Фотоэлектроколориметр: для чего нужен, принцип работы

Фотоэлектроколориметр: для чего нужен, принцип работы

УСТРОЙСТВО И Принцип работы ФОТОЭЛЕКТРоколориметра (фэк)

В основе колориметрического метода лежит закон Ламберта – Меера – Бера (1852), согласно которому существует прямая пропорциональная зависимость между концентрацией вещества в окрашенном растворе и степенью поглощения лучей света данным раствором. Интенсивность поглощения света зависит не только от количества и природы растворенного вещества, но и от толщины слоя раствора, длины волны падающего света, температуры раствора.

Степень поглощения света окрашенным раствором выражается оптической плотностью (экстинцией), под которой понимают отношение интенсивности света, падающего на раствор, к интенсивности света, прошедшего через раствор. Величина оптической плотности обозначается буквой Е или D. Чем больше оптическая плотность, тем меньше света пропускает раствор, то есть между оптической плотностью и светопропусканием существует обратная пропорциональная зависимость (Е=lg 1/r, где r – коэффициент светопропускания). Для определения плотности или светопропускания используют фотоэлектроколориметры.

Устройство колориметра фотоэлектроколориметра ( ФЭК-2 )

Фотоэлектроколориметр предназначен для определения концентрации вещества в окрашенных растворах по их оптической плотности или коэффициенту светопропускания.

Схема прибора

В качестве источника света в КФК-2 используется лампа накаливания (1). Световой поток от лампы накаливания проходит через диафрагму (2), объектив (3), усиливающий свет в 10 раз, и светофильтр (4).

В КФК-2 имеется набор светофильтров. Использование конкретного цветового светофильтра позволяет пропускать через раствор лучи определенной длины волны, поглощение которых характерно для исследуемого вещества. Обычно эффективная длина волны и цвет светофильтра указывают в используемом методе. Приведенная ниже таблица позволяет ориентировочно выбрать светофильтр для измерения оптической плотности некоторых окрашенных растворов:

Окраска исследуемого раствора Цвет необходимого светофильтра Длина волны пропускаемого света в нм
Желтая Синий 420-450
Оранжевая Синий 430-460
Красная Зеленый 460-500
Пурпурная Зеленый 490-530
Синяя Оранжевый
Сине-зеленая Красный 600-650

Световой поток, пройдя через светофильтр и кювету с раствором (5), падает на приемник света (6, 7) – фотоэлемент Ф-26 (в области спектра 315-540 нм) или фотодиод (в области спектра 590-980 нм). В фотоприемниках световая энергия преобразуется в электрическую, изменение количества которой отражает микроамперметр (9). Показания микроамперметра пропорциональны силе светового потока, прошедшего через исследуемый раствор.

К фотоэлектроколориметру КФК-2 прилагается набор кювет, отличающихся расстоянием между рабочими гранями, через которые проходит световой поток. Это расстояние (в мм) указывается на одной из рабочих граней. В наборе по три кюветы с рабочей длиной 5, 10, 20, 30 и 50 мм. На боковой стенке кюветы имеется риска, до которой наливают раствор. При работе с летучими растворителями кюветы закрывают специальными крышками.

Общий вид прибора

1. Микроамперметр (измерительный прибор имеет две шкалы: нижняя (D) – шкала оптической плотности (от 0 до 1,5), верхняя – регистрирует коэффициент светопропускания (от 0 до 100%).

2. Крышка кюветного отделения, которую при открывании и закрывании держат за специальные ручки (2а).

3. Рукоятка установки нужного светофильтра.

4. Рукоятка перемещения кювет, установленных в кювето- держатель в кюветном отделении.

5. Рукоятка включения фотоприемников (чувствительность). Возможны три положения этой рукоятки: 1, 2, 3 (чувствительность от меньшей к большей). Рукоятка устанавливается на цифры черного цвета в интервалах длин волн 315-540 нм или красного цвета при длине волн 590-980 нм.

6. Рукоятка “Установка грубо”.

7. Рукоятка “Установка точно”.

8. Включатель и выключатель сетевого напряжения находится на задней стенке прибора (внизу, слева).

9. Индикаторная лампочка.

Измерение оптической плотности на КФК-2

1. С помощью рукоятки 3 установить нужный светофильтр (по длине волны).

2. Рукояткой 5 установить чувствительность в положение 1 черного или красного цвета в зависимости от длины волны.

3. Рукоятки 6 и 7 (“установки грубо, точно”) повернуть до упора влево. При таком положении рукояток чувствительность минимальна, что предохраняет микроамперметр от перегрузки.

4. Включить прибор в сеть: вилку шнура вставить в розетку электросети, рукоятку 8 – в положение “включено”. Загорается сигнальная лампочка (9). Прибор прогревать 15-20 минут с открытой крышкой кюветного отделения.

5. Поставить кювету с растворителем (или контролем) во второе (дальнее от передней стенки) гнездо кюветодержателя, а кювету с исследуемым раствором – в первое (ближнее) гнездо. Закрыть крышку кюветного отделения.

6. Кювету с растворителем (контролем) поместить в световой поток, повернув рукоятку 4 до упора влево.

