Войти
Фотометр A Фотометр - это прибор, который измеряет силу электромагнитного излучения в диапазоне от ультрафиолета до инфракрасного, включая видимый спектр. Большинство фотометров преобразуют свет в электрический ток с помощью фоторезистора, фотодиода или фотоумножителя.
Измерение фотометрами:
До того, как были разработаны электронные светочувствительные элементы, фотометрия выполнялась визуально. Относительный световой поток источника сравнивался со стандартным источником. Фотометр размещен таким образом, чтобы освещенность исследуемого источника была равна освещенности стандартного источника, так как человеческий глаз может определить одинаковую освещенность. Затем можно рассчитать относительные световые потоки по мере уменьшения освещенности пропорционально обратному квадрату расстояния. Стандартный пример такого фотометра представляет собой лист бумаги с масляным пятном на нем, которое делает бумагу более прозрачной. Когда пятно не видно ни с одной стороны, освещенность с двух сторон одинакова.
К 1861 году широко использовались три типа. Это были фотометр Рамфорда, фотометр Ричи и фотометры, которые использовали угасание теней, которое считалось наиболее точным.
Фотометр Рамфорда Фотометр Рамфорда (также называемый теневым фотометром) основывался на принципе, согласно которому более яркий свет отбрасывает более глубокую тень. Два сравниваемых источника света использовались для отбрасывания тени на бумагу. Если бы тени были одинаковой глубины, разница в расстоянии источников света указывала бы на разницу в интенсивности (например, свет в два раза дальше будет в четыре раза больше).
Фотометр Ричи Фотометр Ричи зависит от равной освещенности поверхностей. Он состоит из ящика (а, б) длиной шесть или восемь дюймов и одного по ширине и глубине. В середине деревянный клин (f, e, g) был загнут вверх и покрыт белой бумагой. Глаз пользователя смотрел через трубку (d) в верхней части коробки. Высота устройства также регулировалась с помощью подставки (c). Источники света для сравнения помещались сбоку от коробки (m, n) - они освещали бумажные поверхности, так что глаз видел обе поверхности одновременно. Путем изменения положения огней они были сделаны так, чтобы освещать обе поверхности одинаково, с разницей в интенсивности, соответствующей квадрату разницы в расстоянии.
Этот тип фотометра зависел от того факта, что если свет отбрасывает тень непрозрачного объекта на белый экран, существует определенное расстояние, которое, если сюда попадает второй свет, стирающий все следы тени.
Большинство фотометров обнаруживают свет с помощью фоторезисторов, фотодиодов или фотоумножителей. Для анализа света фотометр может измерять свет после того, как он прошел через фильтр или через монохроматор для определения на определенных длинах волн или для анализа спектральное распределение света.
Некоторые фотометры измеряют свет, подсчитывая отдельные фотоны, а не приходящий поток. Принципы работы такие же, но результаты даются в таких единицах, как фотоны / см или фотоны · см · ср, а не Вт / см или Вт · см · ср.
Из-за своего индивидуального подсчета фотонов эти инструменты ограничены наблюдениями при низкой освещенности. Энергия излучения ограничена временным разрешением соответствующей электроники считывания детектора. В современных технологиях это диапазон мегагерц. Максимальная освещенность также ограничена параметрами пропускной способности и усиления самого детектора.
Светочувствительный элемент в устройствах счета фотонов в ближнем ИК-диапазоне, видимом и ультрафиолетовом диапазонах волн представляет собой фотоумножитель для достижения достаточной чувствительности.
В воздушном и космическом дистанционном зондировании такие счетчики фотонов используются в верхних пределах электромагнитного спектра, например рентгеновских лучей до дальнего ультрафиолета. Обычно это происходит из-за более низкой интенсивности излучения измеряемых объектов, а также из-за сложности измерения света при более высоких энергиях с использованием его частицоподобной природы по сравнению с волнообразной природой света на более низких частотах. И наоборот, радиометры обычно используются для дистанционного зондирования в диапазоне видимого, инфракрасного и радиочастот.
Фотометры используются для определения правильной экспозиции в фотографии. В современные камеры фотометр обычно встроен. Поскольку освещенность различных частей изображения меняется, современные фотометры измеряют интенсивность света в разных частях потенциального изображения и используют алгоритм для определения наиболее подходящего экспозицию для окончательного изображения, адаптируя алгоритм к предполагаемому типу изображения (см. Режим замера ). Исторически фотометр был отделен от камеры и известен как экспонометр. Затем усовершенствованные фотометры могут использоваться либо для измерения света от потенциального изображения в целом, для измерения от элементов изображения, чтобы убедиться, что наиболее важные части изображения оптимально экспонированы, либо для измерения падающего света на сцену с интегрирующим адаптером.
