Федеральне Агентство з освіти
Астраханський Державний Університет
Реферат
на тему: Фотометрія
Виконала:
Студентка групи ДХМ311
Шамаева Аміна
Перевірила:
Садомцева О. С.
Астрахань 2007
Зміст
Введення
1. Теорія фотометричного методу
2. Основний закон фотометрії
3. Закон Бугера-Ламберта
4. Закон Бера
5. Методи фотометричного аналізу
6. Основні прийоми фотометричних вимірювань
7. Апаратура
Введення
Фотометрія, розділ прикладної фізики, що займається вимірами світла. З точки зору фотометрії, світло - це випромінювання, здатне викликати відчуття яскравості при впливі на людське око. Таке відчуття викликає випромінювання з довжинами хвиль від ~ 0,38 до ~ 0,78 мкм, причому самим яскравим представляється випромінювання з довжиною хвилі ок. 0,555 мкм (жовто-зеленого кольору). Оскільки чутливість ока до різних довжинах хвиль у людей неоднакова, у фотометрії прийнятий ряд умовностей. У 1931 Міжнародна комісія з освітлення (МКО) ввела поняття «стандартного спостерігача» як якогось середнього для людей з нормальним сприйняттям. Цей еталон МКО - не що інше, як таблиця значень відносної світлової ефективності випромінювання з довжинами хвиль у діапазоні від 0,380 до 0,780 мкм через кожні 0,001 мкм. Яскравість, виміряна відповідно до еталоном МКО, називається фотометричної яскравістю або просто яскравістю.
Фотометричні величини. Потік світлової енергії вимірюється в люменах. Визначити світловий потік в 1 лм неможливо, не звертаючись до світиться тіл, і основною мірою світла тривалий час була «свічка», яка вважалася одиницею сили світла. Справжні свічки вже понад століття не використовуються в якості запобіжного світла, так як з 1862 стала застосовуватися спеціальна масляна лампа, а з 1877 - лампа, в якій спалювався пентан. У 1899 в якості одиниці сили відповіді була прийнята «міжнародна свічка», яка відтворювалася за допомогою повіряються електричних ламп розжарювання. У 1979 була прийнята дещо різниться від неї міжнародна одиниця, названа кандела (кд). Кандела дорівнює силі світла в даному напрямку джерела, що випускає монохроматичне випромінювання частоти 540Ч1012 Гц (l = 555 нм), енергетична сила світлового випромінювання якого в цьому напрямку становить 1 / 683 Вт / ср
Протяжний джерело світла або освітлений предмет характеризується певною яскравістю (фотометричної яскравістю). Якщо сила світла, що випускається 1 м2 такої поверхні в даному напрямку, дорівнює 1 кд, то її яскравість у цьому напрямку дорівнює 1 кд/м2. (Яскравість більшості тіл і джерел світла в різних напрямках неоднакова.)
Види фотометричних вимірювань. Основні види фотометричних вимірювань такі: 1) порівняння сили світла джерел; 2) вимір повного потоку від джерела світла, 3) вимірювання освітленості в заданій площині; 4) вимір яскравості в заданому напрямку; 5) вимір частки світла, що пропускається частково прозорими об'єктами, 6 ) вимір частки світла, відображеної об'єктами.
Загальні методи вимірювання. Існують два загальних методу фотометрії: 1) візуальна фотометрія, в якій при вирівнюванні механічними або оптичними засобами яскравості двох полів порівняння використовується здатність людського ока відчувати відмінності в яскравості, 2) фізична фотометрія, в якій для порівняння двох джерел світла використовуються різні приймачі світла іншого роду - вакуумні фотоелементи, напівпровідникові фотодіоди і т.д. При обох методах для того, щоб результати мали універсальну значущість, умови спостереження (або роботи приладів) повинні бути такими, щоб фотометр реагував на різні довжини хвиль у точній відповідності з «стандартним спостерігачем» МКО. Важливо також, щоб світловий вихід лампи не змінювався в ході вимірів. Для стабілізації та вимірювання струму і напруги в таких умовах зазвичай потрібно досить складна електрична апаратура. У найточніших фотометричних вимірах доводиться стабілізувати струм через лампу з точністю до (2 - 3) Ч10-3%.
Візуальна фотометрія. Історія візуальної фотометрії починається з П. Бугера (1698-1758), чудового вченого, який в 1729 винайшов спосіб порівняння двох потоків світла і сформулював майже всі основні принципи фотометрії. І. Ламберт (1728-1777) далі систематизував теорію фотометрії, і подальший її розвиток йшло в основному по лінії вдосконалення методів. В даний час візуальна фотометрія застосовується обмежено - при вимірюванні дуже слабких світлових потоків, коли важко однозначно інтерпретувати результати фізичної фотометрії.
Фізична фотометрія. Початок фізичної фотометрії поклали Ю. Ельстер і Г. Гейтель, що відкрили в 1889 фотоефект. У 1908 Ш. Фері розробив електричний фотометр, чутливість якого до різних довжинах хвиль була близька до чутливості людського ока. Але лише в 1930-х роках, після вдосконалення вакуумних фотоелементів і винаходи селенового фотодіода, фізична (електрична) фотометрія стала широко застосовуваним методом, особливо в промислових лабораторіях.
1. Теорія фотометричного методу
Метод аналізу, що базується на переведенні визначається компонента в поглинає світло з'єднання з наступним визначенням кількості цього компонента шляхом вимірювання світлопоглинання розчину отриманого з'єднання, називається фотометричним.
За забарвленням розчинів забарвлених речовин можна визначати концентрацію того чи іншого компонента або візуально, або за допомогою фотоелементів - приладів, що перетворюють світлову енергію в електричну. Відповідно до цього розрізняють фотометричний візуальний метод аналізу, званий часто колориметрическим, і метод аналізу з застосуванням фотоелементів - власне фотометричний метод аналізу. Фотометричний метод є об'єктивним методом, оскільки результати його не залежать від здібностей спостерігача, на відміну від результатів колориметричного - суб'єктивного методу.
Фотометричний метод аналізу - один з найстаріших і поширених методів фізико-хімічного аналізу. Його поширенню сприяли порівняльна простота необхідного обладнання, особливо для візуальних методів, висока чутливість і можливість застосування для визначення майже всіх елементів періодичної системи і великої кількості органічних речовин. Відкриття все нових і нових реагентів, що утворюють забарвлені сполуки з неорганічними іонами і органічними речовинами, робить в даний час застосування цього методу майже необмеженою.
