Послідовність виконання роботи

1. Увімкнути блок живлення лазера і після 5-6 хв. прогріву натиснути кнопку «пуск».

2. Виставити дифракційну гратку і отримати чітку дифракційну картину на екрані.

3. Виміряти положення перших, других і третіх максимумів дифракції (відрахувати відстань від головного максимуму вправо (h_к) і вліво (h’_к)).

4. Результати вимірювань занести в таблицю 4.5.1.

5. Визначити довжину хвилі випромінювання лазера, енергію кванта випромінювання Е = h∙() і порахувати відносну похибку.

6. Зіставити отриманий результат із значенням довжини хвилі випромінювання з технічних даних приладу.

7. Зробити висновки відносно похибки досліду.

Таблиця 4.5.1.

№ пп	Порядок спектру, К	Період гратки	hк	hк		l		
		d, мм	мм	мм	мм	мм	мм	мм	%
1
2
3
Сер.

Таблиця 4.5.2.

Номер дифр. кільця	m	L,мм	Д1,мм	Д2,мм	Д,мм	tg	sin	r,мм	,мм

8. Виставте мазок крові і отримайте чітку дифракційну картину на екрані. Виміряйте зовнішній Д₁і внутрішній Д₂діаметри першого темного кільця і обчисліть діаметр кільця Д за формулою (4.5.10).

9. Обчисліть tg₁за формулою (4.5.8) і по таблиці знайдітьsin₁.

10. Обчисліть розмір еритроциту r₁ за формулою (4.5.7): а) зробіть аналогічні виміри і обчислення для наступних світлих і темних кілець; б) обчисліть середній розмір еритроциту ; в) результати вимірювань і обчислень занесіть у таблицю 4.5.2.

11. Зробити висновки по лабораторній роботі.

Контрольні запитання

1. Будова і принцип дії гелій-неонового лазера.

2. Основні властивості лазерного випромінювання.

3. Механізм виникнення індукованого випромінювання.

4. Застосування лазерів у медицині.

5. Дифракційна гратка — оптичний пристрій.

6. Дифракція на гратці.

7. Як визначити розмір еритроцита по явищу

дифракції на мазку крові?

4.6. Лабораторна робота № 6 Визначення концентрації розчину за допомогою фотоелектроколориметра

Мета роботи:вивчити будову і принцип роботифотоелектроколориметра, визначити концентрації забарвлених розчинів.

Обладнання:фотоелектроколориметр ФЕК-56, набір розчинів.

Теоретичні відомості

При пропусканні світла через шар речовини його інтенсивність зменшується. Зменшення інтенсивності є наслідком взаємодії світлової хвилі з електронами речовини, в результаті якої частина світлової енергії передається електронам. Це явище називається поглинанням світла (рис.4.6.1). Нехай через однорідну речовину проходить пучок паралельних монохроматичних променів, довжиною хвилі . Виділимо елементарну дільницю шару речовини, товщиноюdх(рис.4.6.2).

При проходженні світла через таку дільницю його інтенсивність Іпослаблюється. Зміна інтенсивностіdІ пропорційна інтенсивності падаючого світла і товщині шаруdх:

dІ = -kIdx, (4.6.1)

де k — монохроматичний показник поглинання, який залежить від властивостей середовища і не залежить від товщини шару dх. Знак «-» означає, що інтенсивність світла зменшується.

Знайдемо інтенсивність Ісвітла, яке пройшло шар речовини, товщиноюl, якщо інтенсивність світла, яке входить у середовище, І₀.

Рис 4.6.1. Зменшення інтенсивності світла І при пропусканні через речовину, товщиною l.

Рис. 4.6.2. Схема доведення закону поглинання.

Для цього проінтегруємо вираз (4.6.1), попередньо розділивши змінні:

.

В результаті отримаємо:

,

звідки

І=. (4.6.2)

Це закон Бугера. Він показує, що інтенсивність світла зменшується в геометричній прогресії, якщо товщина шару зростає в арифметичній прогресії. Натуральний монохро­матичний показник поглинанняkє величиною, оберненою відстані, на якій інтенсивність світла зменшується за рахунок поглинання в середовищі ве разів.

Монохроматичний натуральний показник поглинання розчину поглинаючої речовини в непоглинаючому розчиннику пропорційний концентрації С розчину (закон Бера):

, (4.6.3)

де k_l — натуральний показник поглинання, віднесений до концентрації розчину. Закон Бера виконується тільки для розбавлених розчинів. В концентрованих розчинах він порушується внаслідок впливу взаємодії між близько розташованими молекулами поглинаючої речовини. Підставляючи вираз (4.6.3) в (4.6.2), отримуємо закон Бугера–Ламберта–Бера:

(4.6.4)

Відношення єкоефіцієнтом пропускання.Оптична густина речовини рівна:

Д = . (4.6.5)

З виразів (4.6.4) і (4.6.5) отримуємо:

Д = . (4.6.6)

Закон Бугера–Ламберта–Бера є основою концентраційної колориметрії — фотометричний метод визначення концентрації речовини в зафарбованих розчинах. В концентраційній колориметрії використовуються методи, пов’язані з тією або іншою формулою фотометрії, тобто зміною інтенсивності світла. Для цього використовують дві групи приладів: об’єктивні (фотоелектроколориметри) і суб’єктивні або візуальні (фотометри).

Рис.4.6.3. Оптична схема фотоелектроколоримера ФЕК-56.

В клінічній практиці цей метод використовується для: вимірювання процентного вмісту оксигемоглобіну в крові; визначення мікроелементів у крові; залишкового азоту, сечовини і креатину в крові і амінокислотах: фосфору, ліпідів у біологічних тканинах; цукру в крові та сечі.

В нашій лабораторній роботі вико­рис­товується фотоелектроколориметр ФЕК — 56. Оптична схема представлена на рис.4.6.3. В основі принципу роботи приладу покладено метод вимірювання двох світлових потоків шляхом зміни одного з них з допомогою діафрагми із змінним отвором.

Світло від джерела 1 з допомогою дзеркал 2 і конденсорів 3 розділяється на два пучки. Пучок 1 проходить через кювету 4 з досліджуваним розчином і систему оптичних клинів 5. Пучок світла 2 проходить через кювету 6 з розчинником і щілинну діафрагму 7.

Потім обидва пучки світла попадають на фотоелементи 8 і 9. Гальванометр 10 реєструє різницю фотострумів. За допомогою оптичних клинів зрівнюються світлові потоки, які попадають на фотоелементи при відсутності розчинів. При цьому стрілка гальванометра встановлюється на 0.

Якщо на шляху пучка 1 поставити кювету з досліджуваним розчином, а на шляху пучка 2 — з розчинником, рівність світлових потоків порушиться за рахунок різних оптичних густин і покази гальванометра будуть відрізнятися від 0.

Щоб відтворити порушену рівновагу, потрібно змінити інтенсивність пучка світла 2 за допомогою щілинної діафрагми. Розмір щілини діафрагми регулюється барабаном 2, на шкалі якого нанесені значення оптичної густини (і коефіцієнта пропускання). Щоб виміри проводити в монохроматичному світлі, на шляху обох пучків ставляться світлофільтри 12.