Elektronické zařízení, které se používá ke stanovení složení látek a jejich sloučenin v emulzích, suspenzích a roztocích, se nazývá lékařský spektrofotometr. Zařízení má dvě nejznámější jména: fotoelektrický fotometr a fotoelektrický kolorimetr. Spektrofotometry se používají v různých oblastech, ale především našly své uplatnění v medicíně a farmacii. Zařízení jsou vysoce přesná a umožňují vám ušetřit činidla a čas na výzkum.

Vlastnosti spektrofotometrů

Úplně první fotometry vyžadovaly účast lékařského odborníka k provedení studie. Specialista musel porovnat a zaznamenat ukazatele získané z přístroje. Data byla porovnána s obecně uznávanými standardy. Taková zařízení byla nahrazena automatickými fotoelektrickými kolorimetry.

Spektrofotometry jsou moderní lékařské zařízení, které je určeno ke studiu a analýze vlastností předmětů nebo látek pomocí elektromagnetického záření. Světelné paprsky procházejí nebo se odrážejí od vzorku. Zařízení porovnává tok světla, který je zpočátku nasměrován na biomateriál, se zářením procházejícím vzorkem nebo odrážejícím se od jeho povrchu.

K provedení analýzy se snímá široká škála vln: od 160 nm (ultrafialové) do 3300 nm (infračervené paprsky), s jejichž pomocí se získávají nejpřesnější informace o látce.

Spektrofotometrická technika je založena na skutečnosti, že každý objekt má speciální spektrální charakteristiky. Teplotní režim a stav agregace vzorku proto při analýze nehraje roli. Zvláštností spektrofotometru je schopnost provádět kvalitativní a kvantitativní studie.

Hlavní výhodou fotoelektrického fotometru je zobrazení přijaté informace (laborantka vidí složení vzorku, přítomnost a počet nečistot). Pomocí speciálních světelných filtrů přístroj určí alespoň 3-5 složek ve vzorku.

Oblasti použití

Spektrofotometry se používají pro výzkum v biochemii (analyzují se lipidy, elektrolyty, substráty, enzymy), imunochemii (analyzuje se lambda, feritin, myoglobin, mikroalbumin, haptoglobin) a bakteriologii. Fotoelektrický kolorimetr se používá k analýze kvality potravin a vody (odpadní, přírodní a pitná). Při stanovení jakostních znaků vody se zjišťuje zákal a barva kapaliny, přítomnost těžkých kovů a povrchově aktivních látek, obsah dusitanů, fosforečnanů, fenolů a síranů.

Spektrofotometr je užitečný pro vědecké, hormonální, environmentální a speciální studie. Přítomnost tohoto zařízení je povinná na odděleních hygienického a epidemiologického dozoru. Kromě medicíny se zařízení používá v zemědělství a průmyslu.

Fotoelektrický fotometr je potřeba pro:

• identifikaci čistoty studovaných vzorků a detekci nečistot;
• měření optické hustoty a jejích změn v kapalinách;
• stanovení koncentrace vzorku (studie se provádí ve zdravotnických zařízeních);
• studium, analýza složení a chemické struktury látek, vzorků a činidel;
• spektrální diagnostika.

Fotoelektrický kolorimetr je zařízení, které se používá pro různé studie: lékařské; biologický; farmaceutický; chemikálie Díky přesným výsledkům, které se objeví na obrazovce zařízení, může lékař zjistit vlastnosti činidel a předepsat pacientovi účinnou léčbu.

Jak zařízení funguje?

Absolutně všechny automatizované fotoelektrické kolorimetry se skládají ze: zdroje světla (wolframové, deuteriové nebo halogen-deuteriové výbojky); zesilovač signálu; fotodetektor; monochromátor; optické komponenty (světlovody, zrcadla, hranoly a sklo); přihrádka na činidla.

Monochromátor obsahuje difrakční mřížku nebo hranol, který vyzařuje záření o specifické vlnové délce. Různé modely mají jeden až čtyři oddíly na vzorky. Pomocí fotodetektorů zaznamenává spektrofotometr úroveň světelného záření, které prochází biologickým materiálem.

Nejmodernější přístroje jsou vybaveny fotodiodovou maticí, která obsahuje vestavěný senzor. Čip převádí světelný signál na elektrický signál, ten je zaznamenáván mikrokontrolérem a zobrazen na monitoru zařízení. Dostatečně výkonná zařízení zpracovávají vlny různých délek postupně a až poté zobrazí výsledky na displeji. Výkon a informační obsah spektrofotometru závisí na počtu fotodiodových senzorů.

