Оптична щільність D, міра непрозорості шару речовини для світлових променів Рівна десятковому логарифму відношення потоку випромінювання. F 0 , падаючого на шар, до ослабленого в результаті поглинання та розсіювання потоку F, що пройшов через цей шар: D= lg ( F 0 /F), інакше, О. п. є логарифм величини, зворотної пропускання коефіцієнт у шару речовини: D= lg (1/?). (У визначенні використовуваної іноді натуральної О. п. десятковий логарифм lg замінюється натуральним ln.) Поняття О. п. введено Р. Бунзен;
воно залучається для характеристики ослаблення оптичного випромінювання (світла) в шарах і плівках різних речовин (барвників, розчинів, пофарбованих і молочних стекол та багато іншого), в світлофільтрах та інших оптичних виробах. Особливо широко О. п. користуються для кількісної оцінки проявлених фотографічних шарів як в чорно-білій, так і в кольоровій фотографії, де методи її вимірювання складають зміст окремої дисципліни - денситометрії. Розрізняють кілька типів О. п. залежно від характеру падаючого і способу вимірювання потоків випромінювання ( рис.
). О. п. залежить від набору частот (довжин хвиль λ), що характеризує вихідний потік; її значення для граничного випадку однієї єдиної називається монохроматичної О. п. Регулярна ( рис.
а) монохроматична О. п. шару нерозсіюючого середовища (без урахування поправок на відображення від передньої та задньої меж шару) дорівнює 0,4343 k ν l, де k ν
- натуральний поглинання показник середовища, l- Товщина шару ( k ν l=
κ cl- Показник у рівнянні Бугера - Ламберта - Бера закону; якщо розсіюванням у середовищі не можна знехтувати, kν замінюється на натуральний Ослаблення показник). Для суміші нереагуючих речовин або сукупності розташованих одна за одною середовищ О. п. цього типу адитивна, тобто дорівнює сумі таких же О. п. окремих речовин або окремих середовищ відповідно. Те ж справедливо і для регулярної немонохроматичної О. п. (випромінювання складного спектрального складу) у разі середовищ з неселективним (не залежним від ν) поглинанням. Регулярна немонохроматична. О. п. сукупності середовищ із селективним поглинанням менше суми О. п. цих середовищ. (Про прилади для вимірювання О. п. див. Денситометр , Мікрофотометр , Спектрозональна аерофотозйомка ,
Спектросенситометр, Спектрофотометр, Фотометр.) Літ.:Горохівський Ю. Н., Левенберг Т. М., Загальна сенсітометрія. Теорія та практика, М., 1963; Джеймс Т., Хіггінс Дж., Основи теорії фотографічного процесу, пров. з англ., М., 1954. Л. Н. Капорський. Типи оптичної щільності шару середовища залежно від геометрії падаючого і способу вимірювання потоку випромінювання (в прийнятій в СРСР сенситометричній системі): а) регулярну оптичну щільність D II визначають, направляючи на шар по перпендикуляру до нього паралельний потік і вимірюючи тільки ту частину минулого потоку , що зберегла початковий напрямок; б) для визначення інтегральної оптичної щільності D ε перпендикулярно до шару спрямовується паралельний потік, вимірюється весь потік, що пройшов; в) і г) два способи вимірювання, які застосовуються для визначення двох типів дифузної оптичної щільності D ≠ (падаючий потік - ідеально розсіяний). Різниця D II - D ε служить мірою світлорозсіювання у шарі, що вимірюється.
Велика Радянська Енциклопедія. - М: Радянська енциклопедія. 1969-1978 .
ОПТИЧНА ЩІЛЬНІСТЬ
щільність D, міра непрозорості шару речовини для світлових променів. Рівна десятковому логарифму відношення потоку випромінювання F 0, що падає на шар, до ослабленого в результаті поглинання і розсіювання потоку F , що пройшов через цей шар: D lg (F 0/ F), інакше, О. п. шар речовини: D lg (1/t). (У визначенні використовуваної іноді натуральної О. п. десятковий логарифм lg замінюється натуральним ln.) Поняття О. п. введено Р. Бунзеном; воно залучається для характеристики ослаблення оптичного випромінювання (світла) у шарах та плівках різних речовин (барвників, розчинів, пофарбованих і молочних стекол та ін.), у світлофільтрах та інших оптичних виробах. Особливо широко О. п. користуються для кількісної оцінки виявлених фотографічних шарів як у чорно-білій, так і в кольоровій фотографії, де методи її вимірювання складають зміст окремої дисципліни – денситометрії. Розрізняють кілька типів О. п. залежно від характеру падаючого та способу вимірювання потоків випромінювання, що пройшло (рис.).
О. п. залежить від набору частот n (довжина хвиль l), що характеризує вихідний потік; її значення для граничного випадку однієї єдиної n називається монохроматичної О. п. Регулярна (рис., а) монохроматична О. п. шару нерозсіюючого середовища (без урахування поправок на відображення від передньої та задньої меж шару) дорівнює 0,4343 k n l , де k n- натуральний поглинання показник середовища, l - товщина шару (k n l k cl - показник у рівнянні Бугера - Ламберта - Бера закону; якщо розсіюванням у середовищі не можна знехтувати, k n замінюється на натуральний послаблення показник). Для суміші нереагуючих речовин або сукупності розташованих одна за одною середовищ О. п. цього типу адитивна, тобто дорівнює сумі таких же О. п. окремих речовин або окремих середовищ відповідно. Те ж справедливо і для регулярної немонохроматичної О. п. (випромінювання складного спектрального складу) у разі середовищ з неселективним поглинанням, що не залежить від n. Регулярна немонохроматична. О. п. сукупності середовищ із селективним поглинанням менше суми О. п. цих середовищ. (Про прилади для вимірювання О. п. див. у статтях Денситометр, Мікрофотометр, Спектрозональна аерофотозйомка, Спектросенситометр, Спектрофотометр, Фотометр.)
