся две кюветы — с растворителем (или нулевым раствором) и окрашенным раствором. Перестановку кювет в световом пучке осуществляют поворотом ручки до упора.

В фотометрическое устройство входят фотоэлемент Ф-26, фотодиод ФД-24К, светоделительная пластинка и усилитель. Включение фотоприемников производится с помощью ручки.

В качестве регистрирующего прибора используется микроамперметр типа М907-10, шкала которого оцифрована для определения абсорбционности и коэффициентов пропускания.

Методика работы с прибором

Колориметр необходимо включить в сеть за 15 мин до начала измерений. Во время прогрева кюветное отделение должно быть открыто (при этом шторка перед фотоприемниками перекрывает световой пучок).

Ручкой ввести необходимый по роду измерения цветной светофильтр. Затем установить минимальную чувствительность прибора, для чего ручку «Чувствительность» поставить в положение «1», а ручку «Установка 100 грубо» — в крайнее левое положение.

Перед измерениями при переключении фотоприемников необходимо проверить установку стрелки микроамперметра на нуль по шкале коэффициентов пропускания при открытом кюветном отделении. В случае смещения стрелки от нулевого положения ее следует подвести к нулю с помощью потенциометра «Нуль».

Ввести в световой поток кювету с водой, закрыть крышу кюветного отделения. Ручками «Чувствительность», «Установка 100 грубо» и «Точно» установить нуль по шкале абсорбционности. Ручка «Чувствительность» может находиться в одном из трех положений: «1», «2» или «З».

Затем поворотом ручки кювету с водой заменить на кювету с окрашенным раствором. Снять отсчет по шкале значений абсорбционности.

Измерения проводятся 3-5 раз, после чего окончательное значение измеренной абсорбционности определяют как среднее арифметическое из всех полученных значений.

Технические характеристики прибора:

Спектральный диапазон работы (разбит на определенные интервалы с помощью светофильтров) 315-980 нм

Приемники излучения:

фотоэлемент Ф-26 для работы в диапазоне 315-590 нм

фотодиод ФД-24К для работы в диапазоне 590-980 нм

Области применения

Инструкция для использования различных категорий колориметра довольно проста для опытных диагностов клинического или исследовательского профиля. Чтобы установить основные узлы, не потребуется много времени при наличии должных навыков. Даже точность, которую предоставляют последние модификации оборудования, порадует хорошими результатами, не хуже, чем предоставляют сложные тактики полноценного химического анализа. Нижние рамки для замера концентрации варьируются в радиусе от 10−3 до 10−8 моль/л.

Обобщенный алгоритм эксплуатации предусматривает всего несколько шагов. Сначала в пучок света потребуется переставить кювет, заполненный контрольной жидкостью с уже известными показаниями. Потом в механическом режиме нужно производить вращение ручки существующих круговых фотометрических клиньев. При установлении стрелки гальванометра на нулевую отметку, движение прекращается.

На кювет с контрольным средством направляют световой луч. Одновременно с этим стрелка гальванометра начинает отклоняться от своего привычного положения. Лаборанту предстоит зафиксировать указанное значение.

Далее останется только отключить аппарат и привести используемые кюветы в порядок для следующего тестирования.

На фоне такой простой схемы становится понятно, почему устройство пользуется спросом в различных сферах промышленного и клинического применения. Техника является одним из самых незаменимых форматов медицинского оборудования, помогающего осуществить оперативные замеры гемоглобина. Она же необходима для оценки текущего уровня общего и прямого билирубина, холестерина, общего белка, мочевой кислоты.

Ее алгоритм охотно используют медицинские лаборатории, занимающиеся обработкой анализов тимоловой пробы, замерами железа, креатина, глюкозы и даже липопротеинов.

Нашла свое применение технология в сельском хозяйстве. Здесь без нее не проводится контроль химического состояния воды, корма. Когда необходимо разобраться с тем, пригодна ли почва для растениеводства или животноводства, тоже приходится привлекать фотоэлектроколориметр. Он с легкостью определит, есть ли во взятом образце переизбыток калия, нитратов, марганца, магния или фосфатов.

Лучшие материалы месяца

Коронавирусы: SARS-CoV-2 (COVID-19)
Антибиотики для профилактики и лечения COVID-19: на сколько эффективны
Самые распространенные «офисные» болезни
Убивает ли водка коронавирус
Как остаться живым на наших дорогах?

По той же причине прибором часто пользуются экологические службы, а также отделы по контролю пищеперерабатывающей и химической промышленности. В редких случаях помощь установки требуется геологам или биохимикам во время научных экспериментов.

Некоторые обыватели, которые далеки от физических и химических теорий, не всегда с первого раза понимают, почему эксперты одинаково часто используют как фотоэлектроколориметры и спектофотометры. Эти два устройства хотя и несколько похожи, но все же исполняют свои задачи несколько по-разному.