Фотометричний метод аналізу може застосовуватися для великого діапазону визначених концентрацій. Його використовують як для визначення основних компонентів різних складних технічних об'єктів з вмістом до 20 -30% визначається компонента, так і для визначення мікродомішок в цих об'єктах при утриманні їх до 10 -3 - 10 -4%. Комбінування фотометричних методів з деякими методами розділення - хромотографіческім, екстракційним дозволяє на 1-2 порядки підвищити чутливість визначення, довівши його до 10 -5.
У деяких випадках фотометричний метод може бути застосований для одночасного визначення в розчині в розчині декількох іонів, хоча його можливості обмежені.
Дуже цінно використання фотометричних методів для вирішення багатьох теоретичних питань аналітичної та фізичної хімії.
Здатність хімічної сполуки, неорганічного іона і органічної угруповання поглинати променисту енергію певних довжин хвиль використовується в фотометрическом аналізі. Серед неорганічних речовин порівняно небагато сполук, що володіють власною забарвленням: це сполуки марганцю (VII), хрому (VI), міді (II) і ін
Кожна речовина має здатність поглинати променисту енергію у вигляді квантів енергії, які відповідають певним довжинам хвиль. Лінії або смуги поглинання розташовуються в ультрафіолетовій, видимій або інфрачервоній областях спектру. Ці смуги і лінії можуть бути використані для якісного і кількісного фотометричного аналізу.
2. Основний закон фотометрії
Якщо світловий потік інтенсивності I 0 падає на кювету, яка містить досліджуваний розчин, то частина цього потоку I до відбивається від стінок кювети і поверхні розчину, частина його I а поглинається молекулами речовини, що міститься в розчині, і витрачається на зміну електронної, обертальної і коливальної енергії цих молекул, частина I а 1 поглинається молекулами самого розчинника.
Якщо в розчині присутні тверді частинки у вигляді мутей або суспензій, то частина світлової енергії I r відбивається і від цих часток і, нарешті, частина енергії I t проходить через кювету. На підставі закону збереження енергії можна написати рівняння:
I 0 = I до + I а + I а 1 + I r + I t (1)
При аналізі прозорих розчинів в рівнянні (1) член I r дорівнює 0. при роботі протягом всього дослідження з одним розчинником член I а 1 можна вважати постійним. Крім того, розчинники завжди підбирають так, щоб вони самі в досліджуваній області спектра володіли мінімальним поглинанням, яким можна знехтувати. При використанні однієї і тієї ж кювети значення відбитого світлового потоку I до дуже мало і їм можна знехтувати. Тому рівняння (1) можна спростити:
I 0 = I а + I t (2)
Безпосередніми вимірами можна визначити інтенсивність падаючого світлового потоку (I 0) і пройшов через розчин, що аналізується (I t). Значення I а може бути знайдено за різницею між I 0 і I t ; Безпосередньому ж вимірюванню ця величина не піддається.
На підставі численних експериментів П. Бугера, а потім і І. Ламбертом був сформульований закон, що встановлює, що шари речовини однакової товщини, при інших рівних умовах, завжди поглинають одну і ту ж частину падаючого на них світлового потоку.
3. Закон Бугера-Ламберта
Два розчину одного і того ж з'єднання різної концентрації однакові за відтінками кольору, але розрізняються по інтенсивності забарвлення. Інтенсивність забарвлення вимірюють з ослаблення енергії світлового потоку певної довжини хвилі. Інтенсивність вхідного світлового потоку позначають зазвичай I 0, а інтенсивність ослабленого поглинанням світлового потоку через I.
Величину поглинання світла можна висловлювати різницею цих двох величин, або їх ставленням. Для різних фотометричних досліджень найбільш зручно виражати інтенсивність світлопоглинання величиною:
Ця величина називається оптичною щільністю і постійно застосовується в різних розрахунках. Зручність застосування саме цієї функції обумовлена прямий пропорційністю між оптичною щільністю і концентрацією, а також товщиною шару розчину пофарбованого з'єднання.
Розглянемо поглинання світла розчином речовини, що знаходиться в кюветі з паралельними стінками. Товщину шару поглинає світло розчину позначимо через b, а інтенсивність світлового потоку, що входить через розчин, через I 0. розділимо довжину, займану розчином у кюветі, на b ділянок. Коли світло пройде через першу ділянку поглинає світло розчину, інтенсивність світла послабиться в n разів і наприкінці першої ділянки дорівнюватиме
де n - число більше одиниці.
Кінець першої ділянки є в той же час початком другого. У другій ділянку розчину потрапляє, таким чином, потік світла з інтенсивністю I 1. при проходженні світла через другий ділянку знов відбудеться послаблення світла в такій же мірі, тобто в n разів. Таким чином, в кінці другої ділянки інтенсивність світлового потоку дорівнює:
Беручи до уваги рівняння (4), отримаємо:
Таким чином, коли потік світла пройде через всю товщину (тобто згідно з умовою через b ділянок), інтенсивність вихідного потоку дорівнює
Звідси
або, Логаріфміруя і вводячи отримане значення в рівняння (3), знаходимо вираз, що зв'язує оптичну щільність D з товщиною шару:
де lgn - постійна величина, характерна для даної речовини. Як видно з рівняння (9), чисельне значення lg n можна знайти, встановивши оптичну щільність розчину в кюветі довжиною 1 см (B = 1).
Залежність між оптичною щільністю і товщиною шару, що виражається рівнянням (9), називається законом Бугера - Ламберта. Залежність (8) можна також вивести з величини поглинання в нескінченно малому шарі, інтегруванням на всю товщину кювети. Для цього, аналогічно сказаного вище, розглянемо поглинання монохроматичного світла тілом з паралельними стінками. Нескінченно тонкий шар поглинає частку енергії входить до нього паралельного монохроматичного пучка світла, пропорційну товщині шару db. Тоді відносне зменшення інтенсивності світлового потоку
де k - коефіцієнт, що характеризує поглинання світла даним тілом й залежний від властивостей даного тіла. Цей коефіцієнт у широких межах не залежить від інтенсивності світлового потоку, тільки при дуже великих її значеннях k перестає бути постійним і спостерігається залежність k від I, тобто виникає нелінійність поглинання і k перестає бути пропорційним I. Проінтегрувавши рівняння (10), отримаємо:
Логаріфміруя рівняння (10), отримаємо:
Постійний коефіцієнт k аналогічний величиною lg n з рівняння (9), тобто k = lg n.
З розглянутого закону випливає:
відношення інтенсивності світлового потоку, що пройшов через шар розчину, до інтенсивності падаючого світлового потоку не залежить від абсолютної інтенсивності падаючого світлового потоку;
якщо товщина шару розчину збільшується в арифметичній прогресії, інтенсивність світлового потоку, що пройшов через нього, зменшується в геометричній прогресії.