Гороховський Ю. Н., Левенберг Т. М., Загальна сенситометрія. Теорія та практика, М., 1963; Джеймс Т., Хіггінс Дж., Основи теорії фотографічного процесу, пров. з англ., М., 1954.
Л. Н. Капорський.
Велика радянська енциклопедія, БСЕ. 2012
Дивіться ще тлумачення, синоніми, значення слова і що таке.
- ОПТИЧНА ЩІЛЬНІСТЬ у медичних термінах:
величина, що характеризує поглинання світла шаром речовини і є логарифмом відношення інтенсивності потоку випромінювання до і після проходження через поглинаючу … - ОПТИЧНА ЩІЛЬНІСТЬ
- ОПТИЧНА ЩІЛЬНІСТЬ
міра непрозорості речовини, що дорівнює десятковому логарифму відношення потоку випромінювання Fо, що падає на шар речовини, до потоку минулого випромінювання F, ослабленого … - ЩІЛЬНІСТЬ у Словнику автомобільного жаргону:
(density) – це ставлення маси тіла до його об'єму. Виражається в кг/дм3 або кг/м3. Об'єм залежить від температури. - ЩІЛЬНІСТЬ у Великому енциклопедичному словнику:
(?) Маса одиничного обсягу речовини. Величина, обернена питомим обсягом. Відношення густини двох речовин називають відносною густиною (зазвичай густина речовин визначають … - ЩІЛЬНІСТЬ
(r), фізична величина, яка визначається для однорідної речовини його масою в одиниці об'єму. П. неоднорідної речовини – межа відношення маси до … - ЩІЛЬНІСТЬ в Енциклопедичному словнику Брокгауза та Євфрона:
Щільність води при 4 ° Ц. = 1, 000013 г / сантиметр 3 Для речовини неоднорідної П., середня П. частини тіла … - ЩІЛЬНІСТЬ у Сучасному енциклопедичному словнику:
- ЩІЛЬНІСТЬ в Енциклопедичному словничку:
(r), маса одиниці об'єму речовини. У СІ одиниця густини 1 кг/м3. Відношення щільностей двох речовин називається відносною щільністю (зазвичай щільність … - ЩІЛЬНІСТЬ в Енциклопедичному словнику:
, -і, ж. 1. див. 2. Маса одиничного обсягу речовини (спец.). П. води. II дод. щільний, -а, -а … - ЩІЛЬНІСТЬ
ПЛОТНІСТЬ СТРУМУ, одна з осн. характеристик електрич. струму; дорівнює електрич. заряду, що переноситься в 1 с через одиничний майданчик, перпендикулярний до напрямку … - ЩІЛЬНІСТЬ у Великому російському енциклопедичному словнику:
ПЛОТНІСТЬ НАСЕЛЕННЯ, ступінь населення конкретної терр., чисельність постійного населення, що припадає на одиницю площі (зазвичай 1 км 2). При порівн. … - ЩІЛЬНІСТЬ у Великому російському енциклопедичному словнику:
ПЛОТНІСТЬ ІМОВІРНОСТІ випадкової величини X , функція р (х) така, що за будь-яких а і b ймовірність нерівності … - ЩІЛЬНІСТЬ у Великому російському енциклопедичному словнику:
ПЛОТНІСТЬ (r), маса одиничного обсягу в-ва. Величина, обернена до питомого обсягу. Відношення П. двох в-зв. відносної П. (зазвичай П. в-в … - ОПТИЧНА у Великому російському енциклопедичному словнику:
ОПТИЧНА ТОЛЩИНА, добуток об'ємного коеф. ослаблення світла середовищем на геом. довжину шляху світлового променя серед. Характеризує ослаблення світла у … - ОПТИЧНА у Великому російському енциклопедичному словнику:
ОПТИЧНА СИЛА, величина, що характеризує заломлюючу здатність лінзи (системи лінз); вимірюється у діоптріях; О.С. зворотна фокусній відстані в … - ОПТИЧНА у Великому російському енциклопедичному словнику:
ОПТИЧНИЙ ЗВ'ЯЗОК, зв'язок за допомогою ел.-магн. коливань оптич. діапазону (1013 - 1015 Гц), зазвичай із застосуванням лазерів. Системи О.С. … - ОПТИЧНА у Великому російському енциклопедичному словнику:
ОПТИЧНА ЩІЛЬНІСТЬ, міра непрозорості в-ва, що дорівнює десятковому логарифму відношення потоку випромінювання F 0 , що падає на шар в-ва, до потоку … - ОПТИЧНА у Великому російському енциклопедичному словнику:
ОПТИЧНА ПІЧ, пристрій, в якому промениста енергія від к.-л. джерела за допомогою системи відбивачів фокусується на невеликий майданчик (зазвичай діам. - ОПТИЧНА у Великому російському енциклопедичному словнику:
ОПТИЧНА ВОСЬ: кристала - напрямок в кристалі, вздовж якого швидкість світла не залежить від орієнтації площини поляризації світла. Світло, що розповсюджується … - ОПТИЧНА у Великому російському енциклопедичному словнику:
ОПТИЧНЕ НАКАЧУВАННЯ, метод створення інверсії населення у в-ве впливом інтенсивного ел.-магн. випромінювання вищої частоти, ніж частота необхідного квантового інверсійного … - ОПТИЧНА у Великому російському енциклопедичному словнику:
ОПТИЧНА ЛОКАЦІЯ, виявлення віддалених об'єктів, вимір їх координат, а також розпізнавання їх форми за допомогою ел.-магн. хвиль оптич. діапазону. Оптич. … - ОПТИЧНА у Великому російському енциклопедичному словнику:
ОПТИЧНА ІЗОМЕРІЯ, те ж, що … - ОПТИЧНА у Великому російському енциклопедичному словнику:
ОПТИЧНА ДОВЖИНА ШЛЯХУ, добуток довжини шляху світлового променя на показник заломлення середовища (шлях, який пройшов би світло за те ж ... - ОПТИЧНА у Великому російському енциклопедичному словнику:
ОПТИЧНА АНІЗОТРОПІЯ, відмінність оптич. властивостей середовища в залежності від напряму поширення в ньому світла та від поляризації цього світла. О.О. … - ОПТИЧНА у Великому російському енциклопедичному словнику:
ОПТИЧНА АКТИВНІСТЬ, властивість деяких в-в викликати обертання площині поляризації проходить через них плоскополяризованого світла. Оптично активні в-ва бувають двох типів. … - ЩІЛЬНІСТЬ в Енциклопедії Брокгауза та Єфрона:
(densite, Dichtigkeit)? за самим походженням слова вказує на деяку фізичну властивість речовини, за якою кількість речовини, що міститься в одиниці … - ЩІЛЬНІСТЬ у Повній акцентуйованій парадигмі щодо Залізняка:
щільність, щільності, щільності, щільності, щільності, щільності, щільності, щільності, щільності, щільності, щільності, щільності. - ЩІЛЬНІСТЬ у Тезаурусі російської ділової лексики:
Syn: густота, … - ЩІЛЬНІСТЬ у Тезаурусі російської мови:
Syn: густота, … - ЩІЛЬНІСТЬ у словнику Синонімів російської:
Syn: густота, … - ЩІЛЬНІСТЬ у Новому тлумачно-словотвірному словнику російської Єфремової:
1. ж. Відволікати. сущ. за знач. дод.: щільний. 2. ж. Ставлення маси тіла до його … - ЩІЛЬНІСТЬ у Словнику російської мови Лопатіна:
плотність, … - ЩІЛЬНІСТЬ у Повному орфографічному словнику російської:
щільність, … - ЩІЛЬНІСТЬ в Орфографічному словнику:
плотність, … - ЩІЛЬНІСТЬ в Словнику російської Ожегова:
маса одиничного об'єму речовини Spec П. води. щільність<= … - ЩІЛЬНІСТЬ в Сучасному тлумачному словнику, Вікіпедія:
(?) , Маса одиничного обсягу речовини. Величина, обернена питомим обсягом. Відношення густини двох речовин називають відносною густиною (зазвичай густина речовин … - ЩІЛЬНІСТЬ у Тлумачному словнику російської Ушакова:
густини, ж. 1. лише од. Відволікати. сущ. до щільний. Щільність населення. Щільність тканини. Щільність повітря. Щільність вогню (військ.). 2. Маса … - ЩІЛЬНІСТЬ в Тлумачному словнику Єфремової:
щільність 1. ж. Відволікати. сущ. за знач. дод.: щільний. 2. ж. Ставлення маси тіла до його … - ЩІЛЬНІСТЬ в Новому словнику Єфремової:
- ЩІЛЬНІСТЬ у Великому сучасному тлумачному словнику російської мови:
I ж. відволікати. сущ. за дод. щільний ІІ ж. Ставлення маси тіла до його … - ОПТИЧНА АНІЗОТРОПІЯ у Великому енциклопедичному словнику:
Відмінність оптичних властивостей середовища залежно від напряму поширення у ній світла і зажадав від поляризації цього світла. Оптична анізотропія виражається … - ОПТИЧНА АКТИВНІСТЬ у Великому енциклопедичному словнику:
властивість деяких речовин викликати обертання площини поляризації плоско поляризованого світла, що проходить через них. Оптично активні речовини бувають двох типів. У … - СРСР. РРФСР, АВТОНОМНІ РЕСПУБЛІКИ у Великій радянській енциклопедії, БСЕ:
республіки Башкирська АРСР Башкирська АРСР (Башкирія) утворена 23 березня 1919 року. Розташована в Предураллі. Площа 143,6 тис. км2. Населення 3833 тис. … - РЕФРАКЦІЯ (ПРОЛАМЛЕННЯ СВІТЛА) у Великій радянській енциклопедії, БСЕ:
світла, у сенсі - те, як і заломлення світла, т. е. зміна напрями світлових променів при зміні …
Мета роботи – визначення концентрації речовин колориметричним методом.
I. Терміни та визначення
Стандартний розчин (пор.)- це розчин, що містить в одиниці обсягу певну кількість досліджуваної речовини або її хіміко-аналітичного еквівалента (ГОСТ 12.1.016 – 79).
Досліджуваний розчин (ір) - це розчин, у якому необхідно визначити вміст досліджуваної речовини або її хіміко-аналітичного еквівалента (ГОСТ 12.1.016 – 79).
Градуювальний графік- графічне вираження залежності оптичної щільності сигналу від концентрації досліджуваної речовини (ГОСТ 12.1.016 – 79).