При спектральном анализе за основу берут луч в монохроматическом свете. Во втором случае за основу берется полихроматическая среда, формирующаяся специальным фильтром. Меняя светофильтры, получается определять концентрацию различных составляющим в одном и том же растворе с минимальной погрешностью.

Добавляет преимуществ фототехнике фактор упрощенной эксплуатации и относительно небольшая стоимость по отношению к их прямым «конкурентам».

Больше свежей и актуальной информации о здоровье на нашем канале в Telegram. Подписывайтесь: https://t.me/foodandhealthru

Будем признательны, если воспользуетесь кнопочками:

Классификация и особенности

Кроме того что на все модели назначается собственная цена из-за особенностей политики ценообразования каждого бренда, существует несколько других вариантов классификации по профессиональным признакам. Речь идет о разделении агрегатов на визуальные и объективные типы. Второй вариант еще изредка называют фотоэлектрическим.

Визуальные модификации отличаются от аналогов углом попадания света. Здесь проходящий через изучаемую жидкость луч освещает только одну часть в поле зрения. На вторую половину свет только падает, что вызвано прохождением сквозь раствор того же средства, которое было оценено ранее, а его концентрация досконально известна.

При подобном раскладе за основу берется сравнительный результат, чего получается добиться за счет анализа толщины первого слоя при сравнении с интенсивностью светового потока. После того как лаборант успешно добивается обобщения цветовых тонов обеих частей поля зрения, получается вывести схематическое соотношение. Итог порадует относительно точными сведениями касательно процента концентрации у исследуемого раствора.

В зависимости от того, привлекался ли к исследованию цифровой прибор, либо его более примитивные версии, будет колебаться уровень точности. Но в промышленных масштабах используют довольно точные установки, которые хорошо себя зарекомендовали и учетом подсоединения качественных светофильтров. Речь идет о современных аналогах классических визуальных колориметров – фотоэлектроколориметрах.

Их работа порадует повышенной точностью по отношению к устаревшим механизмам, за что следует поблагодарить инновационные фотоэлементы. Чаще всего производитель для подобных целей применяет селеновые и вакуумные приемники излучения. С их помощью получается добиваться практически такой же точности, которую предлагал первый спектрофотометр, но при этом не тратиться на более дорогостоящие покупки. Также технический паспорт подобного продвинутого оборудования для лабораторных изысканий предусматривает следующие улучшенные позиции:

умножители фотоэлектронного формата;
фоторезисторы;
фотодиоды.

Чтобы определить силу конкретного фототока приходится задействовать значения интенсивности падающего на них светового излучения. Так специалист измеряет степень поглощения света растворяющимися частицами, что свидетельствует о процентном значении концентрации исследуемого раствора.

Кроме стандартных фотоэлектроколориметров с обычными отсчетами токовой силы, на рынке медицинского оборудования широко представлены колориметры компенсационного класса. Их оптическая схема несколько отличается из-за разности сигналов, которые соответствуют стандартному и изучаемому раствору. Здешняя отметка сводится к нулю, чего удалось достичь при использовании электрического, либо оптического компенсатора. Начало замеров при подобном раскладе производится с компенсационной шкалой.

Считается, что представленная методика помогает проводить более качественный анализ, так как показатели погрешности не реагируют на:

условия изменений окружающей среды вроде температурных колебаний;
нестабильные свойства элементов самой техники.

Но за повышенную детализацию приходится «расплачиваться» тем, что инструмент не предоставляет результаты напрямую. Вместо этого приходится сверять полученные сведения путем перехода в градуированные графики. Их получают методом измерения растворов с уже изученными концентрационными свойствами.

Рефрактометрия

Рефрактометрия основана на измерении угла преломления светового луча при переходе его из одной среды в другую. Такой переход, предположим из воды в стекло, сопровождается изменением направления света Преломление светового луча измеряют с помощью показателя преломления, представляющего собой отношение синуса угла падения ? к синусу угла преломления β:

Показатель преломления зависит от природы и плотности вещества, его концентрации, температуры, давления среды и длины волны падающего света. При прочих постоянных условиях показатель преломления пропорционален только концентрации вещества.

Аппаратура. Показатели преломления определяют на специальных приборах — рефрактометрах, работающих на принципе измерения предельного угла преломления Если угол падения луча равен 90°, то луч света, преломляясь в другую фазу, образует предельный угол преломления.

При этом существует зависимость:

Если для одной среды известен показатель преломления (n₂), то показатель второй среды легко определить, измерив предельный угол преломления β Предельный угол определяют по границе света и тени, наблюдаемой в рефрактометре. В качестве одной среды используют стекло (стеклянные призмы) с известным значением n₂, второй средой служит раствор, показатель преломления которого необходимо измерить.

Перед производством измерений показания рефрактометра проверяют по дистиллированной воде (nD 20 = 1,3330). Все измерения проводят при постоянной температуре, так как n t _D зависит от нее. Показатель преломления n t _D обозначают с индексами t и D. Индекс t обозначает температуру, при которой производят измерения. Индекс D обозначает желтую линию D в спектре натрия, так как в лабораторных рефрактометрах источником света обычно служит натриевая лампа, испускающая желтый свет.

