Слайд 1Лекция 7
Оптические измерения
Слайд 2Темы лекции
Измерение параметров, характеризующих светопропускание (светопоглощение) оптических материалов
Слайд 3Для чего нужно измерять коэффициент пропускания?
У стекол, кристаллов, пластмасс:
Для проверки
отсутствия примесей
Для определения состава материала (сопоставление спектра пропускания с эталонным)
Слайд 4Для чего нужно измерять коэффициент пропускания?
У жидкостей и газов:
Для проверки
отсутствия примесей
Для определения состава
Для определения изменения концентрации реагирующих компонентов
(в химии, фармакологии, металлургии)
Для определения наличия болезнетворных бактерий (в медицине)
Для проведения других лабораторных анализов (в медицине, криминалистике)
Для экологического мониторинга
Слайд 5Основные формулы
Закон обратных квадратов
E — освещённость
r —расстояние от источника
до объекта
I —сила света точечного источника
i —угол падения
лучей относительно нормали к поверхности.
Т.е. если один источник в два раза дальше другого, света от него поступает вчетверо меньше
Слайд 6Основные формулы
Закон Бугера (Ламберта)
где I0 — интенсивность входящего пучка, l
— толщина слоя вещества, через которое проходит свет, kλ —
коэффициент поглощения (не путать с безразмерным показателем поглощения κ, который связан с kλ формулой kλ = 4πκ / λ, где λ - длина волны).
Т.е. материал толщиной в два миллиметра задерживает в 2,7* kλ раз больше света, чем толщиной 1 мм.
Слайд 7Основные формулы
Для жидкостей, газов
где Хλ — коэффициент, характеризующий взаимодействие молекулы
поглощающего вещества со светом длины волны λ, C — концентрация
растворённого вещества.
Т.е. если насыпать в два раза больше примеси, раствор будет поглощать в 2,7 раз больше света
Слайд 8Основные формулы
Закон Френеля
Слайд 9Основные формулы
Закон сохранения энергии
T = I прох / I пад R
= I отр / I пад
T+R = 1
D = I
рассеян / I пад
T+R+D = 1
Слайд 10Общая схема прибора
Источник света (ИК, УФ излучения) с заданным спектральным
составом
Образец
Оптическая система, которая улавливает проходящий, отраженный или рассеянный свет и
направляет на приемник
Приемник излучения
Индикатор
Источник
Образец
Приемник
Слайд 11Двухканальная схема
Источник
Образец
Приемник
Эталон
Слайд 12Источник
Солнечный свет – исторически первый
Абсолютно черное тело (АЧТ), нагретое до
определенной температуры – применяется как эталон
Лампа накаливания – Видимый свет
и ИК
Штифт Нернста, градан – ИК
Водородная лампа, дейтериевая лампа, ксеноновая лампа – источник света в УФ
Для выделения отдельных длин волн используется монохроматор
Лазеры (почти все основные типы – 0,63 мкм, 1,06 мкм, 0,34 мкм, 10,6 мкм)
Светодиоды
Слайд 15Оптическая система
Объектив
Для определения рассеянного света образец окружают шаром
Слайд 16Приемник
Человеческий глаз
Теплоэлектрические – АЧТ+термометр, фотометрический шар
Болометр (от УФ до дальнего
ИК)
Фоторезистор (видимый свет + ИК)
Фотодиод (от УФ до ближнего ИК)
Слайд 17Приемник
Характеристики:
Коэффициент преобразования мощности излучения в выходной ток (напряжение) для разных
длин волн;
Минимальный уровень (уровень шумов или темнового тока);
Максимальный уровень (насыщения);
(определяют
динамический диапазон)
Слайд 18Приемник
Болометр
Нагревается излучением и изменяет своё сопротивление при нагреве
Слайд 19Индикатор
Измеритель напряжения/тока
Счетно-анализирующее устройство
Устройство управления технологическим процессом
Слайд 20Визуальный фотометр
Изменение интенсивности:
- изменением расстояния
введением диафрагм и шторок
L1
Образец
Экран
L2
Слайд 22Медицинский фотометр
Вместо монохроматора – набор светофильтров
Должен уметь вычислять изменение коэффициента
пропускания во времени
Как правило, образцов несколько, имеется автоматическая смена образцов
Слайд 23
Диагностику бактериальных, вирусных и протозойных инфекций(гепатитов А,В,С,Д. ВИЧ инфекции, герпеса,
токсоплазмоза, кори, дифтерии, сифилиса , стафилококковой инфекции и т.д.).
Диагностику аутоиммунных,
аллергических, и наследственных заболеваний (системной красной волчанки, склеродермии, ревматоидного артрита, рассеянного склероза и т.д.).
Выявление патологии эндокринной системы и иммунного статуса организма( определение гормонов, и т.д.)
Диагностику онкологических заболеваний.(выявление онкомаркеров)
Биохимическое исследование сыворотки крови.( липопротеида, эритропоэтина и др.)
Оценку качества и безопасности продуктов питания, продовольственного сырья в пищевой промышленности и ГЦСЭН (определение в пробах афлотоксинов В,М, зеараленона ит.д.).
Слайд 24Лабораторный фотометр
Монохроматор на основе дифракционной решетки, переключаемые источники
Слайд 25Спектрофотометр
Строит спектр пропускания, автоматически изменяя длину волны монохроматора
Слайд 26Титратор
Служит для определения концентрации вещества в химии
Измеряется концентрация вещества в
растворе, в который добавлен индикатор – вещество, меняющее свою окраску
при изменении кислотности/щелочности и пр.
Автоматически изменяет концентрацию, добавляя в измеряемый раствор реагент по капле и измеряя коэффициент пропускания на заданной длине волны
Как только пропускание изменится – добавление реагента прекращается, показывает количество, которое было добавлено
Слайд 27Измеритель степени загазованности, запыленности или задымленности
Фотометр для газа, реагирует на
разницу между коэффициентом пропускания эталонного образца газа (предельно чистого) и
окружающего воздуха
Индикатор задымленности часто делают измеряющим рассеяние на частицах дыма
Запыленность и задымленность меряют в ближнем ИК, загазованность для СО – ИК 8-9 мкм, для метана – УФ, для паров этанола – ИК 3-4 мкм, для аммиака ИК 2-3 мкм.
Слайд 29Рефлектометр
Измеряет коэффициент отражения
Слайд 30Измеритель количества рассеянного света
Для определения рассеянного света образец окружают шаром