Гранично допустима концентрація (ГДК) шкідливої речовини - Це концентрація, яка при щоденній (крім вихідних днів) роботі по 8 годин або при іншій тривалості робочого дня, але не більше 40 годин на тиждень протягом усього робочого стажу не може викликати захворювань або відхилень у стані здоров'я, які виявляються сучасними методами досліджень, у процесі роботи або у віддалені терміни життя сьогодення чи наступних поколінь (ГОСТ 12.1.016 – 79).
Колориметрія -це метод кількісного аналізу вмісту якогось іона в прозорому розчині, заснований на вимірюванні інтенсивності його забарвлення.
ІІ. Теоретична частина
Колориметричний метод аналізу заснований на зв'язку двох величин: концентрації розчину та його оптичної щільності (ступеня забарвленості).
Забарвлення розчину може бути викликане як присутністю самого іону (MnO 4 - ,Cr 2 O 7 2- ), так і утворенням забарвленої сполуки в результаті хімічної взаємодії досліджуваного іона з реактивом.
Наприклад, слабозабарвлений іон Fe 3 + дає криваво-червоне з'єднання при взаємодії з іонами роданіду SCH-, іон міді Cu 2+ утворює яскраво-синій комплексний іон 2 + при взаємодії з водяним розчином аміаку.
Забарвлення розчину обумовлена вибірковим поглинанням променів світла певної довжини хвилі: забарвлений розчин поглинає промені, довжина хвилі яких відповідає додатковому кольору. Наприклад: додатковими називають синьо-зелений та червоний кольори, синій та жовтий.
Розчин роданіду заліза здається червоним, тому що він поглинає переважно зелені промені. 5000A) та пропускає червоні; навпаки, розчин зеленого забарвлення пропускає зелені промені та поглинає червоні.
Колориметричний метод аналізу заснований на здатності пофарбованих розчинів поглинати світло в діапазоні хвиль від ультрафіолетового до інфрачервоного. Поглинання залежить від властивостей речовини та її концентрації. При цьому методі аналізу досліджувана речовина входить до складу водного розчину, що поглинає світло, а його кількість визначається світловим потоком, що пройшов через розчин. Ці виміри проводяться за допомогою фотоколориметрів. Дія цих приладів ґрунтується на зміні інтенсивності світлового потоку при проходженні через розчин залежно від товщини шару, ступеня фарбування та концентрації. Мірою концентрації є оптична щільність (D). Чим вище концентрація речовини в розчині, тим більша оптична щільність розчину і менша його світлопроникність. Оптична щільність забарвленого розчину прямо пропорційна концентрації речовини в розчині. Вона повинна вимірюватися при довжині хвилі, на якій речовина, що досліджується, має максимальне світлопоглинання. Це досягається підбором світлофільтрів та кювет для розчину.
Попередній вибір кювет виробляють візуально відповідно до інтенсивності фарбування розчину. Якщо розчин інтенсивно забарвлений (чорний), користуються кюветами з малою робочою довжиною хвилі. У разі слабко забарвлених розчинів рекомендуються кювети з більшою довжиною хвилі. У попередньо підібрану кювету наливають розчин, вимірюють його оптичну густину, включивши в хід світлопрофільтрів. При вимірі низки розчинів кювету заповнюють розчином середньої концентрації. Якщо отримане значення оптичної густини становить приблизно 0,3-0,5, дану кювету вибирають для роботи з цим розчином. Якщо оптична щільність більше 0,5-0,6, беруть кювету з меншою довжиною робочої, якщо оптична щільність менше 0,2-0,3, вибирають кювету з більшою робочою довжиною хвилі.
На точність вимірювань впливає чистота робочих граней кювет. Під час роботи кювети беруть руками лише за неробочі грані, а після заповнення розчином уважно стежать за відсутністю на стінках кювету навіть дрібних бульбашок повітря.
Відповідно до закону Бугера-Ламберта-Бера, частка поглиненого світла залежить від товщини шару розчину hконцентрації розчину Cта інтенсивності падаючого світла I 0
де I - Інтенсивність світла, що пройшло через аналізований розчин;
I- інтенсивність падаючого світла;
h – товщина шару розчину;
C – концентрація розчину;
Коефіцієнт поглинання - величина, постійна даного пофарбованого сполуки.
Логарифмуючи цей вислів, отримуємо:
(2)
де D - оптична густина розчину, є постійною величиною для кожної речовини.
Оптична густина D характеризує здатність розчину поглинати світло.
Якщо розчин не поглинає світло, то D = 0 і I t =I, оскільки вираз (2) дорівнює нулю.
Якщо розчин поглинає промені світла повністю, то D дорівнює нескінченності і I = 0, оскільки вираз (2) дорівнює нескінченності.
Якщо розчин поглинає 90 % падаючого світла, D = 1 і
I t =0,1, оскільки вираз (2) дорівнює одиниці.
При точних колориметричних розрахунках зміна оптичної щільності має виходити за інтервал 0,1 - 1.
Для двох розчинів різної товщини шарів та концентрації, але однакової оптичної щільності можна записати:
D = h 1 C 1 = h 2 C 2
Для двох розчинів однакової товщини, але різної концентрації можна написати:
D 1 = h 1 C 1 і D 2 = h 2 C 2
Як видно з виразів (3) та (4), практично для визначення концентрації розчину колориметричним методом необхідно мати стандартний розчин, тобто розчин з відомими параметрами (C, D).
Визначення можна проводити по-різному:
1. Можна зрівняти оптичні щільності досліджуваного та стандартного розчинів, змінюючи їх концентрацію або товщину шару розчину;
2. Можна виміряти оптичну щільність цих розчинів і розрахувати концентрацію за виразом (4).