4. Закон Бера
Ослаблення інтенсивності світлового потоку при проходженні через розчин залежить від кількості поглинаючих світло центрів на шляху світлового потоку. Розглянемо поглинання світла розчином пофарбованого з'єднання за умови, що склад і структура цієї сполуки не змінюється зі зміною його концентрації. Прикладом такого розчину може бути хромат калію; для сталості pH при розведенні до розчину додають тетраборату натрію.
Якщо налити трохи цього розчину у високий циліндр і вимірювати поглинання світла зверху, тобто в повному шарі. Згідно з умовою, загальна кількість поглинаючих світло центрів залишається постійним при розведенні розчину, тому загальна светопоглощение також не змінюється. При розведенні розчину в n разів концентрація розчину зменшиться в n разів, а товщина шару в циліндрі в стільки ж разів відповідно збільшиться, тому загальна оптична щільність не зміниться. Отже:
де k - коефіцієнт пропорційності, що позначається звичайно через
Нехай розчин, концентрація якого З 1, при товщині шару b 1 має таку ж оптичну щільність, як і розчин того ж речовини при більшій товщині шару b 2. Очевидно, у другому розчині концентрація З 2 речовини менше, ніж у першому розчині щодо:
З 1: З 2 = b 2: b 1 (14)
З 1 b 1 = З 2 b 2 (15)
Цю залежність встановив у 1852 р Бер і експериментально перевірив її вимірами оптичної щільності газоподібного хлору при різних тисках.
Об'єднуючи рівняння (9) і (14), можна написати:
Ця залежність називається законом Бугера - Ламберта - Бера і застосовується при різних розрахунках у фотометричному аналізі. Якщо концентрація С виражена в молях на літр, а товщина шару b - у сантиметрах, то коефіцієнт
Також потрібно сказати, що джерелами помилок при фотометрії можуть бути відхилення від закону Бугера - Ламберта - Бера і особливості виникає забарвлення. Відхилення від закону Бугера - Ламберта - Бера можуть бути викликані і сторонніми речовинами, присутніми в розчині.
5. Методи фотометричного аналізу
Визначення концентрації пофарбованого речовини фотометричним методом практично зводиться до визначення інтенсивності світлового потоку до і після поглинаючого розчину (відповідно I 0 і I t ). Абсолютна визначення інтенсивності цих світлових потоків можливо тільки за допомогою фотоелементів. При визначенні за абсолютної інтенсивності світлового потоку джерело світла, кювету з досліджуваним розчином і приймач світла розташовуються на одній прямій. Це так званий метод однопроменевий фотометрії.
Умови визначення концентрації речовини цим методом також описуються законом Бугера - Ламберта - Бера:
Оскільки фотострум пропорційний інтенсивності падаючого світла, то
де i 0 - фотострум, пропорційний інтенсивності світла I 0
i t - фотострум, пропорційний інтенсивності світла I t
Метод однопроменевий фотометрії дуже простий, але вимагає постійності початкового світлового потоку. У фотометрическом аналізі однопроменевий фотометрія використовується в методі пропорційних відхилень.
При вимірі за методом порівняння інтенсивностей світловий потік від джерела світла пропускають через дві паралельні кювети, що містять порівнювані розчини; промені, які пройшли через кювети, потрапляють на самостійні приймачі світла. Це так званий метод двулучевой фотометрії. Порівняння інтенсивності світлових потоків можна проводити і візуально, людське око здатне вловлювати різницю в интенсивностях забарвлень в межах 10 - 15%.
У фотометрическом аналізі застосовуються реакції різних типів. Для визначення неорганічних компонентів найчастіше використовують реакції освіти (іноді - руйнування) забарвлених комплексних сполук. Більшість металів і неметалів здатні до утворення різних комплексних сполук, в тому числі забарвлених, або, у всякому разі, здатні до взаємодії з пофарбованими комплексами. Тому область застосування фотометричних методів аналізу практично не має обмежень; в даний час відомі досить прості фотометричні методи визначення майже всіх елементів або їх сполук. Для фотометричного визначення органічних компонентів найчастіше використовують реакції синтезу забарвлених сполук. Реакції синтезу зручно застосовувати і для визначення деяких неорганічних компонентів, наприклад сульфідів або нітритів. Значно рідше застосовують у фотометричному аналізі реакції окислення - відновлення. Ряд фотометричних методів заснований на каталітичному ефекті. Чутливість фотометричних методів, заснованих на звичайних реакціях утворення забарвлених сполук, має природний межа. Тому якщо необхідне значне підвищення чутливості, визначається компонент вводять в деяку систему в якості каталізатора. У результаті кожна частка визначається компонента призводить до утворення великої кількості частинок продукту реакції.
Таким чином, центральне місце в фотометрическом аналізі займає хімічна реакція. Час, що витрачається на аналіз, чутливість методу, його точність і вибірковість залежать від вибору хімічної реакції та оптимальних умов утворення пофарбованого з'єднання. Правильне вимірювання світлопоглинання має велике значення. Проте вибір того або іншого способу вимірювання поглинання світла обумовлений, як правило, не особливостями аналізованого матеріалу або вибраної реакцією, а загальними умовами роботи тієї або іншої лабораторії.
Прилади:
поглинання світла вимірюється за допомогою приладів з фотоелементом. Такі прилади називають фотоелектроколориметр (ФЕК). На відміну від візуального способи, за допомогою ФЕК можна безпосередньо виміряти ослаблення інтенсивності первинного світлового потоку. Тому немає необхідності щораз готовити стандартний розчин. Зазвичай при роботі з ФЕК перед виконанням аналізів складають калібрувальний графік по серії стандартних розчинів. Калібрувальним графіком користуються для багатьох визначень, що дуже зручно для масових однотипних аналізів. Якщо поглинання світла вимірюється за допомогою ФЕК, такий спосіб називають фотоколориметричним аналізом.
найбільш досконалим, хоч і більш складним приладом є спектрофотометр. У спектрофотометрі ослаблення інтенсивності світлового потоку вимірюється також за допомогою фотоелементів. Однак у спектрофотометрі є призма або дифракційна решітка, а також щілину. Це дозволяє виділити вузький ділянку спектра, саме той, з яким «оптично реагує» забарвлене з'єднання. Відомо дуже мало «сірих речовин», що поглинають світло рівномірно в усіх ділянках спектра. Більшість же забарвлених речовин поглинає переважно якої-небудь одну ділянку спектра. Тому вимірювання при довжині хвилі, яка відповідає максимуму спектра поглинання, збільшує чутливість. Крім того, полегшується визначення одного пофарбованого з'єднання в присутності іншого, інакше пофарбованого; зокрема, при роботі з спектрофотометром значно поліпшуються результати фотометричного визначення із застосуванням забарвлених реактивів.