7. Установить стрелку микроамперметра на нуль по шкале оптической плотности рукояткой 6 (“установка грубо”). В случае необходимости подвести стрелку к нулю рукояткой 7 (“установка точно”).

8. Переместить в световой поток кювету с исследуемым раствором, повернув рукоятку 4 до упора вправо и записать значение оптической плотности по нижней шкале микроамперметра.

9. Сразу повернуть рукоятки 6 и 7 до упора влево.

10. По окончании работы убрать кюветы и навести порядок в кюветном отделении и у фотоэлектроколориметра, отключить прибор от электросети и вымыть кюветы.

Фотоэлектроколориметр

Фотоэлектроколориметр является оптическим прибором, который призван совершать точные замеры концентрации различных веществ в растворах.

Принцип работы установки базируется на способности окрашенных жидкостей поглощать проходящий через них световой луч. Причем, чем больше в растворе оказывается окрашивающих составляющих, тем сильнее происходит поглощение. Результат фиксирует устройство, передавая окончательные данные лаборанту.

Классификация и особенности

Кроме того что на все модели назначается собственная цена из-за особенностей политики ценообразования каждого бренда, существует несколько других вариантов классификации по профессиональным признакам. Речь идет о разделении агрегатов на визуальные и объективные типы. Второй вариант еще изредка называют фотоэлектрическим.

Визуальные модификации отличаются от аналогов углом попадания света. Здесь проходящий через изучаемую жидкость луч освещает только одну часть в поле зрения. На вторую половину свет только падает, что вызвано прохождением сквозь раствор того же средства, которое было оценено ранее, а его концентрация досконально известна.

При подобном раскладе за основу берется сравнительный результат, чего получается добиться за счет анализа толщины первого слоя при сравнении с интенсивностью светового потока. После того как лаборант успешно добивается обобщения цветовых тонов обеих частей поля зрения, получается вывести схематическое соотношение. Итог порадует относительно точными сведениями касательно процента концентрации у исследуемого раствора.

В зависимости от того, привлекался ли к исследованию цифровой прибор, либо его более примитивные версии, будет колебаться уровень точности. Но в промышленных масштабах используют довольно точные установки, которые хорошо себя зарекомендовали и учетом подсоединения качественных светофильтров. Речь идет о современных аналогах классических визуальных колориметров – фотоэлектроколориметрах.

Их работа порадует повышенной точностью по отношению к устаревшим механизмам, за что следует поблагодарить инновационные фотоэлементы. Чаще всего производитель для подобных целей применяет селеновые и вакуумные приемники излучения. С их помощью получается добиваться практически такой же точности, которую предлагал первый спектрофотометр, но при этом не тратиться на более дорогостоящие покупки. Также технический паспорт подобного продвинутого оборудования для лабораторных изысканий предусматривает следующие улучшенные позиции:

  • умножители фотоэлектронного формата;
  • фоторезисторы;
  • фотодиоды.

Чтобы определить силу конкретного фототока приходится задействовать значения интенсивности падающего на них светового излучения. Так специалист измеряет степень поглощения света растворяющимися частицами, что свидетельствует о процентном значении концентрации исследуемого раствора.

Кроме стандартных фотоэлектроколориметров с обычными отсчетами токовой силы, на рынке медицинского оборудования широко представлены колориметры компенсационного класса. Их оптическая схема несколько отличается из-за разности сигналов, которые соответствуют стандартному и изучаемому раствору. Здешняя отметка сводится к нулю, чего удалось достичь при использовании электрического, либо оптического компенсатора. Начало замеров при подобном раскладе производится с компенсационной шкалой.

Считается, что представленная методика помогает проводить более качественный анализ, так как показатели погрешности не реагируют на:

  • условия изменений окружающей среды вроде температурных колебаний;
  • нестабильные свойства элементов самой техники.

Но за повышенную детализацию приходится «расплачиваться» тем, что инструмент не предоставляет результаты напрямую. Вместо этого приходится сверять полученные сведения путем перехода в градуированные графики. Их получают методом измерения растворов с уже изученными концентрационными свойствами.

Области применения

Инструкция для использования различных категорий колориметра довольно проста для опытных диагностов клинического или исследовательского профиля. Чтобы установить основные узлы, не потребуется много времени при наличии должных навыков. Даже точность, которую предоставляют последние модификации оборудования, порадует хорошими результатами, не хуже, чем предоставляют сложные тактики полноценного химического анализа. Нижние рамки для замера концентрации варьируются в радиусе от 10 −3 до 10 −8 моль/л.

Обобщенный алгоритм эксплуатации предусматривает всего несколько шагов. Сначала в пучок света потребуется переставить кювет, заполненный контрольной жидкостью с уже известными показаниями. Потом в механическом режиме нужно производить вращение ручки существующих круговых фотометрических клиньев. При установлении стрелки гальванометра на нулевую отметку, движение прекращается.

На кювет с контрольным средством направляют световой луч. Одновременно с этим стрелка гальванометра начинает отклоняться от своего привычного положения. Лаборанту предстоит зафиксировать указанное значение.

