1   2   3
Ім'я файлу: 2_5474398829111417118.docx
Розширення: docx
Розмір: 82кб.
Дата: 13.05.2022
скачати













План

Вступ
1. Поняття фотометрії
2. Теорія фотометричного методу
3. Методи фотометричного аналізу
4. Класифікація
5. Основний закон фотометрії
6. Принципи фотометрії
7. Устаткування для фотометричних вимірів

Висновки

Список використаних джерел

Вступ

Термін «фотометрія» походить від двох грецьких слів: фос (Фло) - світло і метрео (цетресо) - вимірюю і в дослівному перекладі на російську мову означає «світлові вимірювання». під словом «Світло» зазвичай розуміють випромінювання, яке викликає зорове відчуття, тобто випромінювання видимого діапазону. Однак відразу відмітимо, що фотометричні поняття, методи і прийоми пріменіми в більш широкому діапазоні довжин хвиль.

Фотометрія - один з найбільш «стародавніх» розділів оптики. недоторие прийоми кількісної оцінки світла були відомі більш двох тисячоліть тому в стародавньому Єгипті і древньої Греції (Наприклад, порівняння блиску зірок).

Інтерес до світловим вимірюданням простежується в літературі, наприклад, у італійського художник і вченого Леона-Баттіста Альберті (1404-1472), італьянського вченого Галілео Галілея (1564-1642); фотометричні досліди описував італійський вчений, інженер, живописець Леонардо да Вінчі (1452-1519). Природно, ці вчені спиралися в основному на емпірічеські дані, а ще точніше, на візуальні порівняння. А початком фотометрії як науки вважають видану на початку ХУПІ в. па- ризьким капуцином Франсуа Марі книгу про вимірювання світла.

Значну частину цієї книги написав французький математик, професор гідрограф: Гаврі П'єр Бугер (1698-1758). праці Бугера грунтувалися не тільки на емпіричних даних, в них розвивалася теорія фотометрії. Теоретичну фотометрію розвивали також німецький астроном Йоганн Кеплер (1571-1630), німецький вчений Йоганн Генріх Ламберт (1728-1777), Леонард Ейлер (1707-1783) (швейцарець за походженням, працював в Санкт-Петербурзі, Берліні).

Кеплер, наприклад, сформулював 1604 р один з основних законів фотометрії, згідно з яким освітлення, вироблене джерелом світла, змінюється назад пропропорційно квадрату відстані до нього. Роботи Бугера, Ейлера Ламберта сформували теоретичну фотометрію як самостійну область прикладної математики, в якості якої вона викладалася поряд з теоретичною механікою вже в ХУПІ в.З російських і радянських учених, які зробили значний внесок у розвиток фотометрії, слід назвати Володимира Олександровича "Міхельсона (1860-1927), Андрія Олександровича Гершун (1903-1952), Володимира Олександровича Фока (1898-1974).

Процеси поширення оптичного випромінювання в світлорозсіювальних середовищах, у тому числі біологічних тканинах, рідинах, субстратах, не є фізично сталою категорією і, внаслідок випадкового розподілу поглинаючих і розсіювальних центрів, залишаються проблемними при вивченні науковцями багатьох суміжних галузей. З'ясування характеру взаємодії світла з динамічним середовищем вирішується в рамках різноманітних теоретичних методів та чисельних теорій, які можна віднести або до загальної хвилевої теорії Максвелла, або до теорії переносу випромінювання (Чандрассекара, Ісімару).

Головною метою більшості чисельних теорій є визначення оптичних характеристик, що є інтегрально-диференційними показниками поля світлової хвилі, що поширюється в біологічному середовищі. Задачі підвищення інформативності визначення оптичних характеристик і присвячена дана робота. Останнім часом інтерес до цієї задачі помітно виріс, що значною мірою пов'язано з розвитком оптики біологічних середовищ і тканин (роботи В.В. Тучіна, А.В. Прієзжева, І.В. Меглинського, О.А. Геніної, А.Н. Ярославської, А.Н. Башкатова, С.А. Праля та інш.).

  1. Поняття фотометрії

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 [2, с. 28].

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.

Протяжне 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.) [7].

Види фотометричних вимірювань:

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 [9, с. 76].

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 [10].

2. 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 [6, с. 81].

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. [8, с. 41].