6. Основні прийоми фотометричних вимірювань
Метод градуювального графіка.
Відповідно до закону Бугера - Ламберта - Бера графік в координатах А - з повинен бути лине і пряма повинна проходити через початок координат. Для побудови такого графіка достатньо однієї експериментальної точки. Однак градуювальний графік зазвичай будують не менш ніж по трьох точках, що підвищує точність і надійність визначень. При відхиленнях від закону Бугера - Ламберта - Бера, тобто при порушенні лінійної залежності A від c, кількість точок на графіку має бути збільшене. Застосування градуювальних графіків є найбільш поширеним і точним методом фотометричних вимірювань. Основні обмеження методу пов'язані з труднощами приготування еталонних розчинів та обліком впливу так званих третіх компонентів, тобто компонентів, які знаходяться в пробі, самі не визначаються, але на результат впливають.
Метод молярного коефіцієнта поглинання.
При роботі за цим методом визначають оптичну щільність декількох стандартних розчинів A ст, для кожного розчину розраховують
Обмеженням методу є обов'язкове підпорядкування аналізованої системи законом Бугера - Ламберта - Бера, принаймні, в області досліджуваних концентрацій.
Метод добавок.
Цей метод застосовують при аналізі розчинів складного складу, так як він дозволяє автоматично врахувати вплив «третіх» компонентів. Сутність його полягає в наступному. Спочатку визначають оптичну щільність A x аналізованого розчину, що містить визначається компонент невідомої концентрації c x , А потім в аналізований розчин додають відому кількість визначається компонента (з ст) і знову вимірюють оптичну щільність A x + ct.
Оптична щільність A x аналізованого розчину дорівнює:
А оптична щільність аналізованого розчину з добавкою стандартного:
Порівняння рівнянь (17) і (18) дає:
Звідси знаходимо концентрацію аналізованого розчину:
Концентрацію аналізованого речовини в методі добавок можна знайти також за графіком в координатах A x + ст = f (c ст). Рівняння (18) показує, що якщо відкладати A x + ct як функцію з ст, то вийде пряма, екстраполяція якої до перетину з віссю абсцис дасть відрізок, рівний - c x .
7. Апаратура
У будь-якій фотометричної апаратурі різняться такі основні вузли:
джерело світла;
монохроматізатор світла;
кювети;
вузол визначення інтенсивності світла.
Вузол джерела світла складається з власного джерела світла, стабілізатора напруги і в деяких випадках контрольних приладів - амперметра і вольтметра для контролю постійності сили струму і напруги. У деяких найпростіших конструкціях колориметрії, наприклад, КОЛ-52, фотометр ФМ і ін, стабілізатори та контрольні прилади відсутні. В якості джерел світла залежно від використовуваної області спектру застосовують різні прилади. Для отримання світла далекій ультрафіолетової області 220-230 нм використовують водневу лампу або лампу розжарювання для області близького ультрафіолету і видимій частині спектру 320 - 800 нм. В іноземних спектрофотометрах для цієї мети застосовують вольфрамові і дейтерієву розрядні лампи.
Для отримання світла видимої області спектра застосовують звичайні лампи розжарювання. Для отримання світла інфрачервоної області спектру застосовують глобар-стрижень з карбіду кремнію або штифт Нернста - стрижень з суміші оксидів рідкісноземельних елементів. Ці стрижні при прожарюванні їх електричним струмом до 1200 - 2000 0 С випускають інтенсивний потік інфрачервоних променів. При всіх фотометричних вимірах необхідний стійкий потік світлових променів. Це забезпечується в першу чергу стабільним режимом розжарювання. Тому кращі моделі фотометричних приладів обов'язково забезпечені стабілізатором напруги, що накладається на джерело променевого потоку. Контроль за роботою стабілізатора доцільно вести шляхом вимірювання сили струму, що проходить через освітлювач, або напруги, яке на нього подається. У деяких випадках, коли ці прилади відсутні у фабричних моделях, їх приєднують додатково. Крім того, за стабільністю роботи освітлювача можна спостерігати і за допомогою вузла визначення інтенсивності світла.
Монохроматізація світла може бути здійснена за допомогою:
світлофільтрів
призм
дифракційних решіток
Світлофільтрами називаються середовища, здатні пропускати лише певні області спектра. Зазвичай в фотоколориметрія використовуються як світлофільтрів скла.
Знаючи максимум поглинання речовини, можна вибрати такий світлофільтр, який пропускав би тільки промені, що поглинаються розчином, і затримував би всі інші. Частіше всього вдається тільки приблизно виділити за допомогою світлофільтру потрібну область спектра.
У деяких конструкціях, наприклад у монохроматор СФ-9, застосовується подвійна Монохроматізація. Спочатку світловий потік монохроматізіруется за допомогою кварцової призми, а потім більш тонка Монохроматізація досягається за допомогою дифракційної решітки. У вузол монохроматізаціі входять також ряд лінз для посилення пучка світла, діафрагми для виділення вузького пучка монохроматичного світла, дзеркала і призми для зміни напрямку світлового ручка та інші деталі, які не мають принципового значення. Сюди ж відносяться механізми для повороту призм і решіток. У деяких конструкціях вони пов'язані з самописцями для запису фотострумів, завдяки чому в процесі вимірювання оптичної щільності отримують одночасно спектрофотометричних криву залежності оптичної щільності від довжини хвилі.
Вузол кювет найменш складний з облаштування. Кювети повинні бути виготовлені з матеріалу, добре пропускає промені світла, інтенсивність яких вимірюється. Для променів видимої області спектра - це скло, для ультрафіолетових променів - кварц. При роботі з інфрачервоними променями застосовують кювети зі стінками з плавленого хлориду срібла, часто замість розчинів досліджуваних речовин застосовують таблетки з цих речовин з бромідом калію. Кювети бувають найрізноманітніших форм: прямокутні, циліндричні, у вигляді пробірок, кювети з швидким видаленням досліджуваного розчину та інші.
Фотопомножувача. Значне підвищення чутливості фотоелементів може бути досягнуто застосуванням фотопомножувачів. У цьому приладі пучок світла, потрапляючи через віконце на катод 1, вибиває з нього електрони, які під впливом накладеного напруги відкидаються на катод 2, вибиваючи з нього нові електрони; збільшене число електронів потрапляє на катод 3 і так далі. У результаті потік електронів в фотопомножувач сильно зростає. Спектральна характеристика фотопомножувача залежить від природи катода, а чутливість досягає 6000 - 10000 мкА / лм.