Pomocí zařízení s fotodiodovou matricí můžete provádět operační výzkum, aniž byste opustili výrobu nebo během výskytu chemické reakce. To umožňuje podrobnou analýzu stavu reakčních látek.

Vlastnosti zařízení

Spektrofotometrická technika je založena na měření míry odrazu nebo absorpce monochromatických světelných paprsků. Během studie nemohou vnější faktory ovlivnit účinnost analýzy. Všechna zařízení pracují na dvou typech obvodů. V prvním případě je vzorek vystaven monochromatickému světelnému paprsku o určité vlnové délce, který je po průchodu vzorkem nasměrován na fotodetektor, který měří rozdíl mezi toky.

Podstatou druhého schématu je, že činidlo je vystaveno světlu přímo z lampy, poté monochromátor vybere malý paprsek a nasměruje jej na fotodetektor.

Spektrofotometry se dodávají v jednopaprskových a dvoupaprskových typech. Přístroje s jedním měřicím paprskem používají korekční faktory. V případě dvoupaprskové diagnostiky dopadá jeden paprsek na vzorek a druhý na referenční hodnotu. Zařízení se dvěma paprsky je přesnější, informativní a méně citlivé na faktory prostředí.

Pravidla pro výběr spektrofotometru

Při výběru zařízení je nutné vzít v úvahu rozsah jeho použití a vykonávané úkoly. Fotoelektrické fotometry mohou být přenosné nebo stacionární. Přenosná zařízení jsou lehká, kompaktní a snadno se používají. Stacionární zařízení jsou instalována ve zdravotnických zařízeních a diagnostických centrech. Tato zařízení provádějí složitější měření. Takové spektrofotometry lze propojit kabelem s osobním počítačem a získaná data je nutné archivovat, zpracovávat a tisknout na tiskárně.

Při výběru zdravotnického prostředku je třeba zvážit: spektrum účinku (rozsah); vlnová délka; multifunkčnost zařízení; rozměry; cena; pravděpodobnost provedení určitých studií; počet sekcí pro činidla; způsob, jak získat výsledky. Je třeba dbát také na standardní vybavení modelu spektrometru, protože téměř všechny moderní přístroje se prodávají s kyvetou a Petriho miskou.

1 - zdroj světelné energie (viditelná oblast); 2 - otočný reflektor; 3 - zdroj světelné energie (ultrafialová oblast); 4 - optický systém usměrňující tok energie do vstupní štěrbiny; 5 - vstupní štěrbina; 6 - optický systém, který tvoří paralelní tok světelné energie; 7 - disperzní prvek (hranol nebo difrakční mřížka); 8 - optický systém usměrňující tok energie do výstupní štěrbiny; 9 - výstupní štěrbina; 10 - optický systém, který tvoří tok energie procházející buňkou; 11 - kyveta; 12 - fotodetektor; 13 - analogově-digitální převodník; 14 - mikropočítač; 15 - indikátor; 16 - konzola operátora; 17 - komunikační rozhraní s externím počítačem a záznamovým zařízením

Otočný reflektor (2) usměrňuje tok světelné energie z jednoho ze zdrojů (1 nebo 3), přes optický systém (4) do vstupní štěrbiny (5) monochromátoru. Z výstupu monochromátoru přichází štěrbinou (9) monochromatický tok světelné energie o určité vlnové délce λ. Nastavení požadované vlnové délky se nejčastěji provádí změnou úhlu dopadu polychromatického toku světelné energie vůči rovině rozptylujícího prvku (7). Optický systém (10) tvoří světelný tok tak, že při minimálním přípustném objemu zkušebního roztoku a opakované instalaci kyvety (11) v kyvetovém prostoru se geometrie toku nemění.

Polychromatické světlo ze zdroje prochází monochromátorem, který rozděluje bílé světlo na barevné složky. Monochromatické záření s diskrétními intervaly několika nanometrů prochází tou částí zařízení, kde se nachází vzorek s testovaným vzorkem.

HLAVNÍ JEDNOTKY spektrofotometru

ZDROJ SVĚTLA

UV/VIS spektrofotometr (ultrafialové + viditelné světlo) má dva světelné zdroje: pro viditelnou část spektra a ultrafialový zdroj - od 200 do 390 nm.