Далее останется только отключить аппарат и привести используемые кюветы в порядок для следующего тестирования.

Читать еще:  Причины хронического тонзиллита: симптомы

На фоне такой простой схемы становится понятно, почему устройство пользуется спросом в различных сферах промышленного и клинического применения. Техника является одним из самых незаменимых форматов медицинского оборудования, помогающего осуществить оперативные замеры гемоглобина. Она же необходима для оценки текущего уровня общего и прямого билирубина, холестерина, общего белка, мочевой кислоты.

Ее алгоритм охотно используют медицинские лаборатории, занимающиеся обработкой анализов тимоловой пробы, замерами железа, креатина, глюкозы и даже липопротеинов.

Нашла свое применение технология в сельском хозяйстве. Здесь без нее не проводится контроль химического состояния воды, корма. Когда необходимо разобраться с тем, пригодна ли почва для растениеводства или животноводства, тоже приходится привлекать фотоэлектроколориметр. Он с легкостью определит, есть ли во взятом образце переизбыток калия, нитратов, марганца, магния или фосфатов.

По той же причине прибором часто пользуются экологические службы, а также отделы по контролю пищеперерабатывающей и химической промышленности. В редких случаях помощь установки требуется геологам или биохимикам во время научных экспериментов.

Некоторые обыватели, которые далеки от физических и химических теорий, не всегда с первого раза понимают, почему эксперты одинаково часто используют как фотоэлектроколориметры и спектофотометры. Эти два устройства хотя и несколько похожи, но все же исполняют свои задачи несколько по-разному.

При спектральном анализе за основу берут луч в монохроматическом свете. Во втором случае за основу берется полихроматическая среда, формирующаяся специальным фильтром. Меняя светофильтры, получается определять концентрацию различных составляющим в одном и том же растворе с минимальной погрешностью.

Добавляет преимуществ фототехнике фактор упрощенной эксплуатации и относительно небольшая стоимость по отношению к их прямым «конкурентам».

Фотоэлектроколориметрия

Фотоэлектроколориметрический метод более объективный по сравнению с визуальной колориметрией и может давать более точные результаты. Для определения применяются фотоэлектроколориметры (ФЭК) различных марок.

Принцип работы ФЭК следующий. Световой поток, проходя через окрашенную жидкость, частично поглощается. Остальная часть светового потока попадает на фотоэлемент, в котором возникает электрический ток, регистрирующийся при помощи амперметра. Чем больше концентрация раствора, тем больше его оптическая плотность и тем больше степень поглощения света, и, следовательно, тем меньше сила возникающего фототока.

К прибору прилагаются наборы кювет. Кюветы бывают различных размеров и подбираются в зависимости от интенсивности окрашенного раствора. Проходя через кюветы с раствором, лучи света попадают на фотоэлементы.

Между оптической плотностью и концентрацией вещества в растворе существует прямая пропорциональная зависимость.

Для того чтобы проводить на ФЭКе определение количества вещества, необходимо составить градуировочную кривую

Градуировочная кривая.

С — концентрация; D — оптическая плотность раствора.

D

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 С

Градуировочная кривая показывает зависимость оптической плотности раствора D от количества вещества С Для построения градуировочной кривой готовят ряд окрашенных растворов с известным количеством вещества (для этого берутся разные количества стандартного раствора). Окрашенные стандартные растворы должны быть приготовлены в таких же условиях, в которых будет готовиться окрашенный раствор определяемого вещества при полном соблюдении методики работы. Измеряют оптические плотности всех растворов и строят градуировочную кривую, откладывая ,по оси абсцисс известные концентрации, а по оси ординат — соответствующие им значения оптической плотности.

По градуировочной кривой в дальнейшем определяют концентрацию вещества в исследуемом растворе. Для этого раствор наливают в ту же кювету, для которой построена градуировочная кривая и, включив тот же светофильтр, определяют оптическую плотность раствора. Затем по градуировочной кривой находят концентрацию определяемого вещества, соответствующую, данной оптической плотности. Градуировочную кривую следует время от времени проверять. Часто в работе пользуются градуировочными таблицами, которые составляются по данным градуировочной кривой.

Техника определения на ФЭК-56М. Кюветы, в которых проводят измерение поглощения, должны быть тщательно очищены: их моют концентрированной соляной кислотой, водопроводной водой, несколько раз споласкивают дистиллированной водой и насухо вытирают снаружи. Во всех случаях кювету предварительно споласкивают небольшим количеством раствора, оптическую плотность которого собираются измерять. Кювету, заполняют до такого уровня, чтобы поток излучения проходил только через слой раствора. Толщину слоя кюветы выбирают таким образом, чтобы измеряемые величины D укладывались в оптимальном интервале 0.1-1.0. Кюветы устанавливают в кюветное отделение прибора всегда в строго определенное положение, чтобы избежать ошибок, связанных с отражением и рассея­нием излучения.

Подготовка прибора. Прибор включают за 25-30 мин до начала работы, так как первое время после включения показания не постоянны, система должна прогреться. При этом шторка должна быть закрыта.