Для реалізації першого методу застосовують спеціальні прилади – колориметри. Вони засновані на візуальній оцінці інтенсивності світла, що проходить, і тому їх точність порівняно невелика.
Другий метод – вимірювання оптичної щільності – здійснюється за допомогою значно більш точних приладів – фотоколориметрів та спектрофотометрів і саме він використовується в даній лабораторній роботі.
При роботі на фотоколориметрі частіше використовують прийом побудови градуювального графіка: вимірюють оптичну щільність кількох стандартних розчинів та будують графік у координатах D = f(C).Потім вимірюють оптичну щільність досліджуваного розчину і за градуювальним графіком визначають потрібну концентрацію.
Рівняння Бугера – Ламберта – Берасправедливо тільки для монохроматичного світла, тому точні колориметричні вимірювання проводять із застосуванням світлофільтрів - кольорових пластинок, що пропускають промені світла у певному діапазоні довжин хвиль. Для роботи вибирають світлофільтр, який забезпечує максимальну оптичну густину розчину. Світлофільтри, встановлені на фотоколориметр, пропускають промені не певної довжини хвилі, а в деякому обмеженому діапазоні. Внаслідок цього похибка вимірювань на фотоколориметрі не більше ±3 % від ваги аналізованої речовини. Строго монохроматичне світло застосовується у спеціальних приладах - спектрофотометрах, у яких точність вимірів вища.
Точність колориметричних вимірів залежить від концентрації розчину, наявності домішок, температури, кислотності середовища розчину, часу визначення. Цим методом можна аналізувати лише розведені розчини, тобто такі, для яких залежність D = f(C)-пряма.
При аналізі концентрованих розчинів їх попередньо розбавляють, а при розрахунку концентрації, що шукається, вносять поправку на розведення. Проте точність вимірів у своїй знижується.
Домішки можуть впливати на точність вимірювань тим, що самі дають забарвлене з'єднання з реактивом, що додається або ускладнюють утворення забарвленого з'єднання досліджуваного іона.
Метод колориметричного аналізу нині застосовується щодо аналізів у різних галузях науки. Він дозволяє точно і швидко проводити вимірювання, використовуючи мізерно малі кількості речовини, недостатні для об'ємного або вагового аналізу.
фарбованих розчинів за допомогою концентраційного
ФОТОЕЛЕКТРИЧНОГО КАЛОРИМЕТРУ КФК-2
Мета роботи: вивчити явище ослаблення світла при проходженні через речовину та фотометричні характеристики речовини, вивчити пристрій концентраційного фотоелектричного калориметра КФК-2 та методику роботи з ним, визначити оптичну щільність та концентрацію забарвленого розчину за допомогою КФК-2.
Прилади та приладдяСклад: калориметр фотоелектричний концентраційний КФК – 2, досліджуваний розчин, набір розчинів стандартної концентрації.
Теорія роботи
При падінні світла на межу розділу двох середовищ світло частково відбивається і частково проникає з першої речовини у другу. Світлові електромагнітні хвилі приводять у коливальний рух як вільні електрони речовини, так і пов'язані електрони, що знаходяться на зовнішніх оболонках атомів (оптичні електрони), які випромінюють вторинні хвилі з частотою електромагнітної хвилі, що падає. Вторинні хвилі утворюють відбиту хвилю і хвилю, що проникає всередину речовини.
У речовинах з високою щільністю вільних електронів (металах) вторинні хвилі породжують сильну відбиту хвилю, інтенсивність якої може досягати 95% інтенсивності хвилі, що падає. Та сама частина світлової енергії, яка проникає всередину металу, відчуває в ньому сильне поглинання, і енергія світлової хвилі перетворюється на теплову. Тому метали сильно відображають падаюче на них світло і практично непрозорі.
У напівпровідниках щільність вільних електронів менша, ніж у металах, і вони слабше поглинають видиме світло, а інфрачервоної області взагалі прозорі. Діелектрики поглинають світло вибірково та прозорі лише для певних ділянок спектру.
У загальному випадку при падінні світла на речовину падає світловий потік Ф 0 можна подати у вигляді суми світлових потоків:
де Ф r- Відбитий, Ф a- Поглинений, Ф t- світловий потік, що пройшов через речовину.
Явище взаємодії світла з речовиною описується безрозмірними величинами, які називаються коефіцієнтами відбиття, поглинання та пропускання. Для однієї і тієї ж речовини
r + a +t = 1. (2)
Для непрозорих тіл t= 0; для ідеально білих тіл r = 1; для абсолютно чорних тіл a = 1.
Величина 
називається оптичною густиною речовини.
Коефіцієнти r, a, tхарактеризують фотометричні властивості речовини та визначаються фотометричними методами.
Фотометричні методи аналізу широко застосовуються у ветеринарії, зоотехнії, ґрунтознавстві, технології матеріалів. При дослідженні речовин, розчинених у практично непоглинаючому розчиннику, фотометричні методи ґрунтуються на вимірі поглинання світла та на залежності між поглинанням та концентрацією розчинів. Прилади, призначені абсорбційного (абсорбція – поглинання) аналізу прозорих середовищ, називаються спектрофотометрами і фотокалориметрами. У них за допомогою фотоелементів порівнюються забарвлення досліджуваних розчинів зі стандартним.