Zdrojem viditelného světla je wolframová žárovka, obvykle halogenová žárovka, která vytváří stálý světelný tok v rozsahu 380 - 950 nm, je stabilním a odolným zdrojem světelné energie s průměrnou životností více než 500 hodin.

Jako zdroj UV záření se používají vodíkové nebo deuteriové výbojky. Ultrafialové lampy obsahující deuterium mají vysokou intenzitu emise a spojité spektrum v rozsahu od 200 do 360 nm.

Kyvety

Jak víte, zkoumaný vzorek je umístěn ve speciálních přílohách. Pro každý typ vzorku jsou jiné. Pro pevné látky jsou to speciální svorky a pro spektrální měření kapalných vzorků se používají speciální nádoby z křemenného skla, tzv. kyvety.

Většina spektrofotometrů používá standardní kyvety, které jsou navrženy tak, aby byly umístěny tak, aby se světelný paprsek pohyboval vodorovně. Hlavní nevýhodou takových kyvet je, že pouze malá část vzorku (asi 10 %) je osvětlena měřícím světlem. Pokud má vzorek vysokou hodnotu nebo je dostupný v malých objemech, lze použít mikrokyvety nebo ultramikrokyvety o objemu 50 nebo dokonce 2,5 µl. Kyvety s velmi malým objemem vykazují kapilární vlastnosti a vznikají problémy s tvorbou vzduchových bublin, což vyžaduje odplynění. Konečně je obtížné vyjmout vzorek z takových kyvet. Standardní kyvety mají vnější rozměry: 12,5 12,5 45 mm a vnitřní 10 10 mm. Kyvety s menším vnitřním objemem, vyráběné jedním výrobcem, mají stejný vnější rozměr jako standardní, ale vnitřní např. 10 1,25 mm.

DISPERZNÍ PRVEK

Ve spektrofotometrech se jako disperzní prvek nejčastěji používají hranoly a difrakční mřížky.

Difrakční mřížka je technologicky složitější výrobek než hranol. Většina v současnosti používaných mřížek je vyrobena vypalováním a holografickým kopírováním a jedná se o desky s velkým počtem rovnoběžných čar - až několik stovek na milimetr.

Hlavní výhodou použití hranolu ve spektrofotometru je jeho nízká cena.

Výhodou difrakčních mřížek je, že poskytují lineární rozptyl světla v celém rozsahu viditelného a UV spektra. Negativním aspektem použití difrakčních mřížek je jejich vysoká cena ve srovnání s hranoly a filtry.

Jednou z nejdůležitějších vlastností monochromátorů je šířka pásma, vyjádřená v jednotkách vlnových délek – nanometrech.

Pokud interferenční filtry poskytují šířku propustnosti v rozsahu 6-20 nm, pak hranoly a difrakční mřížky poskytují užší pásmo – méně než 5 nm, a tedy větší „čistotu“ (monochromní) světla dopadajícího na kyvetu se vzorkem . Šířka pásma je jednou z nejdůležitějších vlastností spektrofotometru. Snížení šířky pásma má za následek zvýšení rozlišení spektrofotometru - významná charakteristika kvality spektrofotometrických přístrojů.

MONOCHROMÁTORY

Činnost spektrálních zařízení - spektrofotometrů - je založena na tom, že v některých fyzikálních systémech jsou podmínky pro průchod světla různé. Takové systémy se nazývají disperzní. Typicky se jako dispergační prvek používá hranol nebo difrakční mřížka. Zařízení, která umožňují separovat polychromatické světlo do monochromatického emisního spektra, se nazývají monochromátory.

Funkční schéma monochromátoru s hranolem.