Оба отсчетных барабана устанавливают на нуль по красной шкале (100% по шкале светоцропускаиия), диафрагмы полностью раскрыты. После этого проверяют «электрический нуль» прибора: стрелка миллиамперметра должна стоять на нуле (при закрытых шторках). Если стрелка отклоняется, специальной рукояткой подводят стрелку миллиамперметра к нулю.

Берут 3 кюветы одинаковой рабочей длины; 2 из них заполняют растворителем, а одну — исследуемым раствором. Если реактивы, применяемые в данном определении, окрашены, то проводят так называемый «глухой опыт»: в мерной колбе такого же объема, как та, в которой готовили испытуемый раствор, готовят раствор, содержащий все реактивы, кроме определяемого вещества. Тогда 2 кюветы заполняют не растворителем, а раствором «глухого опыта». Но в этом случае данные для калибровочной кривой снимают с применением «глухого опыта».

Измерение на ФЭКе производят в следующем порядке:

1. В левый кюветодержатель ставят кювету с растворителем, а в правый — в одно гнездо кювету с испытуемым раствором, а в другое — кювету с растворителем.

2. В правый пучок света помещают кювету с испытуемым раствором.

3. Открывают шторку, при этом стрелка микроамперметра отклоняется от нуля; вращая левый отсчетный барабан от себя, подводят стрелку микроамперметра к нулю.

4. Закрывают шторку.

5. Рукояткой кюветодержателя перемещают кюветы в правом кюветодержателе, так чтобы в правом пучке света оказалась кювета с растворителем.

6. Открывают шторку, стрелка микроамперметра снова отклоняется от нулевого положения.

7. Вращая правый отсчетный барабан от себя, возвращают стрелку микроамперметра к нулю.

8. Закрывают шторку.

9. Снимают показания прибора по красной шкале правого отсчетного барабана.

10. Для исключения случайных ошибок повторяют измерение еще два раза. Для расчетов можно брать повторяющиеся результаты с незначительным расхож­дением.

11. Находят по градуировочной кривой или по таблице количество определяемого вещества.

Указания к пользованию прибором. Кончив измерение данного раствора, необходимо его тотчас вылить из кюветы, которую необходимо тщательно промыть дистиллированной водой и поставить в перевернутом виде на чистую фильтровальную бумагу. Проверяют, закрыта ли шторка и ставят отсчетные барабаны на нуль.

Если на ФЭКе в течение дня работа больше не будет производиться, то выливают растворитель из кюветы и споласкивают их дистиллированной водой. Все кюветы вытирают досуха и убирают. ФЭК отключают и закрывают чехлом. Рекомендуется при работе закрывать кюветы крышками, чтобы предотвратить проливание жидкости внутри прибора. Если работают с летучими жидкостями, закрывать кюветы надо обязательно.

Рефрактометрия

Рефрактометрия основана на измерении угла преломления светового луча при переходе его из одной среды в другую. Такой переход, предположим из воды в стекло, сопровождается изменением направления света Преломление светового луча измеряют с помощью показателя преломления, представляющего собой отношение синуса угла падения ? к синусу угла преломления β:

Показатель преломления зависит от природы и плотности вещества, его концентрации, температуры, давления среды и длины волны падающего света. При прочих постоянных условиях показатель преломления пропорционален только концентрации вещества.

Аппаратура. Показатели преломления определяют на специальных приборах — рефрактометрах, работающих на принципе измерения предельного угла пре­ломления Если угол падения луча равен 90°, то луч света, преломляясь в другую фазу, образует предельный угол преломления.

При этом существует зависимость:

Если для одной среды известен показатель преломления (n2), то показатель второй среды легко определить, измерив предельный угол преломления β Предельный угол определяют по границе света и тени, наблюдаемой в рефрактометре. В качестве одной среды используют стекло (стеклянные призмы) с известным значением n2, вто­рой средой служит раствор, показатель преломления которого необходимо измерить.

Перед производством измерений показания рефрактометра проверяют по дистиллированной воде (nD 20 = 1,3330). Все измерения проводят при постоянной температуре, так как n t D зависит от нее. Показатель преломления n t D обозначают с индексами t и D. Индекс t обозначает температуру, при которой производят измерения. Индекс D обозначает желтую линию D в спектре натрия, так как в лабораторных рефрактометрах источником света обычно служит натриевая лампа, испускающая желтый свет.

В простейшем рефрактометре (типа РЛ или РЛ-2) раствор вещества помещают между двумя призмами и, вращая увеличенную трубку, наводят границу света и тени на центр визирного креста. Затем по круговой шкале отсчитывают значение показателя преломления При работе на рефрактометрах сначала замеряют показатель преломления растворителя, затем — раствора.