Залежність між поглинанням світла забарвленим розчином та концентрацією речовини підпорядковується об'єднаному закону Бугера – Ламберта – Бера:
, (3)
де I 0 – інтенсивність потоку світла, що падає на розчин; I- Інтенсивність потоку світла, що пройшов через розчин; c- Концентрація забарвленої речовини в розчині; l- Товщина поглинаючого шару в розчині; k- Коефіцієнт поглинання, який залежить від природи розчиненої речовини, розчинника, температури та довжини світлової хвилі.
Якщо звиражено в моль/л, а l- у сантиметрах, то kстає молярним коефіцієнтом поглинання і позначається e l , отже:
. (4)
Прологарифмувавши (4), отримаємо:
Ліва частина виразу (5) є оптичною густиною розчину. З урахуванням поняття оптичної щільності закон Бугера – Ламберта – Бера набуде вигляду:
т. е. оптична щільність розчину за певних умов прямо пропорційна концентрації забарвленої речовини в розчині та товщині поглинаючого шару.
Насправді спостерігаються випадки відхилення від об'єднаного закону поглинання. Це відбувається тому, що деякі пофарбовані сполуки в розчині зазнають змін за рахунок процесів дисоціації, сольватації, гідролізу, полімеризації, взаємодії з іншими компонентами розчину.
Вигляд графіка залежності D = f(c)представлений на рис. 1.
Забарвлені сполуки мають вибіркове поглинання світла, тобто. оптична щільність забарвленого розчину різна для різних довжин хвиль падаючого світла. Вимір оптичної щільності з метою визначення концентрації розчину проводять в області максимального поглинання, тобто при довжині хвилі
падаючого світла близькою до l max.
Для фотометричного визначення концентрації розчину спочатку будують калібрувальний графік D = f(c). Для цього готують серію стандартних розчинів. Потім вимірюють величини їх оптичної щільності та будують графік залежності
D = f(c). Для його побудови потрібно мати 5 – 8 пікселів.
Експериментально визначивши оптичну густину досліджуваного розчину, знаходять її значення на осі ординат калібрувального графіка D = f(c), а потім на осі абсцис відраховують відповідне значення концентрації зх.
Фотоелектричний концентраційний КФК–2, що використовується в роботі, призначений для вимірювання відношення потоків світла на окремих ділянках довжин хвиль в діапазоні 315 - 980 нм, що виділяються світлофільтрами, і дозволяє визначати коефіцієнти пропускання та оптичної щільності рідких розчинів і твердих тіл, а також концентрації речовин у розчинах методом побудови градуювальних графіків D = f(c).
Принцип вимірювання фотокалориметром КФК-2 оптичних характеристик речовин полягає в тому, що на фотоприймач (фотоелемент) прямують почергово світлові потоки - повний I 0 і пройшов через досліджуване середовище Iта визначається відношення цих потоків.
Зовнішній вигляд фотокалориметра КФК-2 представлено на рис. 2. Він включає в
 |
джерело світла, оптичну частину, набір світлофільтрів, фотоприймачі і реєструючий прилад, шкала якого відкалібрована на показання світлопропускання і оптичної щільності. На лицьовій панелі фотокалориметра КФК – 2 є:
1 - мікроамперметр зі шкалою, оцифрованою у величинах коефіцієнта про-
пускання Тта оптичної щільності D;
2 – освітлювач;
3 - ручка перемикання світлофільтрів;
4 - перемикач кювет у світловому пучку;
5 – перемикач фотоприймачів «Чутливість»;
6 - ручки «Установка 100»: «Грубо» та «Точно»;
7 – кюветне відділення.
Порядок виконання роботи
1. Включити пристрій у мережу. Прогріти протягом 10-15 хв.
2. При відкритому кюветному відділенні встановити стрілку мікроамперметра на "0"
за шкалою "Т".
3. Встановити мінімальну чутливість, для цього ручку «Відчувач-
ність» переключити в положення «1», ручку «Установка 100» «Грубо» переключити у крайнє ліве положення.
4. У світловий пучок помістити кювету з розчинником або контрольним розчином.
ром, по відношенню до якого проводиться вимір.
5. Закрити кришку кюветного відділення.
6. Ручками «Чутливість» та «Установка 100» «Грубо» та «Точно» встановити
відлік 100 за шкалою фотокалориметра. Ручка «Чутливість» може бути в одному з трьох положень «1», «2», або «3».
7. Поворотом ручки «4» кювету з розчинником замінити кюветою з досліджуваним
розчином.
8. Зняти відлік за шкалою мікроамперметра, що відповідає коефіцієнту про-
пускання досліджуваного розчину у відсотках, за шкалою "Т" або за шкалою "Д" - в одиницях оптичної щільності.
9. Вимірювання провести 3-5 разів і остаточне значення вимірюваної величини оп-
розподілити як середнє арифметичне з отриманих значень.
10. Визначити абсолютну похибку виміру шуканої величини.
Завдання № 1. Вивчення залежності оптичної густини від довжини
Хвилі падаючого світла
1.1. Для стандартного розчину визначити оптичну густину при різних частотах падаючого світла.
1.2. Дані занести до таблиці 1.
1.3. Побудувати графік залежності оптичної густини від довжини хвилі lпа-
даючого світла D = f(l).
1.4. Визначити lі номер світлофільтру для D max .
Таблиця 1
Завдання № 2. Перевірка залежності оптичної густини від товщини
Поглинаючого шару
2.1. Для стандартного розчину, використовуючи світлофільтр з l Dдля кювет різного розміру.
2.2. Дані занести до таблиці 2.
Таблиця 2
2.3. Побудувати графік залежності D = f(l).
