Оптические методы анализа жидкостей

Свет — в узком смысле — то же, что видимое излучение, а в широком — синоним оптического излучения, включающего, кроме видимого, УФ и ИК области спектра.

Всякая реальная световая волна представляет собой наложение волн с длинами, заключёнными в некотором интервале АХ. В белом свете А/, охватывает весь диапазон воспринимаемых глазом электромагнитных волн (0,40 — 0,76 мкм). Свет, которому соответствует одна определённая частота Я, называют монохроматическим (от грсч. (tovoct — один и . .хроматический). В любом спектральном приборе его спектр (от лат. spectrum — представление, образ) имеет вид узкой линии. Свет, для которого АХ « Я, называют квазимонохроматическим (от лат. quasi — якобы, как будто и. .монохроматический).

Распределение потока энергии по длинам волн можно охарактеризовать с помощью функции распределения.

где (1Ф, — поток энергии, приходящийся на длины волн от Я до Я + dX.

Тогда поток энергии Ф" переносимый волнами, заключёнными в интервале от Х до Яг, равен.

Чувствительность нормального среднего глаза к излучению разной длины волны характеризуется кривой относительной спектральной чувствительности (рис. 9.1), которая имеет максимум на длине волны 0,555 мкм. Интересно, что в излучении Солнца эта длина волны представлена с наибольшей интенсивностью, что свидетельствует об адаптации глаза в процессе эволюции к солнечному свету.

Рис. 9.1. Кривая относительной спектральной чувствительности 5(/.) глаза человека.

Фотометрия (от греч. прост, род. п. протост — и …метрик) — наука об излучении, измерении параметров и характеристик переноса энергии оптического излучения. В ней используют следующие единицы измерения (ГОСТ 26 148−84).

Сила излучения (света) — физическая величина, определяемая отношением светового потока, распространяющегося от источника света внутри малого телесного угла, содержащего рассматриваемое направление, к этому углу.

Источник света, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием от места наблюдения до источника, называют точечным. В однородной и изотропной среде волна, излучаемая точечным источником, будет сферической. Для характерисгики точечных источников света используют силу света /, которая равна.

где (1Ф — световой поток, излучаемый источником в пределах телесного угла dQ О — угол между направлением малого телесного угла / и нормалью к малой площадке dS.

Единица силы света — кандела (лат. candela — свеча) — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540−10¹² Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляетiВт/ср.

Государственный первичный эталон единицы световых величин (ГОСТ 8.023−2003) обеспечивает воспроизведение:

• — силы света в диапазоне 35 — 500 кд с СКО 5, не превышающим 0,1 * 10 ² при 16 независимых наблюдениях, и неисключённой систематической погрешностью <9, не превышающей 0,25−10
• — светового потока в диапазоне 500 — 1.500 лм с СКО 5, не превышающим 0,13-КГ² при 16 независимых наблюдениях, и неисключённой систематической погрешностью (9, не превышающей 0,25* 10^-2.

Световой ноток Ф измеряют в люменах (лат. lumen — свет). Он равен световому потоку, излучаемому изотропным источником с силой света 1 кд в пределах телесного угла в один стерадиан. Экспериментально установлено, что световому потоку 1 лм, образованному излучением с длиной волны л = = 0,555 мкм, соответствует поток энергии 0,146 Вт. Величину 0,146 Вт/лм называют механическим эквивалентом света.

Различают следующие приборы для измерения световых величин (ГОСТ 14 686−69).

Фотометр — прибор для световых измерений.

Фотоэлектрический фотометр — фотометр, в котором в качестве приёмника излучения используют физический приёмник, действие которого основано на фотоэффекте.

Гониометр (от греч. yovia — угол и …метр) — фотометр для измерения углового распределения световых характеристик среды или поверхности.

Свечемер — прибор для измерения силы света.

Люксметр (от лат. lux — свет и …метр) — прибор для измерения освещенности.

Яркомстр — прибор для измерения яркости.

Методы анализа, основанные на поглощении (абсорбции) энергии оптического излучения атомами и молекулами анализируемых веществ, составляют обширную группу оптических абсорбционных спектральных методов, получивших широкое распространение в промышленности и научно-исследовательской практике. При поглощении излучения атомы и молекулы поглощающих веществ переходят в новое энергетически возбуждённое состояние. Избыточная энергия атомов и молекул расходуется на повышение их поступательной, вращательной или колебательной энергии, выделяется в виде вторичного излучения или расходуется на фотохимические реакции.

В большинстве случаев задача оптического метода анализа состоит в определении концентрации растворенного в жидкости или газе вещества по поглощению излучения в некоторой области спектра непосредственно или после перевода определяемого вещества в окрашенное состояние. Соответственно информативный параметр фотометрических анализаторов — интенсивность излучения в некотором спектральном интервале.