Рефрактометрическое измерение. Определение концентрации вещества в растворе ведут с помощью калибровочного графика, по таблицам показателей преломления и по рефрактометрическому фактору. Калибровочный график строят по показателям преломления стандартных растворов известной концентрации. На осях координат откладывают значения концентрации, разницу показателей преломления стандартных растворов и растворителя и соединяют полученные точки линией. Измерив, показатель преломления анализируемого раствора, на графике определяют его концентрацию. Для многих веществ разработаны таблицы, в которых приведены показатели преломления растворов с известной концентрацией, например:

Читать еще:  Что происходит во время сотрясения головного мозга
2% 4% 6%
CaCl2 1,33788 1,34251 1,34703
KCl 1,33589 1,33848 1,34106
NaCl 1,33667 1,34002 1,34332

Показатели преломления nD 17 основных растворителей, применяемых в анализе, имеют следующие значения: вода — 1,3333; этанол — 1,3613; ацетон — 1,3591; хлороформ — 1,4456.

Кроме графиков и таблиц для расчета концентраций можно использовать рефрактометрический фактор F, показывающий увеличение показателя преломления раствора при возрастании его концентрации на 1%. Рефрактометрический фактор F (и концентрацию веществ С) определяют по формуле:

где np, n0 – показатели преломления раствора и растворителя. Например,. для NaCl фактор F (используем nD 17 4% раствора) равен:

F = (1,34002 – 1,33324)/4 = 0,001695

По фактору, зная показатель преломления раствора и растворителя рассчитывают концентрацию раствора. Все измерения на рефрактометрах проводят при постоянной температуре, для чего в рефрактометрах предусмотрено термостатирование призменного блока. При изменении температуры n t D изменяется, например, для воды: nD 10 = 1,33369; nD 15 = 1,33339; nD 20 = 1,33299.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Фотометр принцип работы

Устройство и принцип работы фотометра

Фотометр или фотоэлектроколориметр (сокращенно ФЭК)используется для вычисления концентраций различных окрашенных растворов по поглощению света ими. Структурная схема типового однолучевого фотметра представлена на рисунке ниже:

Луч света от источника света – лампы светит через светофильтр. Полученный монохроматический свет следует через кювету с раствором. Кюветы их минимум две или более представляют из себя сосуды, в которые наливают раствор для сравнения и исследуемый. Кюветы изготавливаются из прямоугольной формы с заданным расстоянием между своими стенками. Для измерений важен не общий объём раствора, а толщина слоя, которая задается расстоянием между передними и задними стенками. Кюветы изготавливают из прозрачного стекла, пропускающего все лучи видимого светового спектра. Для анализа в ультрафиолетовом спектре частот используют кюветы сделанные из кварца пропускающие УФ лучи.

Прошедший через раствор световой спектр, следует на фотоприёмник, обычного в его роли используется фотодиод, преобразующий энергию световой волны в электрический ток. Полученный электрический сигнал усиливается усилителем и попадает на устройство измерительное (гальвонометр). На нем имеются две шкалы. На нижней нанесены значения оптической плотности раствора, а на верхней – коэффициента пропускания в %.

Принцип измерения оптической плотности и коэффициента пропускания базируется на том, что на фотоприёмник поочерёдно направляют потоки света – прошедший через анализируемый раствор и полный . Вначале под луч светового потока ставят кювету с раствором сравнения ( дистиллированная вода или какой-то растворитель).

Изменением чувствительности фотометра добиваются, чтобы отсчёт по первой шкале коэффициентов пропускания был равен 100 делениям (или был равен нулю по шкале оптической плотности – вторая шкала). Т.е, полный световой поток условно принимается за 100% – полный. Затем в него помещают кювету с анализируемым раствором. Из-за поглощения света этим раствором световой поток уменьшается, и стрелка измерительного прибора отклоняется от нуля. По показаниям стрелки определяют значение коэффициента пропускания или оптической плотности.

Фотометр широко используется в клинико-биохимических исследованиях. Фотометр позволяет производить измерения коэффициентов пропускания рассеивающих эмульсий, взвесей, и коллоидных растворов в проходящем свете. В зависимости от применяемого реактива, определяют количество гемоглобина в крови, количество желчных пигментов и белка, мочевины в сыворотке, креатина в моче и сыворотке, мочевой кислоты, глюкозы в моче и крови, железа, кальция, фосфора и др.

Для исследования процесса оксигенации (насыщения крови кислородом)в лабораторной медицинской техники применяют методы неинвазивной или инвазивной спектрофотометрии.

Главным параметром оксигенации является степень насыщения гемоглобина крови кислородом SpO 2 , Эта характеристика получила название сатурация крови кислородом.

В основе применения фотометрических способов при вычислении параметра оксигенации крови лежит свойство измерения поглощения света, прошедшего через пробу с кровью, в различных диапазонах спектрального света. Метод основана на использовании закона Бера-Ламберта с учетом того важного факта, что каждая из известных четырех форм гемоглобина обладает своим собственным спектром поглощения. Так, например, оксигемоглобин (- НbO 2 ) обладает минимумом поглощения в красной части спектра. Напротв, редуцированный гемоглобин (НЬ) в этой же части спектра обладает более высокое поглощение. В ИК части спектра поглощение НЬО 2 будет выше поглощения НЬ. Также можно выделить отдельные участки светового спектра, где оптические свойства метгемоглобина (metHb)резко отличаются от других составляющих крови. Спектральная характеристика карбоксигемоглобина (СОНЬ) несет резко падающий характер, и в ИК – диапазоне ее поглощения практически нет.