A Коэффициент отражения Фотометр измеряет коэффициент отражения поверхности как функцию длины волны. Поверхность освещается белым светом, и отраженный свет измеряется после прохождения через монохроматор. Этот тип измерения имеет в основном практическое применение, например, в лакокрасочной промышленности для объективной характеристики цвета поверхности.
Это оптические приборы для измерения поглощения света заданной длины волны (или заданного диапазона длин волн) окрашенными веществами в растворе. По поглощению света закон Бера позволяет рассчитать концентрацию окрашенного вещества в растворе. Благодаря широкому диапазону применения, надежности и прочности фотометр стал одним из основных инструментов в биохимии и аналитической химии. Абсорбционные фотометры для работы в водном растворе работают в ультрафиолетовом и видимом диапазонах от длины волны около 240 нм до 750 нм.
Принцип спектрофотометров и фотометров с фильтром заключается в том, что (насколько это возможно) монохроматический свет может проходить через контейнер (кювету) с оптически плоскими окнами, содержащими решение. Затем он достигает светового датчика, который измеряет интенсивность света по сравнению с интенсивностью после прохождения через идентичную кювету с тем же растворителем, но без окрашенного вещества. Из соотношения между интенсивностями света, зная способность окрашенного вещества поглощать свет (поглощающая способность окрашенного вещества или площадь поперечного сечения фотонов молекул окрашенного вещества при данной длине волны), можно вычислить концентрацию вещества с использованием закона Бера.
Используются два типа фотометров: спектрофотометр и фильтр фотометр. В спектрофотометрах монохроматор (с призмой или с решеткой ) используется для получения монохроматического света одной определенной длины волны. В фотометрах с фильтрами для получения монохроматического света используются оптические фильтры. Таким образом, спектрофотометры можно легко настроить для измерения оптической плотности на разных длинах волн, а также их можно использовать для сканирования спектра поглощающего вещества. Таким образом, они более гибкие, чем фотометры с фильтром, а также обеспечивают более высокую оптическую чистоту анализирующего света, и поэтому их предпочтительно использовать в исследовательских целях. Фотометры с фильтрами дешевле, надежнее и проще в использовании, поэтому они используются для повседневного анализа. Фотометры для микротитровальных пластин представляют собой фотометры с фильтром.
Спектрофотометрия в инфракрасном свете в основном используется для изучения структуры веществ, так как данные группы дают поглощение на определенных длинах волн. Измерения в водном растворе обычно невозможны, поскольку вода сильно поглощает инфракрасный свет в некоторых диапазонах длин волн. Следовательно, инфракрасная спектроскопия выполняется либо в газовой фазе (для летучих веществ), либо с веществами, спрессованными в таблетки вместе с солями, которые прозрачны в инфракрасном диапазоне. Для этой цели обычно используется бромид калия (KBr). Исследуемое вещество тщательно смешивают со специально очищенным KBr и прессуют в прозрачную таблетку, которую помещают в пучок света. Анализ зависимости от длины волны обычно выполняется не с использованием монохроматора, как в УФ-видимом диапазоне, а с использованием интерферометра . Интерференционная картина может быть проанализирована с использованием алгоритма преобразования Фурье . Таким образом, весь диапазон длин волн можно анализировать одновременно, что экономит время, а интерферометр также дешевле, чем монохроматор. Свет, поглощаемый в инфракрасной области, соответствует не электронному возбуждению исследуемого вещества, а различным видам колебательного возбуждения. Колебательные возбуждения характерны для различных групп в молекуле, которые можно таким образом идентифицировать. Инфракрасный спектр обычно имеет очень узкие линии поглощения, что делает их непригодными для количественного анализа, но дает очень подробную информацию о молекулах. Частоты различных форм колебаний варьируются в зависимости от изотопа, поэтому разные изотопы дают разные пики. Это позволяет также исследовать изотопный состав образца с помощью инфракрасной спектрофотометрии.
Атомно-абсорбционные фотометры - это фотометры, которые измеряют свет от очень горячего пламени. Анализируемый раствор впрыскивается в пламя с постоянной известной скоростью. Металлы в растворе находятся в пламени в атомарной форме. Монохроматический свет в этом типе фотометра генерируется газоразрядной лампой, в которой разряд происходит в газе с определяемым металлом. Затем разряд излучает свет с длинами волн, соответствующими спектральным линиям металла. Фильтр может использоваться для выделения одной из основных спектральных линий анализируемого металла. Свет поглощается металлом в пламени, и поглощение используется для определения концентрации металла в исходном растворе.
Статья частично основана на соответствующей статье в шведской Википедии