3. Методи фотометричного аналізу

Вважають, що одним з перших фотометричні методи застосував російський мінералог і хімік В.М. Севергин, що працював наприкінці ХVIII – початку ХIX століть. У другій половині ХIХ століття деякі методи цього типу використали на заводах, наприклад у Нижньому Тагілі. Широке ж поширення фотометрія одержала в Радянському Союзі, починаючи з 30-х років ХХ століття. По числу наукових публікацій фотометричний метод посідає перше місце. У дуже великому масштабі метод використовують у практиці аналізу найрізноманітніших об'єктів. Достоїнство цих прийомів у досить низькій межі виявлення, доступності й простоті, що сполучаються в багатьох випадках з достатньою вибірковістю й швидкістю; точність визначень також для ряду цілей цілком задовільна: відносна помилка звичайно становить 5-10 %. Важливо й те, що фотометричні методи розроблені практично для всіх елементів і дуже багатьох органічних сполук [3, с. 52].

Майже завжди виміру поглинання передує переклад обумовленого компонента в нову хімічну форму, що саме й відрізняє сильним поглинанням променистої енергії. Це може бути пофарбована сполука або сполуки, що поглинають випромінювання в ультрафіолетовій і інфрачервоній області спектра. Відшукання такої сполуки, вибір умов його утворення, знаходження прийомів усунення перешкод з боку інших компонентів – мета й істота хімічної теорії фотометричних методів. Найбільше поширення одержали прийоми, у яких використовують пофарбовані комплекси з органічними реагентами; наукові дослідження в основному присвячені саме цим комплексам, з'ясуванню хімізму відповідних реакцій.

Колись задовольнялися чисто утилітарним результатом: емпірично підібрана кольорова реакція служила цілям визначення елемента або сполуки, але істота процесів, що протікають при цьому, часом було незрозумілим. У переведеній на російську мову в 1935 р. книзі Йоу «Колориметричний аналіз» маса методик, але майже немає відомостей про хімічну істоту описаних реакцій. Наприклад, визначення заліза по реакції з роданідом використали широко, але сполука поглинаюче світло комплексу не знали. Однак з тих пор у хімії пофарбованих сполук досягнуть величезний прогрес. Відомий механізм майже всіх широко застосовуваних у фотометрії реакцій, при розробці нових прийомів обов'язковим вважається з'ясування природи сполук, що утворюються, і опис ряду їхніх фізико-хімічних властивостей, наприклад стійкості в розчині. Ці вимоги вироблені при активній участі відомих хіміків-аналітиків А.К. Бабко й А.Т. Пилипенко [6, с. 73].

У якості фотометричних реагентів використовують речовини різних класів. З неорганічних сполук - це галогеніди й роданіди, перекис водню, аміак, сполуки, що дають гетерополікислоти. З більш численних органічних реагентів можна назвати реагенти, що містять у певнім сполученні гідроксильну й карбоксильную групу, зокрема оксіазосполуки; реагенти з тіольної та тіонної групами. Дуже часто гарний аналітичний ефект дають багатокомпонентні сполуки, наприклад комплекси зі змішаною координаційною сферою.

У більших масштабах ведуться успішні пошуки нових реагентів для фотометричного визначення елементів. Значний внесок внесли дослідження В.И. Кузнєцова й С.Б. Саввіна, які запропонували реагенти групи торона й арсеназо - арсеназо I, арсеназо Ш, сульфохлорфенол С та інші, що дозволяють визначати багато елементів з низькою межею виявлення й високою вибірковістю. Ці реагенти виробляються й застосовуються в багатьох країнах. Особливо ефективні вони при визначенні торія, урану, рідкісноземельних елементів, ніобію. В.П. Живописців увів у практику ефективні реагенти хромпиразол I і хромпиразол II, Ю.А. Банківський вивчив меркоптохінолин, що дозволяє досить вибірково фотометрувати реній і інші елементи. Запропонований також люмогалліон - реагент для фотометричного визначення галію, молібдену, ніобію. Літій зручно визначати з використанням реагенту хіназоліназо. В аналітичній хімії берилія важливі методи, засновані на використанні беррілона II і IV. Чутливе фотометричне визначення титану забезпечується дихлорхромотроповою кислотою, що описали В.И. Кузнєцов і Н.Н. Басаргін [11].

Розроблені й з великою користю застосовуються фотометричні методи, засновані на використанні раніше відомих реагентів. Так И.П. Алімарин узвичаїли в обиход важливий метод визначення ніобію по реакції з роданідом; створено багато цікавих методів з використанням катіонних барвників – кристалічного фіолетового, брильянтового зеленого й аналогічних; антипірилметан застосований для фотометричного визначення титану – цей метод широко відомий. Створений широко застосовуваний метод визначення кремнію, фосфору й миш'яку у вигляді гетерополісполук.

Найчастіше фотометричні методи використовують для визначення малих концентрацій речовин. Однак можна визначати й більші кількості, якщо використати так звану диференціальну фотометрію. Цей прийом у цей час гарне відомий, його активно пропагував Ю.А. Черніхов [6, с. 121].

  1   2   3

скачати

© Усі права захищені
написати до нас