Поэтому, для анализа всех четырех фракций сатурации так важно применять четыре разные длины волны излучения. Многолучевая спектрофотометрия применяется в кровяных оксиметрах. Исследования показали, что аппараты неинвазивного чрезкожного измерения сатурации артериальной крови кислородом дают достаточно нестабильные показания из-за присутствия различных неоднородных тканевых структур, окружающих сосуды. Поэтому в лабораторной практике применяется прямая инвазивная спектрометрия крови, в которой используют волоконно-оптические оксиметры, позволяющие осуществлять лабораторную оценку оксигенации венозной крови (SvO2).

В этих разновидностях фотометров применяются специальные катетеры, которые вводят в легочную артерию или подключичную вену. В катетеры помещаются два световода, соединенные с источником света и фотоприемнику соответственно, причем в световодах может быть несколько оптических волокон, что позволяет параллельно и независимо принимать и пропускать излучения, с разными длинами волн.

На рисунке ниже изображена структура инвазивного абсорбционного измерителя, в котором анализируется величина поглощения света компонентами крови, расположенными между обоими торцами световода.

Если приемник и источник расположить под углом 90°, то будет анализироваться не поглощательная, а отражательная способность крови, т.е мы видим нефелометрический способ исследования.

Коэффициенты отражения у оксигемоглобина и гемоглобина сильно отличаются на длинах волн 620. 650 нм. Это дает возможность строить двулучевые устройства определения параметров оксигенации крови повышенной точности. На рисунке ниже приведена схема двухчастотного датчика насыщения крови кислородом, состоящего из трех световодов, одного фотодиода (ФД) и двух светодиодов (СД1, СД2).

По первым двум световодам оптическое излучение с длинами волн λ1 и λ2 поступает к исследуемой крови. По третьему световоду отраженное от элементов крови излучение следует на фотоприемник. На полученных частотах можно рассчитать отклонение сигналов λ1 и λ2 и определить показатель сатурации крови.

При прохождение светового пучка через слой вещества его интенсивность снижается вследствие взаимодействия квантов света с электронами вещества, поэтому чего часть энергии света передается электронам.

Поглощением света принято считать ослабление интенсивности света при прохождении через любой материал вследствие преобразования световой энергии в другие виды.

Техноком
научно-производственное объединение

Поиск на сайте

Спецпредложение.
Кюветы для спектрофотометров

Кюветы стеклянные стандарта КФК для спектрофотометров КФК-3.01, ПЭ-5300/5400, UNICO-1201/2100 и других

Спецпредложение.
Спектрофотометр B-1100

Спектрофотометр B-1100
Спектральный диапазон: 315-1050 нм
Цветной дисплей

Цена: 75000 руб.

Спецпредложение.
Набор кювет для КФК №2

Набор стеклянных кювет Ultra №2 включает кюветы 5, 10, 20, 30, 50 мм по 3 шт.

Цена: 10849.1 руб.

Выбранные разделы

*- цифры указывают
(количество позиций оборудования)

Ваш навигатор: Главная >>> Библиотека >>> Спектрометрическое оборудование >>> Типы, устройство, виды спектрофотометров, фотометров, фотоколориметров

“Типы, устройство, принцип работы спектрофотометров, фотометров, фотоколориметров”

Назначение и работы спектральных приборов

Назначением спектральных приборов является выделение излучения в узких спектральных интервалах в пределах заданной области спектра с разрешением обычно 102-107. В основу действия спектральных приборов могут быть положены самые разнообразные принципы, поэтому схемы действия конструкции приборов могут быть весьма различными.

Давно известны и наиболее распространены спектральные приборы с пространственным разделением длин волн. Обязательным в спектральных приборах этого класса является диспергирующий элемент, пространственно разделяющий по длинам волн падающее на него излучение.

Более подробную информацию о спектрофотометрах КФК-3-01 «ЗОМЗ», ПЭ-5300ВИ, Unico 1201, ПЭ-5400ВИ, ПЭ-5400В ПромЭколаб, Unico 2100 и других Вы можете найти в каталоге на нашем сайте

Типы абсорбционных спектрометров

1. Колориметры и фотоколориметры

Фотоколориметры – приборы, предназначенные для определения количества окрашенного вещества путем измерения величин поглощения и пропускания в видимой части электромагнитного спектра.

Основное отличие спектрофотометра от фотоколориметра состоит в возможности пропустить через исследуемый образец световой поток любой требуемой длины волны, проводить фотометрические измерения, сканируя (просматривая) весь диапазон длин волн не только видимого (VIS) света – от 380 до 750 нм, но и ближнего ультрафиолета (UV) – от 200 до 380 нм.

Последнее обстоятельство не исключает целесообразности выпуска недорогих спектрофотометров, не имеющих источника ультрафиолетового излучения и работающих только в видимой части оптического диапазона волн.

Целью упомянутого и очень важного режима работы спектрофотометров – режима сканирования – является построение спектральной кривой поглощения (абсорбции) и нахождение на ней пиков, а также исследование процессов интерференции и поиск ложных пиков, приводящих к ошибочным результатам при спектрофотометрических исследованиях.

