Анализ гетерогенных сред.
Гетерогенные (дисперсные) среды – неоднородные среды (жидкость, содержащая механические частицы, частицы воздуха или частицы другой жидкости, не смешивающиеся с основной средой).
I1 = I0 e –Kpδ (1)
Kp = (λ,Vч, n C)
I2 = a I0 (2)
a= f (λ,Vч, n C)
При прохождении электромагнитного слоя излучения гетерогенной среды имеет место следующие явления: прохождение, огибание, в случае , если λизл < d частицы- дифракция.
При просвечивании гетерогенной среды возникает два потока излучения :
Выходит из среды в направлении, совпадающим с направлением луча, создаваемого источником излучения (поток с интенсивностью I1 .Он пропускается в приемник излучения ПИ1 и описывается уравнением 1)
Поток рассеянного излучения I2 ,он может быть измерян под любым углом, однако, чаще измеряется под углом 900 к направлению луча от источника. Появление этого потока связано с названным ранее явлениями – рассеяние, преломление, отражение.Описывается формулой 2 .
Kp – показатель рассеивания, который является сложным и определяется экспериментальным путем функции длины волны λ, объема частицы Vч
а- постоянный коэффициент, который является функцией от названных выше величин.
n- коэффициент преломления материальной частицы.
С – концентрация.
Анализаторы, которые используются в работе, выходящие из гетерогенной среды – турбидиметры.
Анализаторы, которые используют в работе рассеянное излучение, выходящее из гетерогенной среды – нефелометрами.
Фотоколориметры.
Существует много схем фотоколориметров. Наиболее важными являются фотоколориметры, построенные по схемам прямого измерительного преобразования и уравновешенного измерительного преобразования. Характерной особенностью фотоколориметров является то, что выбранная длина волны выделяется с помощью фильтров.
Фотоколориметр, реализующий прямое измерительное преобразование:
Здесь луч света от лампы 1 поступает в оптическую систему 2 и далее через один из фильтров Ф1 Ф2 Ф3, призму 3 и зеркала 4 направляется в 2 канала: измерительный и сравнительный. В этих каналах располагаются стеклянные кюветы 5, заполненные анализируемой средой, а 6 – эталонной средой. Оптическая плотность Dэт известна. Лучи, выходящие из кювет попадают в 2 идентичных по характеристикам фотоприемника(фотоэлемента, фотодиода), сигналы которых поступают на вход дифференциального усилителя 9, вычисляет их разность и усиливает разность сигналов. Выходящий сигнал дифференциального усилителя 9 подается на аналоговый или цифровой вольтметр 10 и описывается фомулой:
U = k(D – Dэт), где k- коэффициент преобразования.
Недостаток схемы: Фотоприемники могут во времени по разному изменять свои характеристики, что приводит к погрешности. Кроме того определение погрешности вносит старение источника излучения 1 во времени.
От этих недостатков свободен фотоколориметр, построенный по схеме уравновешенного измерительного преобразования.
Все элементы, до 7 включительно, идентичны схеме а, причем, здесь используется 1 фотоприемник. А излучении из измерительного и сравнительного каналов поступают на фотоприемник поочередно. Для этого используется обтюратор 14 (диск с отверстиями 16, который приводится во вращательное движение с помощью синхронного двигателя 15). На графике показаны сигналы фотоприемника, поступающие от измерительного И и сравнительного Ср каналов. Если импульсы по амплитуде такие, как показано на графике сплошной линией, то специальный усилитель 10 усиливает их и управляет работой реверсивного двигателя 11 т.о. чтобы, его ротор, механически связанный со шторкой 17, перемещал бы ее в направлении уменьшения потока света, поступающего из сравнительного канала. Это перемещение будет происходить до тех пор пока импульсы сравнительного и эталонного канала не станут равны по амплитуде импульсам, поступающим из измерительного канала (пунктир).
При таком условии ротор двигателя останавливается, т.е. будет достигнуто уравновешение, а значение разности оптических плотностей будет определяться показаниям стрелки 12 на шкале 13.
Такая схема достигает равновесия при одном и том же значении разности оптической плотности , т.к. это равновесие практически не зависит от характеристик источника и приемника электромагнитного излучения. Класс точности 0,5 – 1,5. Сами по себе они используются для анализа окрашенных сред, однако, широчайшее применение они имеют в случаях, когда для анализа используются дополнительные химические реакции. Они предают прозрачной среде характерную окраску, интенсивность которой зависит от концентрации определяемого компонента.