У вузол оцінки інтенсивності світлового потоку входять також різного типу діафрагми для ослаблення світлового потоку (оптична компенсація).
Астраханський Державний Університет
Реферат
на тему: Фотометрія
Виконала:
Студентка групи ДХМ311
Шамаева Аміна
Перевірила:
Садомцева О. С.
Астрахань 2007
Зміст
Введення
1. Теорія фотометричного методу
2. Основний закон фотометрії
3. Закон Бугера-Ламберта
4. Закон Бера
5. Методи фотометричного аналізу
6. Основні прийоми фотометричних вимірювань
7. Апаратура
Введення
Фотометрія, розділ прикладної фізики, що займається вимірами світла. З точки зору фотометрії, світло - це випромінювання, здатне викликати відчуття яскравості при впливі на людське око. Таке відчуття викликає випромінювання з довжинами хвиль від ~ 0,38 до ~ 0,78 мкм, причому самим яскравим представляється випромінювання з довжиною хвилі ок. 0,555 мкм (жовто-зеленого кольору). Оскільки чутливість ока до різних довжинах хвиль у людей неоднакова, у фотометрії прийнятий ряд умовностей. У 1931 Міжнародна комісія з освітлення (МКО) ввела поняття «стандартного спостерігача» як якогось середнього для людей з нормальним сприйняттям. Цей еталон МКО - не що інше, як таблиця значень відносної світлової ефективності випромінювання з довжинами хвиль у діапазоні від 0,380 до 0,780 мкм через кожні 0,001 мкм. Яскравість, виміряна відповідно до еталоном МКО, називається фотометричної яскравістю або просто яскравістю.
Фотометричні величини. Потік світлової енергії вимірюється в люменах. Визначити світловий потік в 1 лм неможливо, не звертаючись до світиться тіл, і основною мірою світла тривалий час була «свічка», яка вважалася одиницею сили світла. Справжні свічки вже понад століття не використовуються в якості запобіжного світла, так як з 1862 стала застосовуватися спеціальна масляна лампа, а з 1877 - лампа, в якій спалювався пентан. У 1899 в якості одиниці сили відповіді була прийнята «міжнародна свічка», яка відтворювалася за допомогою повіряються електричних ламп розжарювання. У 1979 була прийнята дещо різниться від неї міжнародна одиниця, названа кандела (кд). Кандела дорівнює силі світла в даному напрямку джерела, що випускає монохроматичне випромінювання частоти 540Ч1012 Гц (l = 555 нм), енергетична сила світлового випромінювання якого в цьому напрямку становить 1 / 683 Вт / ср
Протяжний джерело світла або освітлений предмет характеризується певною яскравістю (фотометричної яскравістю). Якщо сила світла, що випускається
Види фотометричних вимірювань. Основні види фотометричних вимірювань такі: 1) порівняння сили світла джерел; 2) вимір повного потоку від джерела світла, 3) вимірювання освітленості в заданій площині; 4) вимір яскравості в заданому напрямку; 5) вимір частки світла, що пропускається частково прозорими об'єктами, 6 ) вимір частки світла, відображеної об'єктами.
Загальні методи вимірювання. Існують два загальних методу фотометрії: 1) візуальна фотометрія, в якій при вирівнюванні механічними або оптичними засобами яскравості двох полів порівняння використовується здатність людського ока відчувати відмінності в яскравості, 2) фізична фотометрія, в якій для порівняння двох джерел світла використовуються різні приймачі світла іншого роду - вакуумні фотоелементи, напівпровідникові фотодіоди і т.д. При обох методах для того, щоб результати мали універсальну значущість, умови спостереження (або роботи приладів) повинні бути такими, щоб фотометр реагував на різні довжини хвиль у точній відповідності з «стандартним спостерігачем» МКО. Важливо також, щоб світловий вихід лампи не змінювався в ході вимірів. Для стабілізації та вимірювання струму і напруги в таких умовах зазвичай потрібно досить складна електрична апаратура. У найточніших фотометричних вимірах доводиться стабілізувати струм через лампу з точністю до (2 - 3) Ч10-3%.
Візуальна фотометрія. Історія візуальної фотометрії починається з П. Бугера (1698-1758), чудового вченого, який в 1729 винайшов спосіб порівняння двох потоків світла і сформулював майже всі основні принципи фотометрії. І. Ламберт (1728-1777) далі систематизував теорію фотометрії, і подальший її розвиток йшло в основному по лінії вдосконалення методів. В даний час візуальна фотометрія застосовується обмежено - при вимірюванні дуже слабких світлових потоків, коли важко однозначно інтерпретувати результати фізичної фотометрії.
Фізична фотометрія. Початок фізичної фотометрії поклали Ю. Ельстер і Г. Гейтель, що відкрили в 1889 фотоефект. У 1908 Ш. Фері розробив електричний фотометр, чутливість якого до різних довжинах хвиль була близька до чутливості людського ока. Але лише в 1930-х роках, після вдосконалення вакуумних фотоелементів і винаходи селенового фотодіода, фізична (електрична) фотометрія стала широко застосовуваним методом, особливо в промислових лабораторіях.
1. Теорія фотометричного методу
Метод аналізу, що базується на переведенні визначається компонента в поглинає світло з'єднання з наступним визначенням кількості цього компонента шляхом вимірювання світлопоглинання розчину отриманого з'єднання, називається фотометричним.
За забарвленням розчинів забарвлених речовин можна визначати концентрацію того чи іншого компонента або візуально, або за допомогою фотоелементів - приладів, що перетворюють світлову енергію в електричну. Відповідно до цього розрізняють фотометричний візуальний метод аналізу, званий часто колориметрическим, і метод аналізу з застосуванням фотоелементів - власне фотометричний метод аналізу. Фотометричний метод є об'єктивним методом, оскільки результати його не залежать від здібностей спостерігача, на відміну від результатів колориметричного - суб'єктивного методу.
Фотометричний метод аналізу - один з найстаріших і поширених методів фізико-хімічного аналізу. Його поширенню сприяли порівняльна простота необхідного обладнання, особливо для візуальних методів, висока чутливість і можливість застосування для визначення майже всіх елементів періодичної системи і великої кількості органічних речовин. Відкриття все нових і нових реагентів, що утворюють забарвлені сполуки з неорганічними іонами і органічними речовинами, робить в даний час застосування цього методу майже необмеженою.