3. Двуволновые спектрофотометры

В начале 50-х годов прошлого века Брайтон Чанс предложил новый метод измерения очень маленьких изменений поглощения сильно рассеивающих и мутных образцов. Основная идея очень проста. В то время как в двулучевой спектроскопии, где две кюветы, с образцом и сравнением, облучаются светом одной, но переменной длины волны , в двуволновой абсорбционной спектрофотометрии используется только одна кювета с образцом, которая облучается двумя различными длинами волн, и измеряется разница поглощений между 1 и 2.

Разрешение по длине волны здесь, в отличие от светосилы, имеет второстепенное значение. Поэтому в качестве “монохроматора” двуволнового спектрофотометра вполне подойдут узкополосные интерференционные фильтры. Они обладают большей светосилой, чем решеточные монохроматоры. Два луча света с длинами волн 1 и 2 посредством колеблющегося с частотой от 30 до 100 Гц зеркала попеременно облучают образец. Соответствующие сигналы I (1) и I (2) поступают на вход фазочувствительного усилителя, выходной сигнал которого после определенного преобразования подается для обработки на компьютер.

Кювета с образцом находится в специальном термостатированном держателе, гарантирующем постоянную температуру измерений.

4. Спектрофотометры с фотодиодной решеткой

Особым типом спектрофотометров являются приборы с фотодиодной решеткой или матрицей (PDA). Здесь свет от источника направляется непосредственно на образец и уже после этого – на дифракционную решетку, которая проецирует разложенный по поддиапазонам свет на фотодиодную решетку или матрицу. Последние содержат определенное количество фотодиодных датчиков, преобразующих световую энергию в электрические импульсы. Поэтому любой диапазон длин волн при подобной конструкции спектрофотометра дает свой “отклик” практически мгновенно, а не последовательно, как это имеет место в традиционной спектрофотометрии. Электрические импульсы с фотодиодов обычно обрабатываются микрокомпьютером с выводом результатов на дисплей. В зависимости от используемого для работы диапазона волн используются дейтериевая и/или вольфрамовая лампы.

Количество фотодиодов определяет разрешающую способность спектрофотометрического прибора. Применение фотодиодной решетки является важным элементом проведения кинетических исследований, что позволяет одновременно производить замеры исследуемого субстрата и образующегося в ходе реакции продукта при различных длинах волн. Использование данной схемы обеспечивает высокое быстродействие при работе спектрофотометра в режиме сканирования: менее одной секунды на диапазон сканирования.

Принцип работы спектральных приборов

Спектрофотометры позволяют разлагать белый свет в непрерывный спектр, выделять из этого спектра узкий интервал длин волн, в пределах которого световой пучок можно считать монохроматическим (ширина выделяемой полосы спектра 1 – 20 нм), пропускать изолированный пучок света через анализируемый раствор и измерять с высокой степенью точности интенсивность этого пучка. Поглощение света окрашенным веществом в растворе измеряют, сравнивая его с поглощением нулевого раствора. В фотометрическом спектрофотометре сочетаются два основных прибора: монохроматор, служащий для получения монохроматического светового потока, и фотоэлектрический фотометр, предназначенный для измерения интенсивности света.

Монохроматор состоит из трех основных частей: источника света, диспергирующего устройства (устройства, разлагающего белый свет в спектр) и приспособления регулирующего величину интервала длин волн светового пучка, падающего на раствор.

Для разложения света в спектр применяются стеклянные и кварцевые призмы, а также дифракционные решетки. Призмы обладают довольно большой дисперсией и большой светосилой. Кварцевые призмы дают возможность работать в ультрафиолетовой области спектра. Очень важной деталью спектрофотометра является щель, с помощью которой можно регулировать интенсивность светового потока: чем меньше ее раскрытие, тем меньше света проходит через нее и тем уже интервал длин волн светового пучка, пропускаемого щелью.

Фотоэлектрический фотометр состоит из вакуумных фотоэлементов, усилителя постоянного тока и компенсирующего устройства (потенциометра), шкала которого проградуирована в единицах оптической плотности и процентах светопропускания.

В основу работы спектрофотометра положен принцип измерения отношения двух световых потоков: потока, прошедшего через исследуемый образец, и потока, падающего на исследуемый образец (или прошедшего через контрольный образец).

Световой пучок из осветителя попадает в монохроматор через входную щель и разлагается дифракционной решеткой в спектр. В монохроматический поток излучения, поступающий из выходной щели в кюветное отделение, поочередно вводятся контрольный и исследуемый образцы. Излучение, прошедшее через образец, попадает на катод фотоэлемента в приемно-усилительном блоке. Электрический ток, проходящий через резистор RН, который включен в анодную цепь фотоэлемента, создает на резисторе падение напряжения, пропорциональное потоку излучения, падающему на фотокатод.

Усилитель постоянного тока с коэффициентом усиления близким к единице, обеспечивает передачу сигналов на вход микропроцессорной системы (далее – МПС), МПС по команде оператора поочередно измеряет и запоминает напряжения UT и U, пропорциональные темновому потоку фотоэлемента, потоку, прошедшему через контрольный образец, и потоку, прошедшему через исследуемый образец. После измерения МПС рассчитывает коэффициент пропускания Т исследуемого образца. Значение измеренной величины высвечивается на цифровом фотометрическом табло.