- vstupní štěrbina; 2-čočka tvořící paralelní tok světelné energie; 3-hranol; 4 - čočka usměrňující tok energie na obrazovku; 5 - obrazovka; 6 - výstupní štěrbina

Štěrbina (1), na kterou dopadá polychromatický tok světelné energie, se nachází v ohniskové rovině čočky (2). Tato část zařízení se nazývá kolimátor. Paralelní proud světelné energie vycházející z čočky (2) dopadá na hranol (3). Vlivem disperze (v důsledku závislosti indexu lomu na vlnové délce) opouští světlo různých vlnových délek hranol pod různými úhly. Pokud je stínítko (5) umístěno v ohniskové rovině čočky objektivu (4), čočka zaměří paralelní toky energie pro různé vlnové délky na různá místa na stínítku. Otáčením hranolu (3) můžete skenovat skrz štěrbinu (6) monochromatické energetické toky v celém spektru záření. Často se jako dispergační prvek používá difrakční mřížka, což je skleněná nebo kovová deska, na kterou jsou naneseny rovnoběžné shodné tahy, umístěné v naprosto stejných vzdálenostech od sebe. Obrázek ukazuje difrakční mřížku sestávající ze střídajících se vzájemně rovnoběžných štěrbin o stejné šířce b, umístěných ve stejné vzdálenosti a od sebe. Součet (a+b) je perioda této struktury a nazývá se mřížková konstanta d.

Funkční schéma monochromátoru s difrakční mřížkou.

- vstupní štěrbina; 2 - čočka, která tvoří paralelní tok světelné energie; 3 - difrakční mřížka; 4 - čočka usměrňující tok energie na obrazovku; 5 - obrazovka; 6 - výstupní štěrbina

Vstupní štěrbinou (1) se polychromatický tok světelné energie čočkou objektivu (2) transformuje na paralelní tok, který prochází štěrbinami difrakční mřížky (3). V každém bodě na stínítku (5), který se nachází v ohniskové rovině čočky objektivu (4), budou shromažďovány ty paprsky, které před čočkou byly vzájemně rovnoběžné a šířily se pod určitým úhlem Q ke směru dopadu. mávat. Proto je osvětlení v bodě P na stínítku (5) určeno výsledkem interference sekundárních vln šířících se jak z různých částí stejné štěrbiny, tak z různých štěrbin. Existuje směr, ve kterém se sekundární vlny šířící ze všech štěrbin dostanou do bodu P v jedné fázi a vzájemně se posílí, a další - když jsou vlny mimo fázi a vzájemně se zeslabují. Na obrazovce jsou tak pozorovány střídající se světlé a tmavé pruhy. Podmínka vzniku maxim z difrakční mřížky, tedy kdy se vlny při interferenci navzájem zesilují, je dodržena, když je dráhový rozdíl roven celému počtu vln. Závislost vzniku maxim různých vlnových délek na úhlu Q difrakční mřížky vyjadřuje vzorec: d*sinQ = k - 1, kde k = 0,1,2.

Dopadá-li na mřížku světlo různých vlnových délek, pak se maxima pro různé vlnové délky nacházejí v různých úhlech Q k původnímu směru šíření světla. Proto difrakční mřížka rozkládá polychromatické světlo na difrakční spektrum a používá se jako disperzní zařízení.

Barva je vjem, který se vyskytuje v lidském mozku v důsledku barevného podnětu (zářící energie, která vstupuje do lidského orgánu zraku). Jsou ale situace, kdy je potřeba barvu změřit.

Elektronický optický přístroj, který měří barvu, se nazývá spektrofotometr. Slouží k měření množství záření v požadované oblasti viditelného spektra.Tento přístroj je oproti kolorimetru přesnější. Vzorek, který má být měřen, může být ve formě kapaliny, pevné látky, pasty, granulí, filmu nebo prášku.

Propouští nebo odráží světlo dopadající na něj ze světelného zdroje.

Měření spektrofotometrem probíhá následovně: vestavěná lampa (světelný zdroj) vyzařuje měřící světlo, odráží se od vzorku, hranoly (nebo difrakční mřížky) jej rozdělují na části, každá část má vlastní šířku pásma (obvykle 10 nanometrů) . Světlo z každé z těchto částí dopadá na fotocitlivý prvek. Matice těchto prvků poskytne veškeré údaje o energetické distribuci vyzařovaného spektra odraženého, ​​absorbovaného nebo přenášeného vzorkem. V důsledku toho se získá koeficient odrazu nebo propustnosti, je vyjádřen v procentech.

Spektrofotometry mají celou sadu technických parametrů, které ovlivňují výběr modelu zařízení. I konstrukce spektrofotometru určuje rozsah jeho použití.

Při výběru spektrofotometru je potřeba zjistit, jaký zdroj záření je v dokumentaci uveden.