Завдання № 3. Побудова калібрувального графіка та визначення концент-
Рації невідомого розчину
3.1. Для серії стандартних розчинів відомої концентрації, використовуючи све-
тофільтр з l max (див. завдання № 1), визначити D.
3.2. Дані вимірів занести до таблиці 3.
Таблиця 3
3.3. Побудувати калібрувальний графік D = f(с).
3.4. За графіком D = f(с)визначити концентрацію невідомого розчину.
Контрольні питання
1. Явище ослаблення світла при проходженні через речовину, механізм поглинання.
ня для різних типів речовини.
2. Параметри, що характеризують фотометричні властивості речовини.
3. Поясніть суть фотометричних методів аналізу.
4. Сформулюйте об'єднаний закон поглинання Бугера-Ламберта-Бера.
5. Які причини можливих відхилень властивостей розчинів від об'єднаного за-
кона поглинання?
6. Молярний коефіцієнт поглинання, його визначення та фактори, від яких він
7. Як здійснюється вибір довжини хвилі поглинається випромінювання при фотокало-
риметричних вимірах?
1. Як будується калібрувальний графік?
2. Поясніть пристрій та принцип роботи фотокалориметра КФК-2.
3. Де і навіщо застосовується абсорбційний аналіз?
Література
1. Трофімова Т. І. Курс фізики. М: Вищ. шк., 1994. Частина 5, гол. 24, § 187.
2. Савельєв І. В. Курс загальної фізики. М.: Наука, 1977. Том 2, частина 3, гол. XХ,
3. Грабовський Р. І. Курс фізики. С-Пб: Лань. 2002. Частина П, гол. VI, § 50.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4–03
Оптична щільність D, міра непрозорості шару речовини для світлових променів
, де
e – коефіцієнт поглинання (екстинкції) світлового потоку. Залежить від природи речовини та довжини хвилі світла.
С – концентрація речовини в розчині м/л.
l – товщина шару світлопоглинаючого розчину.
Оптична щільність розчину прямо пропорційна концентрації світлопоглинаючої речовини в розчині та товщині шару розчину. Іншими словами, при певній товщині шару розчину, оптична щільність буде тим більшою, чим більша концентрація речовини в розчині. Звідси випливає, що, визначаючи оптичну щільність розчину, можна визначати концентрацію речовини в розчині. За допомогою сучасної техніки оптична густина може бути виміряна дуже точно. Збільшуючи товщину шару lможна вимірювати дуже малі концентрації речовин.
Фотоколориметр- оптичний прилад для вимірювання концентрації речовин у розчинах. Дія колориметра заснована на властивості пофарбованих розчинів поглинати світло, що проходить через них, тим сильніше, чим вище в них концентрація з фарбуючої речовини. На відміну від спектрофотометра, вимірювання ведуться в промені не монохроматичного, а поліхроматичного вузько спектрального світла, що формується світлофільтром. Застосування різних світлофільтрів з вузькими спектральними діапазонами світла, що пропускається, дозволяє визначати окремо концентрації різних компонентів одного і того ж розчину. На відміну від спектрофотометрів, фотоколориметри прості, недорогі і при цьому забезпечують точність, достатню для багатьох застосувань.
Колориметри поділяються на візуальні та об'єктивні (фотоелектричні) – фотоколориметри. У візуальних колориметрах світло, що проходить через вимірюваний розчин, висвітлює одну частину поля зору, тоді як на іншу частину падає світло, що пройшло через розчин тієї ж речовини, концентрація якого відома. Змінюючи товщину l шару одного з порівнюваних розчинів або інтенсивність I світлового потоку, спостерігач домагається, щоб колірні тони двох частин поля зору були невідмінні на око, після чого за відомими співвідношеннями між l, I і може бути визначена концентрація досліджуваного розчину.
Фотоелектричні колориметри (фотоколориметри) забезпечують більшу точність вимірів, ніж візуальні; як приймачі випромінювання в них використовуються фотоелементи (селенові та вакуумні), фотоелектронні помножувачі, фоторезистори (фотоопір) і фотодіоди. Сила фотоструму приймачів визначається інтенсивністю падаючого на них світла і, отже, ступенем його поглинання в розчині (тим більшим, ніж вище концентрація). Крім фотоелектричного колориметра (фотоколориметра) з безпосереднім відліком сили струму, поширені компенсаційні колориметри, в яких різниця сигналів, що відповідають стандартному розчину, що змірюється, зводиться до нуля (компенсується) електричним або оптичним компенсатором (наприклад, клином фотометричним); відлік у разі знімається зі шкали компенсатора. Компенсація дозволяє мінімізувати вплив умов вимірювань (температури, нестабільності властивостей елементів колориметра) з їхньої точність. Показання колориметра не дають відразу значень концентрації досліджуваної речовини в розчині - для переходу до них використовують графіки градуювання, отримані при вимірюванні розчинів з відомими концентраціями.
Вимірювання за допомогою колориметра відрізняються простотою та швидкістю проведення. Точність їх у часто не поступається точності інших, складніших методів хімічного аналізу. Нижні межі визначених концентрацій залежно від роду речовини становлять від 10 -3 до 10 -8 моль/л.
21. Схема ФЕКа, який заснований на зіставленні 2-х світлових потоків, де Л-лампа, З-дзеркала, Сф-світлофільтри, К-конденсатори, А-кювета з контрольованим розчином, Ф1 і Ф2-фотоелементи, ЕУ-електронний підсилювач, ІН- індикатор нуля, ОК-оптичний клин.