Фотометричний метод аналізу може застосовуватися для великого діапазону визначених концентрацій. Його використовують як для визначення основних компонентів різних складних технічних об'єктів з вмістом до 20 -30% визначається компонента, так і для визначення мікродомішок в цих об'єктах при утриманні їх до 10 -3 - 10 -4%. Комбінування фотометричних методів з деякими методами розділення - хромотографіческім, екстракційним дозволяє на 1-2 порядки підвищити чутливість визначення, довівши його до 10 -5.
У деяких випадках фотометричний метод може бути застосований для одночасного визначення в розчині в розчині декількох іонів, хоча його можливості обмежені.
Дуже цінно використання фотометричних методів для вирішення багатьох теоретичних питань аналітичної та фізичної хімії.
Здатність хімічної сполуки, неорганічного іона і органічної угруповання поглинати променисту енергію певних довжин хвиль використовується в фотометрическом аналізі. Серед неорганічних речовин порівняно небагато сполук, що володіють власною забарвленням: це сполуки марганцю (VII), хрому (VI), міді (II) і ін
Кожна речовина має здатність поглинати променисту енергію у вигляді квантів енергії, які відповідають певним довжинам хвиль. Лінії або смуги поглинання розташовуються в ультрафіолетовій, видимій або інфрачервоній областях спектру. Ці смуги і лінії можуть бути використані для якісного і кількісного фотометричного аналізу.
2. Основний закон фотометрії
Якщо світловий потік інтенсивності I 0 падає на кювету, яка містить досліджуваний розчин, то частина цього потоку I до відбивається від стінок кювети і поверхні розчину, частина його I а поглинається молекулами речовини, що міститься в розчині, і витрачається на зміну електронної, обертальної і коливальної енергії цих молекул, частина I а 1 поглинається молекулами самого розчинника.
Якщо в розчині присутні тверді частинки у вигляді мутей або суспензій, то частина світлової енергії I r відбивається і від цих часток і, нарешті, частина енергії I t проходить через кювету. На підставі закону збереження енергії можна написати рівняння:
I 0 = I до + I а + I а 1 + I r + I t (1)
При аналізі прозорих розчинів в рівнянні (1) член I r дорівнює 0. при роботі протягом всього дослідження з одним розчинником член I а 1 можна вважати постійним. Крім того, розчинники завжди підбирають так, щоб вони самі в досліджуваній області спектра володіли мінімальним поглинанням, яким можна знехтувати. При використанні однієї і тієї ж кювети значення відбитого світлового потоку I до дуже мало і їм можна знехтувати. Тому рівняння (1) можна спростити:
I 0 = I а + I t (2)
Безпосередніми вимірами можна визначити інтенсивність падаючого світлового потоку (I 0) і пройшов через розчин, що аналізується (I t). Значення I а може бути знайдено за різницею між I 0 і I t ; Безпосередньому ж вимірюванню ця величина не піддається.
На підставі численних експериментів П. Бугера, а потім і І. Ламбертом був сформульований закон, що встановлює, що шари речовини однакової товщини, при інших рівних умовах, завжди поглинають одну і ту ж частину падаючого на них світлового потоку.
3. Закон Бугера-Ламберта
Два розчину одного і того ж з'єднання різної концентрації однакові за відтінками кольору, але розрізняються по інтенсивності забарвлення. Інтенсивність забарвлення вимірюють з ослаблення енергії світлового потоку певної довжини хвилі. Інтенсивність вхідного світлового потоку позначають зазвичай I 0, а інтенсивність ослабленого поглинанням світлового потоку через I.
Величину поглинання світла можна висловлювати різницею цих двох величин, або їх ставленням. Для різних фотометричних досліджень найбільш зручно виражати інтенсивність світлопоглинання величиною:
Ця величина називається оптичною щільністю і постійно застосовується в різних розрахунках. Зручність застосування саме цієї функції обумовлена прямий пропорційністю між оптичною щільністю і концентрацією, а також товщиною шару розчину пофарбованого з'єднання.
Розглянемо поглинання світла розчином речовини, що знаходиться в кюветі з паралельними стінками. Товщину шару поглинає світло розчину позначимо через b, а інтенсивність світлового потоку, що входить через розчин, через I 0. розділимо довжину, займану розчином у кюветі, на b ділянок. Коли світло пройде через першу ділянку поглинає світло розчину, інтенсивність світла послабиться в n разів і наприкінці першої ділянки дорівнюватиме
де n - число більше одиниці.
Кінець першої ділянки є в той же час початком другого. У другій ділянку розчину потрапляє, таким чином, потік світла з інтенсивністю I 1. при проходженні світла через другий ділянку знов відбудеться послаблення світла в такій же мірі, тобто в n разів. Таким чином, в кінці другої ділянки інтенсивність світлового потоку дорівнює:
Беручи до уваги рівняння (4), отримаємо:
Таким чином, коли потік світла пройде через всю товщину (тобто згідно з умовою через b ділянок), інтенсивність вихідного потоку дорівнює
Звідси
або, Логаріфміруя і вводячи отримане значення в рівняння (3), знаходимо вираз, що зв'язує оптичну щільність D з товщиною шару:
де lgn - постійна величина, характерна для даної речовини. Як видно з рівняння (9), чисельне значення lg n можна знайти, встановивши оптичну щільність розчину в кюветі довжиною
Залежність між оптичною щільністю і товщиною шару, що виражається рівнянням (9), називається законом Бугера - Ламберта. Залежність (8) можна також вивести з величини поглинання в нескінченно малому шарі, інтегруванням на всю товщину кювети. Для цього, аналогічно сказаного вище, розглянемо поглинання монохроматичного світла тілом з паралельними стінками. Нескінченно тонкий шар поглинає частку енергії входить до нього паралельного монохроматичного пучка світла, пропорційну товщині шару db. Тоді відносне зменшення інтенсивності світлового потоку
де k - коефіцієнт, що характеризує поглинання світла даним тілом й залежний від властивостей даного тіла. Цей коефіцієнт у широких межах не залежить від інтенсивності світлового потоку, тільки при дуже великих її значеннях k перестає бути постійним і спостерігається залежність k від I, тобто виникає нелінійність поглинання і k перестає бути пропорційним I. Проінтегрувавши рівняння (10), отримаємо:
Логаріфміруя рівняння (10), отримаємо:
Постійний коефіцієнт k аналогічний величиною lg n з рівняння (9), тобто k = lg n.
З розглянутого закону випливає:
відношення інтенсивності світлового потоку, що пройшов через шар розчину, до інтенсивності падаючого світлового потоку не залежить від абсолютної інтенсивності падаючого світлового потоку;
якщо товщина шару розчину збільшується в арифметичній прогресії, інтенсивність світлового потоку, що пройшов через нього, зменшується в геометричній прогресії.
