Фотоколориметры

Функционируют фотоколориметры на основе сорбционно-оптического метода, в котором используется свойство растворов сорбировать (поглощать) световой поток в зависимости от их концентрации. Фотоколориметры работают в видимой части спектра оптического излучения.

Принцип работы фотоколориметров состоит в следующем, пропущенный через раствор световой поток с начальной интенсивностью Ф₀ ослабляется до значения Ф в результате частичного поглощения его раствором. Связь между интенсивностью ослабленного потока и концентрацией С раствора для монохроматического излучения (длиной волны λ = ______ ) выражается через закон Бугера – Ламберта – Бера:

,

где l –толщина слоя раствора; ε_λ – коэффициент поглощения светового излучения раствором для данной длины волны.

Фотоколориметры применяют для измерения концентрации окрашенных растворов, в том числе степени осветления. Один из вариантов фотоколориметра приведен на рис. 3.30.

Свет от источника 1 призмой 2 и зеркалами 3 и 4 делится на два равных световых потока. Один из них проходит через измерительную кювету 5, а другой – через сравнительную кювету 6, заполненную эталонным раствором. Световые потоки попадают на фоторезисторы 7 и 8 мостовой измерительной схемы. На рис. 3.30 отсутствуют световые фильтры перед кюветами, светофильтры необходимы для монохроматизма светового потока.

Перед началом работы фотоколориметра, через измерительную кювету пропускают раствор с той же концентрацией, что и в сравнительной кювете, это необходимо для установления мостовой измерительной схемы в равновесие, при этом поглощение светового потока обеими кюветами одинаково.

Изменения светопоглощения контролируемым раствором в зависимости от его концентрации вызывает изменение освещенности фоторезистора 7. Сопротивление этого фоторезистора отреагирует следующим образом, если концентрация раствора увеличится, то освещенность уменьшится, а электрическое сопротивление фоторезистора 7 увеличится и наоборот. Таким образом, концентрация находится в обратной зависимости от освещенности и в прямой – от величины электрического сопротивления фоторезистора. Возникшее на выходе мостовой измерительной схемы напряжение после его усиления в усилителе 9 отражается при помощи показаний измерительного прибора 10.

Оптические абсорбционные газоанализаторы

Такие газы, как водород, оксид и диоксид углерода, аммиак, метан поглощают инфракрасное излучение, а хлор, озон, пары ртути — ультрафиолетовое излучение. Принцип действия оптико-абсорбционных газоанализаторов основан на способности перечисленных выше газов селективно поглощать либо инфракрасное излучение, либо ультрафиолетовое излучение. Оптические абсорбционные в инфракрасной области спектра (оптико-акустические) газоанализаторы на СО, СO₂, СH₄, С₂H₂ .

Принцип действия этих приборов основан на определении количества энергии, теряемой прерывистым потоком инфракрасного излучения при прохождении через слой анализируемой газовой смеси, т.е. на способности определяемых газов поглощать инфракрасные лучи. Этой способностью обладают все газы, за исключением одноатомных, а также водорода, кислорода, азота и хлора.

1 – нихромовый излучатель; 2 – параболическое зеркало; 3 – синхронный двигатель; 4 – обтюратор; 5 – светопровод; 6 – рабочая кювета;

7 – лучеприёмник; 8 – мембрана конденсаторного микрофона; 9 – усилитель;

10 – вторичный прибор; 11 – нулевая заслонка.

Рис. 7. Принципиальная схема одноканального дифференциального

оптико-акустического газоанализатора

Каждый газ поглощает инфракрасное излучение только в своих, свойственных ему участках спектра. Измерение содержания газа производят на основании оптико-акустического эффекта, который заключается в том, что газ, способный поглощать инфракрасные лучи, при прерывистом облучении в замкнутом объеме (лучеприемнике) периодически нагревается и охлаждается, в результате чего происходят колебания давления газовой смеси. Колебания давления воспринимаются чувствительным элементом-мембраной, которая является одной из обкладок конденсаторного микрофона.

В качестве источника инфракрасного (ИК) излучения используется хромоникелевая проволока, нагретая до 700…800 ⁰С. Инфракрасное излучение в анализируемую смесь попадает через окна, изготовленные из синтетического корунда или других материалов, пропускающих это излучение. Прерывание потока излучения производится с частотой 5…6 Гц.

Изменение емкости конденсатора при действии на лучеприемник полного потока инфракрасного излучения в среднем составляет 0,3 пФ при смещении мембраны на 1 мкм. Одноканальная схема оптико-акустического газоанализатора показана на рис. 7 и работает следующим образом:

Поток от нихромового излучателя 1, нагретого электрическим током, отражается от параболического зеркала 2. Прямой и отраженный потоки прерываются обтюратором 4, который вращается синхронным двигателем 3.

Поток ИК излучения проходит через светопровод 5, рабочую кювету 6 и попадают в приемные камеры оптико-акустического лучеприемника 7, расположенные в оптической последовательности.

Приемные камеры заполнены определяемым газом в смеси с азотом или аргоном. В первой камере (по ходу потока) происходит поглощение инфракрасного излучения, соответствующего преимущественно центральной полосе спектра, во второй — началу и концу полосы. Повышение давления дают лишь наиболее сильные линии поглощения центральной полосы спектра, вследствие чего создается перепад давлений в камерах, воздействующий на мембрану 8.

На выходе микрофона появляется электрический сигнал переменного тока с частотой 12,5 Гц, амплитуда которого пропорциональна содержанию определяемого компонента анализируемой смеси. Сигнал усиливается, выпрямляется усилителем 9 и подается на вторичный прибор 10. При отсутствии анализируемого газа в рабочей кювете пульсации давлений в камерах лучеприемника выравниваются нулевой заслонкой 11.