Tento parametr je označen velkým písmenem latinské abecedy:

• světlo ze žárovky s teplotou světla 2856 Kelvinů (A);
• světlo ze slunce, ale ne přímé, s teplotou světla 6774 Kelvinů (C);
• přirozené (denní světlo) s teplotou světla 5000 Kelvinů (D);
• přirozené (denní světlo) s teplotou světla 6500 Kelvinů (D65).

Velký význam má také průměr plochy pro měření barvy. Pokud budete měřit barvu granulí, prášku, umělých kamenů nebo povrchů s nerovnoměrným zabarvením, pak potřebujete přístroj s velkou aperturou, aby byla dobrá konvergence výsledků měření. Někdy je však pro měření barvy potřeba oblast s malým průměrem.

Důležitými parametry spektrofotometru jsou opakovatelnost a reprodukovatelnost výsledků měření.

• Reprodukovatelnost je dána blízkostí výsledků měření jednoho objektu stejnými metodami a pravidly stejného dokumentu za použití různých zařízení a různých laboratorních asistentů v různých časových obdobích a v různých laboratořích.
• Opakovatelnost je dána blízkostí výsledků měření jednoho objektu stejnými metodami a pravidly jednoho dokumentu pomocí jednoho zařízení v jedné laboratoři jedním laborantem.

Spektrofotometrická zařízení se dělí do několika kategorií:

1. Pokud je potřeba přesná barevná analýza, testování a certifikace surovin, pak se používají stacionární přístroje (pro výzkum, měření míry propustnosti průhledných předmětů a bělosti předmětu s ultrafialovými složkami). Mají dobrou konstrukční pevnost, velkou měřicí hlavu a velký měřicí otvor. Mají rozšířené možnosti měření barev (můžete měřit odraz i prostup).
2. Přenosné spektrofotometry umožňují měřit barvu v reálném čase a v jakékoli fázi výrobního procesu. Taková zařízení jsou lehká a velmi pohodlná, lze je přepravovat. Mají nejen měřicí hlavu, ale také výkonný mikroprocesorový systém pro analýzu informací přijatých během měření. Všechny výsledky měření se zobrazují na obrazovce z tekutých krystalů zařízení a do paměti vestavěné do zařízení lze uložit velké množství dat a přijatelných kritérií. Tyto spektrofotometry také pracují odděleně od počítače. Jsou vybaveny úhlovou, kulovou nebo víceúhlovou měřicí geometrií.

Stůl. Operace a prostředky ověřování infračervených spektrofotometrů v souladu s GOST 8.657-2009.

Při výběru spektrofotometru je kromě dalších technických parametrů nutné dbát na geometrii měření (první hodnota je osvětlení vzorku, druhá hodnota je odražený světelný tok). Geometrie měření určuje, jak je vzorek osvětlen a jak je pozorován. Existuje několik geometrií osvětlení pro měření spektra odraženého signálu, které jsou stanoveny na zasedání komise pro osvětlení, jejíž členové jsou specialisté z různých zemí.

Existuje několik měřicích geometrií:

• 45/0 - vzorek je osvětlen paprsky světla (jeden paprsek), jejich osy s normálou k povrchu vzorku svírají úhel 45 stupňů. Směr pohledu a normála k referenčnímu povrchu vytvářejí úhel 10 stupňů. A úhel, který svírá osa osvětlení paprsku a jeden z jeho paprsků, je 5 stupňů. Tyto parametry jsou také sledovány v pozorovacím paprsku.
• 0/45 - vzorek je osvětlen paprskem světla, jeho osa s normálou k povrchu vzorku svírá úhel 10 stupňů. Vzorek je pozorován pod úhlem 45 stupňů k jeho normálu. A úhel, který svírá osa osvětlovacího paprsku a jeden z jeho paprsků, je 5 stupňů. Tyto parametry jsou také sledovány v pozorovacím paprsku.
• D/0 - vzorek je osvětlen difuzně integrující koulí (jakýkoli průměr). Normála k referenční ploše a osa pozorovacího paprsku vytvářejí úhel rovný 10 stupňům. Úhel, který svírá osa pozorovaného paprsku a jeden z jeho paprsků, je 5 stupňů.
• 0/D - vzorek je osvětlen paprskem světla, jeho osa s normálou k povrchu vzorku svírá úhel 10 stupňů. Světelný tok se odráží a shromažďuje integrační koulí. Úhel, který svírá osa osvětleného paprsku a jeden z jeho paprsků, je 5 stupňů.