4. Закон Бера
Ослаблення інтенсивності світлового потоку при проходженні через розчин залежить від кількості поглинаючих світло центрів на шляху світлового потоку. Розглянемо поглинання світла розчином пофарбованого з'єднання за умови, що склад і структура цієї сполуки не змінюється зі зміною його концентрації. Прикладом такого розчину може бути хромат калію; для сталості pH при розведенні до розчину додають тетраборату натрію.
Якщо налити трохи цього розчину у високий циліндр і вимірювати поглинання світла зверху, тобто в повному шарі. Згідно з умовою, загальна кількість поглинаючих світло центрів залишається постійним при розведенні розчину, тому загальна светопоглощение також не змінюється. При розведенні розчину в n разів концентрація розчину зменшиться в n разів, а товщина шару в циліндрі в стільки ж разів відповідно збільшиться, тому загальна оптична щільність не зміниться. Отже:
де k - коефіцієнт пропорційності, що позначається звичайно через
Нехай розчин, концентрація якого З 1, при товщині шару b 1 має таку ж оптичну щільність, як і розчин того ж речовини при більшій товщині шару b 2. Очевидно, у другому розчині концентрація З 2 речовини менше, ніж у першому розчині щодо:
З 1: З 2 = b 2: b 1 (14)
З 1 b 1 = З 2 b 2 (15)
Цю залежність встановив у
Об'єднуючи рівняння (9) і (14), можна написати:
Ця залежність називається законом Бугера - Ламберта - Бера і застосовується при різних розрахунках у фотометричному аналізі. Якщо концентрація С виражена в молях на літр, а товщина шару b - у сантиметрах, то коефіцієнт
Також потрібно сказати, що джерелами помилок при фотометрії можуть бути відхилення від закону Бугера - Ламберта - Бера і особливості виникає забарвлення. Відхилення від закону Бугера - Ламберта - Бера можуть бути викликані і сторонніми речовинами, присутніми в розчині.
5. Методи фотометричного аналізу
Визначення концентрації пофарбованого речовини фотометричним методом практично зводиться до визначення інтенсивності світлового потоку до і після поглинаючого розчину (відповідно I 0 і I t ). Абсолютна визначення інтенсивності цих світлових потоків можливо тільки за допомогою фотоелементів. При визначенні за абсолютної інтенсивності світлового потоку джерело світла, кювету з досліджуваним розчином і приймач світла розташовуються на одній прямій. Це так званий метод однопроменевий фотометрії.
Умови визначення концентрації речовини цим методом також описуються законом Бугера - Ламберта - Бера:
Оскільки фотострум пропорційний інтенсивності падаючого світла, то
де i 0 - фотострум, пропорційний інтенсивності світла I 0
i t - фотострум, пропорційний інтенсивності світла I t
Метод однопроменевий фотометрії дуже простий, але вимагає постійності початкового світлового потоку. У фотометрическом аналізі однопроменевий фотометрія використовується в методі пропорційних відхилень.
При вимірі за методом порівняння інтенсивностей світловий потік від джерела світла пропускають через дві паралельні кювети, що містять порівнювані розчини; промені, які пройшли через кювети, потрапляють на самостійні приймачі світла. Це так званий метод двулучевой фотометрії. Порівняння інтенсивності світлових потоків можна проводити і візуально, людське око здатне вловлювати різницю в интенсивностях забарвлень в межах 10 - 15%.
У фотометрическом аналізі застосовуються реакції різних типів. Для визначення неорганічних компонентів найчастіше використовують реакції освіти (іноді - руйнування) забарвлених комплексних сполук. Більшість металів і неметалів здатні до утворення різних комплексних сполук, в тому числі забарвлених, або, у всякому разі, здатні до взаємодії з пофарбованими комплексами. Тому область застосування фотометричних методів аналізу практично не має обмежень; в даний час відомі досить прості фотометричні методи визначення майже всіх елементів або їх сполук. Для фотометричного визначення органічних компонентів найчастіше використовують реакції синтезу забарвлених сполук. Реакції синтезу зручно застосовувати і для визначення деяких неорганічних компонентів, наприклад сульфідів або нітритів. Значно рідше застосовують у фотометричному аналізі реакції окислення - відновлення. Ряд фотометричних методів заснований на каталітичному ефекті. Чутливість фотометричних методів, заснованих на звичайних реакціях утворення забарвлених сполук, має природний межа. Тому якщо необхідне значне підвищення чутливості, визначається компонент вводять в деяку систему в якості каталізатора. У результаті кожна частка визначається компонента призводить до утворення великої кількості частинок продукту реакції.
Таким чином, центральне місце в фотометрическом аналізі займає хімічна реакція. Час, що витрачається на аналіз, чутливість методу, його точність і вибірковість залежать від вибору хімічної реакції та оптимальних умов утворення пофарбованого з'єднання. Правильне вимірювання світлопоглинання має велике значення. Проте вибір того або іншого способу вимірювання поглинання світла обумовлений, як правило, не особливостями аналізованого матеріалу або вибраної реакцією, а загальними умовами роботи тієї або іншої лабораторії.
Прилади:
поглинання світла вимірюється за допомогою приладів з фотоелементом. Такі прилади називають фотоелектроколориметр (ФЕК). На відміну від візуального способи, за допомогою ФЕК можна безпосередньо виміряти ослаблення інтенсивності первинного світлового потоку. Тому немає необхідності щораз готовити стандартний розчин. Зазвичай при роботі з ФЕК перед виконанням аналізів складають калібрувальний графік по серії стандартних розчинів. Калібрувальним графіком користуються для багатьох визначень, що дуже зручно для масових однотипних аналізів. Якщо поглинання світла вимірюється за допомогою ФЕК, такий спосіб називають фотоколориметричним аналізом.
найбільш досконалим, хоч і більш складним приладом є спектрофотометр. У спектрофотометрі ослаблення інтенсивності світлового потоку вимірюється також за допомогою фотоелементів. Однак у спектрофотометрі є призма або дифракційна решітка, а також щілину. Це дозволяє виділити вузький ділянку спектра, саме той, з яким «оптично реагує» забарвлене з'єднання. Відомо дуже мало «сірих речовин», що поглинають світло рівномірно в усіх ділянках спектра. Більшість же забарвлених речовин поглинає переважно якої-небудь одну ділянку спектра. Тому вимірювання при довжині хвилі, яка відповідає максимуму спектра поглинання, збільшує чутливість. Крім того, полегшується визначення одного пофарбованого з'єднання в присутності іншого, інакше пофарбованого; зокрема, при роботі з спектрофотометром значно поліпшуються результати фотометричного визначення із застосуванням забарвлених реактивів.
