Устройство позволяет производить измерения для различных длин волн оптического излучения, соответственно в результате измерений получается спектр отношений потоков. Обычно используется для измерения спектров пропускания или спектров отражения излучения. Спектрофотометр является основным прибором, используемым в спектрофотометрии.
Назначение и сферы применения спектрофотометров
Спектрофотометры используются в различных областях науки и промышленности. Без них не могут обойтись такие направления фундаментальных исследований, как:
- физика;
- материаловедение,
- химия,
- биохимия,
- химическая инженерия;
- молекулярная биология.
Полупроводниковая промышленность, оптическое производство, полиграфия – все они используют спектрофотометры. Высокоточные аппараты нашли применение в медицине и фармацевтике для исследования состава реактивов и биоматериалов.
Спектрофотометры используют для решения следующих задач:
- определения состава растворов, твердых веществ, продуктов питания;
- для выявления примесей и их идентификации или подтверждения чистоты образца;
- наблюдения за течением химических реакций в режиме реального времени;
- анализа качества воды;
- колориметрии, необходимой при изготовлении лаков, красок, в полиграфии.
Устройство лабораторных спектрофотометров
Прибор включает в себя:
- источник света в виде разного вида ламп – вольфрамовых (видимый и инфракрасный спектр), дейтериевых (УФ-диапазон), комбинации галогено-дейтериевых (ультрафиолетовый и инфракрасный);
- монохроматора – призм, дифракционных решеток для выделения узких участков спектра оптического излучения;
- преломляющих, отражающих, дифракционных оптических элементов – для направления светового потока (стекла, призмы, зеркала, световоды);
- отделение или кювета для размещения исследуемого вещества, твердого или жидкого;
- фотоприемника – для фиксации уровня светового излучения, который проходит через исследуемый образец;
- усилителя сигналов – для передачи сигналов после определенного преобразования для обработки на компьютер.
Принцип работы спектрофотометра состоит в сравнении потока света, падающего на образец, с потоком, прошедшим через него или отраженным им.
Первые спектрофотометры работали только в видимой части электромагнитного спектра. Современные приборы позволяют изучать в том числе рентгеновские, ультрафиолетовые, инфракрасные и / или микроволновые длины волн.
В зависимости от конструкции прибора, в нем присутствуют усилитель сигнала, элементы оптической схемы (зеркала, призмы, стекла и т.д).
Устройство позволяет производить измерения для различных длин волн оптического излучения, соответственно в результате измерений получается спектр отношений потоков. Обычно используется для измерения спектров пропускания или спектров отражения излучения. Спектрофотометр является основным прибором, используемым в спектрофотометрии.
Виды современных спектрофотометров
Спектрофотометры различаются прежде всего по тому, как подается поток света на образец:
- Луч сначала проходит через монохроматор, где выделяется узкий участок спектра, который подается на образец.
- Белый свет падает сначала на образец, а монохроматор выделяет диапазон длин волн из уже отраженного (или прошедшего через объект) потока.
Кроме того, спектрофотометры подразделяют:
- по количеству монохроматоров — с одним или двумя монохроматорами;
- на одно или двухлучевые; двухлучевые точнее, стабильнее по отношению к окружающим условиям, но однолучевые проще в исполнении и, поэтому компактнее;
- по типу источника света и рабочему диапазону — видимый, ультрафиолетовый, инфракрасный;
- по числу приемников вторичного излучения — один или несколько. В наиболее современных используется фотодиодная матрица, в которой отдельные диапазоны волн передаются на разные фотодиоды;
- на стационарные и передвижные.
Устройства могут работать в различных диапазонах длин волн — от ультрафиолетового до инфракрасного. В зависимости от этого приборы имеют разное назначение.
Лабораторные спектрофотометры УФ-видимой области спектра применяются для количественного определения веществ в растворах, идентификации компонентов, измерения оптических характеристик образцов, а также в различных исследовательских целях.
Спектрофотометрический метод анализа основан на избирательном поглощении видимого, ИК- или УФ- света молекулами определяемого компонента.
Концентрация веществ устанавливается по закону Бугера-Ламберта-Бера С=E*A*L, где:
С – концентрация раствора,
E – коэффициент молярного поглощения,
A – оптическая плотность раствора,
L – длина оптического пути (длина кюветы).
Фотометрический анализ проводят на длинах волн максимального поглощения анализируемого вещества.
Благодаря высокой скорости и точности проведения анализа спектрофотометры востребованы в разных сферах контроля качества, прежде всего научно-исследовательских, пищевых, нефтехимических, производственных, металлургических, биохимических лабораториях, а также в лабораториях проверки состава воды. На производственных линиях используются крупногабаритные стационарные установки, которые обладают многофункциональностью и подходят для самых сложных разноплановых исследований.
Портативный вариант приборов позволяет использовать их для исследований в полевых условиях, например, для анализа состава воздуха, воды, грунта, почвы. Спектрофотометры умеют измерять спектры отражения и вычислять наличие пигментов в цвете, эти свойства нашли практическое применение при колорировании красок и эмалей в типографиях, при покраске автомобилей, предметов интерьера.