Принцип роботи: світловий потік від лампи Л поділяється на 2 потоки і відбиваючись від дзеркал З потрапляє на однакові фотоелементи Ф1 і Ф2. йде через нижній світловий канал проходить через нижній світлофільтр Сф конденсату К і кювети А, яка заповнена контрольованою речовиною. Фотоприймачі Ф1 і Ф2 з'єднуються зустрічно і їх контур включається електронний підсилювач ЕУ. Змінюючи положення ОК (оптичний клин) домагаються рівності світлових потоків обох каналах. Тоді обидва канали видадуть однакові фотоструми і сигнал розбалансу на вході в електронний підсилювач дорівнюватиме нулю, і індикатор ІН покаже нуль. Після виставлення показання приладу нуль, тобто. врівноважили схему, поміщаємо кювету А з контрольованим розчином у прилад, внаслідок зміни рівності світлових потоків виникне розбаланс, який подасть на електронний підсилювач. Для того, щоб вирівняти світлові потоки необхідно переміщати ОК доти, доки перестане подаватися сигнал розбалансу на підсилювач, тобто. вирівняються фотоструми і стрілка, яка з'єднана з оптичним клином не покаже значення концентрації розчину, розміщеного в кюветі А.
22. Рефрактометри призначені для визначення показника заломлення досліджуваної речовини, на основі якої робиться висновок про його склад, наявність домішок, визначається процентний склад розчинених сухих речовин. Дані прилади призначені для вивчення неагресивних рідин середньої в'язкості та твердих тіл.
Рефрактометри застосовуються в хімічній промисловості,
харчової промисловості, для аналізу продуктів та сировини, в медицині та ветеринарії; у фармацевтичній промисловості для дослідження водних розчинів лікарських препаратів, а також у багатьох інших галузях виробництва.
Зазвичай показники заломлення рідких і твердих тіл рефрактометрії визначають з точністю до 0,0001 на рефрактометрах, в яких вимірюють граничні кути повного внутрішнього відбиття. Найбільш поширені рефрактометри Аббе із призмовими блоками та компенсаторами дисперсії, що дозволяють визначати лінії спектру в "білому" світлі за шкалою або цифровим індикатором. Максимальна точність абсолютних вимірів (10 -10) досягається на гоніометрах за допомогою методів відхилення променів призмою з матеріалу, що досліджується. Для вимірювання показників заломлення газів найбільш зручні інтерференційні методи. Інтерферометри використовують для точного (до 10 -7) визначення різниць показників заломлення розчинів. Для цієї ж мети є диференціальні рефрактометри, засновані на відхиленні променів системою двох-трьох порожніх призм.
Автоматичні рефрактометри для безперервної реєстрації показників заломлення в потоках рідин використовують на виробництвах при контролі технологічних процесів та автоматичному управлінні ними, а також у лабораторіях для контролю ректифікації та як універсальні детектори рідинних хроматографів.
Рефрактометрія, що виконується за допомогою рефрактометрів, є одним із поширених методів ідентифікації хімічних сполук, кількісного та структурного аналізу, визначення фізико-хімічних параметрів речовин.
23.
1- освітлювач; 2-коліматор; 3 - кювета; 4, 5 -- призми; 6 - Фотоелементи.
Кювета складається із двох камер, розділених прозорою перегородкою, одна з яких заповнена еталонним розчином заданої концентрації, а інша - контрольованим розчином. За рівності показників заломлення еталонної п та контрольованою п" рідин промінь світла проходить через обидві камери без відхилень, а при зміні концентрації контрольованого середовища, показник п" змінюється та промінь світла відхиляється. Відхилення променя тим більше, чим помітніша різниця між концентраціями еталонної та контрольованої рідин. Конструкція диференціальної кювети забезпечує температурну компенсацію, т. е. рівність температур, у яких перебувають обидві рідини.
24. При вимірі мас-спектрометрами використовують основний фізичний параметр речовини – масу молекули чи атома. Це дозволяє визначати склад речовини незалежно від її хімічних та фізичних властивостей. Перевага мас-спектрометричного методу - швидкий та повний аналіз багатокомпонентних газових сумішей. При цьому для аналізу потрібні дуже малі кількості речовини. "
В умовах глибокого вакууму молекули або атоми речовини, що аналізується, іонізуються з утворенням позитивно заряджених іонів. Іони, що отримали прискорення в електричному полі, поділяються за своїми масами в магнітному полі. Сума електричних зарядів іонів, що рухаються, утворює іонний струм. Вимірювання сили іонного струму, створюваного частинками тієї чи іншої маси, дозволяє судити про концентрацію частинок у загальному складі речовини, що аналізується. У мас-спектрометрі будь-якої конструкції основною частиною є мас-аналізатор, в якому відбуваються іонізація, формування іонного променя, поділ його на складові іонні промені, що відповідають строго певним масам, і послідовне роздільне збирання іонних променів на колекторі. Відповідно до зазначених процесів мас-аналізатор будь-якого мас-спектрометра складається з джерела іонів, власне аналізатора та приймача іонів.
За конфігурацією та взаємною орієнтацією магнітних і електричних полів, а також за характером зміни цих полів у часі мас-спектрометри діляться на чотири групи: з поділом іонів у однорідному магнітному полі; з поділом іонів у неоднорідному магнітному полі; з розподілом іонів за часом прольоту; радіочастотні.
Переважне застосування отримали мас-спектрометри з поділом іонів у однорідному магнітному полі та за часом прольоту.
25. Автоматичний рефрактометр.
26. Дія рефрактометра 
РН метрія