6. Основні прийоми фотометричних вимірювань
Метод градуювального графіка.
Відповідно до закону Бугера - Ламберта - Бера графік в координатах А - з повинен бути лине і пряма повинна проходити через початок координат. Для побудови такого графіка достатньо однієї експериментальної точки. Однак градуювальний графік зазвичай будують не менш ніж по трьох точках, що підвищує точність і надійність визначень. При відхиленнях від закону Бугера - Ламберта - Бера, тобто при порушенні лінійної залежності A від c, кількість точок на графіку має бути збільшене. Застосування градуювальних графіків є найбільш поширеним і точним методом фотометричних вимірювань. Основні обмеження методу пов'язані з труднощами приготування еталонних розчинів та обліком впливу так званих третіх компонентів, тобто компонентів, які знаходяться в пробі, самі не визначаються, але на результат впливають.
Метод молярного коефіцієнта поглинання.
При роботі за цим методом визначають оптичну щільність декількох стандартних розчинів A ст, для кожного розчину розраховують
Обмеженням методу є обов'язкове підпорядкування аналізованої системи законом Бугера - Ламберта - Бера, принаймні, в області досліджуваних концентрацій.
Метод добавок.
Цей метод застосовують при аналізі розчинів складного складу, так як він дозволяє автоматично врахувати вплив «третіх» компонентів. Сутність його полягає в наступному. Спочатку визначають оптичну щільність A x аналізованого розчину, що містить визначається компонент невідомої концентрації c x , А потім в аналізований розчин додають відому кількість визначається компонента (з ст) і знову вимірюють оптичну щільність A x + ct.
Оптична щільність A x аналізованого розчину дорівнює:
А оптична щільність аналізованого розчину з добавкою стандартного:
Порівняння рівнянь (17) і (18) дає:
Звідси знаходимо концентрацію аналізованого розчину:
Концентрацію аналізованого речовини в методі добавок можна знайти також за графіком в координатах A x + ст = f (c ст). Рівняння (18) показує, що якщо відкладати A x + ct як функцію з ст, то вийде пряма, екстраполяція якої до перетину з віссю абсцис дасть відрізок, рівний - c x .
7. Апаратура
У будь-якій фотометричної апаратурі різняться такі основні вузли:
джерело світла;
монохроматізатор світла;
кювети;
вузол визначення інтенсивності світла.
Вузол джерела світла складається з власного джерела світла, стабілізатора напруги і в деяких випадках контрольних приладів - амперметра і вольтметра для контролю постійності сили струму і напруги. У деяких найпростіших конструкціях колориметрії, наприклад, КОЛ-52, фотометр ФМ і ін, стабілізатори та контрольні прилади відсутні. В якості джерел світла залежно від використовуваної області спектру застосовують різні прилади. Для отримання світла далекій ультрафіолетової області 220-230 нм використовують водневу лампу або лампу розжарювання для області близького ультрафіолету і видимій частині спектру 320 - 800 нм. В іноземних спектрофотометрах для цієї мети застосовують вольфрамові і дейтерієву розрядні лампи.
Для отримання світла видимої області спектра застосовують звичайні лампи розжарювання. Для отримання світла інфрачервоної області спектру застосовують глобар-стрижень з карбіду кремнію або штифт Нернста - стрижень з суміші оксидів рідкісноземельних елементів. Ці стрижні при прожарюванні їх електричним струмом до 1200 - 2000 0 С випускають інтенсивний потік інфрачервоних променів. При всіх фотометричних вимірах необхідний стійкий потік світлових променів. Це забезпечується в першу чергу стабільним режимом розжарювання. Тому кращі моделі фотометричних приладів обов'язково забезпечені стабілізатором напруги, що накладається на джерело променевого потоку. Контроль за роботою стабілізатора доцільно вести шляхом вимірювання сили струму, що проходить через освітлювач, або напруги, яке на нього подається. У деяких випадках, коли ці прилади відсутні у фабричних моделях, їх приєднують додатково. Крім того, за стабільністю роботи освітлювача можна спостерігати і за допомогою вузла визначення інтенсивності світла.
Монохроматізація світла може бути здійснена за допомогою:
світлофільтрів
призм
дифракційних решіток
Світлофільтрами називаються середовища, здатні пропускати лише певні області спектра. Зазвичай в фотоколориметрія використовуються як світлофільтрів скла.
Знаючи максимум поглинання речовини, можна вибрати такий світлофільтр, який пропускав би тільки промені, що поглинаються розчином, і затримував би всі інші. Частіше всього вдається тільки приблизно виділити за допомогою світлофільтру потрібну область спектра.
У деяких конструкціях, наприклад у монохроматор СФ-9, застосовується подвійна Монохроматізація. Спочатку світловий потік монохроматізіруется за допомогою кварцової призми, а потім більш тонка Монохроматізація досягається за допомогою дифракційної решітки. У вузол монохроматізаціі входять також ряд лінз для посилення пучка світла, діафрагми для виділення вузького пучка монохроматичного світла, дзеркала і призми для зміни напрямку світлового ручка та інші деталі, які не мають принципового значення. Сюди ж відносяться механізми для повороту призм і решіток. У деяких конструкціях вони пов'язані з самописцями для запису фотострумів, завдяки чому в процесі вимірювання оптичної щільності отримують одночасно спектрофотометричних криву залежності оптичної щільності від довжини хвилі.
Вузол кювет найменш складний з облаштування. Кювети повинні бути виготовлені з матеріалу, добре пропускає промені світла, інтенсивність яких вимірюється. Для променів видимої області спектра - це скло, для ультрафіолетових променів - кварц. При роботі з інфрачервоними променями застосовують кювети зі стінками з плавленого хлориду срібла, часто замість розчинів досліджуваних речовин застосовують таблетки з цих речовин з бромідом калію. Кювети бувають найрізноманітніших форм: прямокутні, циліндричні, у вигляді пробірок, кювети з швидким видаленням досліджуваного розчину та інші.
Фотопомножувача. Значне підвищення чутливості фотоелементів може бути досягнуто застосуванням фотопомножувачів. У цьому приладі пучок світла, потрапляючи через віконце на катод 1, вибиває з нього електрони, які під впливом накладеного напруги відкидаються на катод 2, вибиваючи з нього нові електрони; збільшене число електронів потрапляє на катод 3 і так далі. У результаті потік електронів в фотопомножувач сильно зростає. Спектральна характеристика фотопомножувача залежить від природи катода, а чутливість досягає 6000 - 10000 мкА / лм.
У вузол оцінки інтенсивності світлового потоку входять також різного типу діафрагми для ослаблення світлового потоку (оптична компенсація).