Основные узлы спектрофотометра

1. Источник света

Спектрофотометр UV/VIS (ультрафиолет + видимый свет) имеет два источника света: источник для видимого участка спектра и источник ультрафиолета – от 200 до 390 нм.

Источником видимого света служит вольфрамовая, как правило, галогенная лампа, дающая постоянный поток света в диапазоне 380 – 950 нм, являясь стабильным и долговечным источником световой энергии со средним сроком службы более 500 ч.

В качестве источника УФ используются водородные или дейтериевые лампы. Ультрафиолетовые лампы, содержащие дейтерий, имеют высокую интенсивность излучаемого потока и непрерывный спектр в диапазоне от 200 до 360 нм.

Как известно исследуемый образец помещается в специальные приставки. Для каждого вида образцов они разные. Для твердых – это специальные зажимы, а при спектральных измерениях жидких образцов используются специальные контейнеры из кварцевого стекла, так называемые кюветы.

В большинстве спектрофотометров применяются стандартные кюветы, которые предназначены для такого размещения, которое предусматривает горизонтальную траекторию луча света. Основным недостатком подобных кювет является то, что только небольшая часть образца (около 10%) освещается измеряющим светом. В случае большой ценности образца или доступности его в небольшом объеме, можно использовать микрокюветы или ультрамикрокюветы с объемом 50 или даже 2,5 мкл. Кюветы очень маленьких объемов проявляют капиллярные свойства, и возникают проблемы с образованием пузырьков воздуха, что требует дегазации. Наконец, из таких кювет сложно извлечь обратно образец.

3. Диспергирующий элемент

В спектрофотометрах в качестве диспергирующего элемента чаще всего используют призмы и дифракционные решетки.

Дифракционная решетка технологически более сложное изделие, чем призма. Большинство применяемых в настоящее время решеток изготовлены способом выжигания и голографического копирования и представляют собой пластины с большим числом параллельных штрихов – до нескольких сот на миллиметр.

Основным преимуществом использования призмы в спектрофотометре является ее низкая стоимость.

Преимущество дифракционных решеток состоит в том, что они обеспечивают линейную дисперсию света на всем диапазоне видимого и УФ спектров. Отрицательным моментом применения дифракционных решеток является их высокая стоимость в сравнении с призмами и светофильтрами.

Одной из самых важных характеристик монохроматоров является полоса пропускания, выражаемая в единицах длин волн – нанометрах.

Если интерференционные фильтры дают ширину пропускания в диапазоне 6-20 нм, то призмы и дифракционные решетки дают более узкую полосу – менее 5 нм, а следовательно, и большую “чистоту” (монохромность) света, падающего на кювету с образцом. Полоса пропускания является одной из важнейших характеристик спектрофотометра. Уменьшение полосы пропускания влечет за собой повышение разрешающей способности спектрофотометра – значимой характеристики качества спектрофотометрических приборов.

Более подробную информацию о конкретных моделях Вы можете найти в каталоге на нашем сайте.

Если Вы подобраете модель спектрофотометра, предлагаем Вам воспользоваться сравнительными таблицами с характеристиками приборов КФК-3-01 «ЗОМЗ», ПЭ-5300ВИ, Unico 1201, ПЭ-5400ВИ, ПЭ-5400В ПромЭколаб, Unico 2100, преставленными разделе “Сравнение спектрофотометров“.

Ознакомиться с документацией на спектрофотометры, скачать паспорта и сертификаты можно в разделе “Документация“.

Навигатор по разделу ” Типы, устройство, виды спектрофотометров, фотометров, фотоколориметров”

Оперативная доставка в города:

Абакан, Ачинск, Барнаул, Березники, Воткинск, Екатеринбург, Златоуст, Ижевск, Иркутск, Казань, Каменск-Уральский, Когалым, Красноярск, Курган, Магнитогорск, Миасс, Москва, Набережные Челны, Нефтеюганск, Нижневартовск, Нижний Новгород, Нижний Тагил, Новосибирск, Новый Уренгой, Ноябрьск, Нягань, Омск, Оренбург, Орск, Пермь, Салават, Самара, Санкт-Петербург, Сарапул, Соликамск, Стерлитамак, Сургут, Тобольск, Тольятти, Тюмень, Уфа, Ханты-Мансийск, Чайковский, Челябинск и в другие города России.

Доставка по России производится транспортными компаниями: Экспресс-Авто, Деловые Линии, Энергия, ПЭК, ЖелДорЭкспедиция, Байкал-Сервис и другими по желанию заказчика. С тарифами транспортных компаний Вы можете ознакомиться на соответствующих сайтах.

Внимание – оплата товара означает акцептование выбранного метода доставки и/или оферты Перевозчика по срокам бесплатного хранения товара на его складе, а также стоимости доставки.

Читать еще:  Варенье из апельсинов: польза, рецепт
Ссылка на основную публикацию