В простейшем рефрактометре (типа РЛ или РЛ-2) раствор вещества помещают между двумя призмами и, вращая увеличенную трубку, наводят границу света и тени на центр визирного креста. Затем по круговой шкале отсчитывают значение показателя преломления При работе на рефрактометрах сначала замеряют показатель преломления растворителя, затем — раствора.

Рефрактометрическое измерение. Определение концентрации вещества в растворе ведут с помощью калибровочного графика, по таблицам показателей преломления и по рефрактометрическому фактору. Калибровочный график строят по показателям преломления стандартных растворов известной концентрации. На осях координат откладывают значения концентрации, разницу показателей преломления стандартных растворов и растворителя и соединяют полученные точки линией. Измерив, показатель преломления анализируемого раствора, на графике определяют его концентрацию. Для многих веществ разработаны таблицы, в которых приведены показатели преломления растворов с известной концентрацией, например:

2%	4%	6%
CaCl₂	1,33788	1,34251	1,34703
KCl	1,33589	1,33848	1,34106
NaCl	1,33667	1,34002	1,34332

Показатели преломления nD 17 основных растворителей, применяемых в анализе, имеют следующие значения: вода — 1,3333; этанол — 1,3613; ацетон — 1,3591; хлороформ — 1,4456.

Кроме графиков и таблиц для расчета концентраций можно использовать рефрактометрический фактор F, показывающий увеличение показателя преломления раствора при возрастании его концентрации на 1%. Рефрактометрический фактор F (и концентрацию веществ С) определяют по формуле:

где n_p, n_{0 –} показатели преломления раствора и растворителя. Например,. для NaCl фактор F (используем nD 17 4% раствора) равен:

F = (1,34002 – 1,33324)/4 = 0,001695

По фактору, зная показатель преломления раствора и растворителя рассчитывают концентрацию раствора. Все измерения на рефрактометрах проводят при постоянной температуре, для чего в рефрактометрах предусмотрено термостатирование призменного блока. При изменении температуры n t _D изменяется, например, для воды: n_D 10 = 1,33369; n_D 15 = 1,33339; n_D 20 = 1,33299.

Организация безопасной работы с компьютерной техникой кратко
Справка по организации учебного процесса в школе
Риски в антикризисном управлении кратко
Планирование расходов организации кратко
Значение россии в мировой системе добычи и транспортировки нефти кратко

Теоретическая часть

Оптические методы анализа основаны на использовании явлений испускания электромагнитного излучения атомами или молекулами исследуемого вещества или взаимодействия этого излучения с веществом. Так как природа излучения зависит от качественного и количественного состава вещества, то это позволяет проводить его анализ.

По характеру взаимодействия излучения с исследуемым веществом (по поглощению излучения) и способу его измерения различают: абсорбционную спектроскопию; нефелометрию; турбидиметрию; люминесцентный анализ.

В фотометрическом анализе используют поглощение электромагнитного излучения в УФ, видимой и ИК-областях спектра. Наибольшее распространение получили фотометрические методы анализа, основанные на поглощении в видимой области спектра, т.е. в интервале длин волн 400 − 780 нм. Это объясняется возможностью получения множества интенсивно окрашенных органических и неорганических соединений, пригодных для их фотометрического определения в видимой области спектра с помощью достаточно несложных и относительно недорогих приборов.

Химические реакции, используемые в фотометрическом анализе, несмотря на различия в их химизме, должны обязательно сопровождаться возникновением или ослаблением светопоглощения раствора. Как и каждая реакция, используемая в количественном анализе, цветная реакция должна протекать избирательно, быстро, полностью и воспроизводимо. Кроме того, окраска образующейся аналитической формы должна быть устойчивой во времени и к действию света, а поглощение раствора, несущее информацию о концентрации поглощающего вещества, должно подчиняться физическим законам, связывающим поглощение и концентрацию, конкретно закону Бугера – Ламберта – Бера.

При прохождении потока излучения через частично поглощающую среду интенсивность прошедшего потока I согласно закону Бугера − Ламберта − Бера равна

где I − интенсивность падающего потока;

ε − молярный коэффициент поглощения при данной длине волны;

l − толщина поглощающего слоя;

c − концентрация поглощающего вещества, моль/дм 3 .

Или в логарифмической форме:

Величину lg (I / I), характеризующую поглощающую способность вещества в растворе, называют оптической плотностью. В аналитической практике, стремясь подчеркнуть сущность процесса, лежащего в основе фотометрического определения, а именно поглощение квантов электромагнитного излучения оптического диапазона аналитической формой, эту величину называют поглощением или светопоглощением и обозначают буквой А. Для раствора поглощающего вещества при постоянных концентрациях и толщине поглощающего слоя А зависит от длины волны. Серию аналитических определений выполняют при постоянной толщине поглощающего слоя.