V současné době se používají modely spektrofotometrů, které mají měřicí geometrii označenou 45/0 a D/0.

Přístroje s měřicí geometrií označenou 45/0 jsou levné a přenosné. Používají se k ovládání barev a měření testovací stupnice (vytváření ICC profilů). Nejprve měly jeden zdroj světla a pak se objevily spektrofotometry se symetrickými zdroji světla (jsou dva).

Odborníci si všimli, že u vzorků nasvícených z různých stran byly velmi patrné rozdíly v barvách.

K zprůměrování těchto rozdílů se začaly používat spektrofotometry se světelnými zdroji ve tvaru prstenců (geometrie měření 45/0:c). Nelze je však použít pro metalizované a lesklé vzorky (světlo se odráží zrcadlově, měření mají velkou chybu).

Přístroje, jejichž geometrie měření je D/0, nemají žádná taková omezení a vzorek má difúzní osvětlení. V nich je zrcadlová složka eliminována umístěním světelného přijímače pod úhlem 8 stupňů k normále a umístěním lapače oslnění (zapíná nebo vypíná zrcadlovou složku) naproti.

Když světlo nedopadne na referenční povrch pod úhlem 8 stupňů kvůli pasti oslnění, nebude se odrážet zrcadlově, ale pouze rozptýlené světlo odraženého proudu. Výsledná geometrie měření je obvykle označena D/8. Uzavřená zrcadlová past (včetně zrcadlové součásti) je označena D/8:i. Zrcadlová past ve své otevřené podobě (mimo zrcadlové součásti) je označena D/8:e.

Existují předměty natřené speciálními barvami (kovové inkluze nebo perleťové pigmenty), aby vynikly na obecném pozadí podobných předmětů. A je obtížné provést vizuální posouzení takového objektu pomocí spektrofotometrů s úhlovou nebo sférickou geometrií. Proto se používají přístroje s víceúhlovou geometrií (objekt je osvětlen pod úhlem 45 stupňů a měření probíhá v nezrcadlovém úhlu 15 stupňů, 25 stupňů, 45 stupňů, 75 stupňů a 110 stupňů).

Spektrofotometry se vyznačují přesností měření a technickými možnostmi. Typy spektrofotometrů jsou určeny úlohami správy barev. Například, když potřebujete měřit vzorky s fluorescenčními barvivy nebo s optickým zjasňovačem, musíte použít zařízení, jehož geometrie měření je sférická, zdroj pulzního osvětlení a zařízení pro kalibraci ultrafialové složky v emisním spektru spektrofotometru.

Pro měření vzorků pro přenos (kapaliny nebo filmu) je třeba použít zařízení, jehož geometrie měření je sférická a má schopnost měřit propustnost světla (celkovou nebo směrovou).

Pokud je potřeba spektrofotometr pouze pro kontrolu barvy (není potřeba počítat recept na barvu), pak je možné použít zařízení s úhlovou geometrií (45/0 nebo 0/45). Ale když je důležité kontrolovat barvu a vypočítat recepturu barvy, pak určitě potřebujete zařízení, jehož geometrie barev je sférická (D/8).

Marketingoví specialisté používají spektrofotometry k hodnocení kvality barev produktů a obalů a také ke kvantifikaci dojmů, které lidé získávají prostřednictvím svých zrakových orgánů. Spektrofotometry se používají k měření číselných rozdílů v barvě mezi referenčním vzorkem a vzorkem produktu ak vytváření receptur nátěrových hmot.

Spektrofotometry se používají při výrobě potravinářských výrobků k určení barvy hotového výrobku, který se bude konzumovat.

Tato zařízení jsou také nezbytná v podnicích vyrábějících plasty, tkaniny, barvy a laky a kosmetické výrobky.

Můžeme tedy dojít k závěru, že: spektrofotometry se mohou lišit v konfiguraci a geometrii měření. Výběr typu zařízení závisí na oblasti použití.

materiály k tématu

Lawrenceville, NJ – mezinárodní lídr v oblasti řešení přizpůsobení barev a barevných komunikačních technologií, společnost Datacolor®, dnes oznámila uvedení ručního spektrofotometru Datacolor 20D, speciálně navrženého pro maloobchodní prodejny barev a železářství. V kombinaci s novým softwarovým produktem Datacolor PAINT v. 2.x, Datacolor 20D poskytuje špičkovou přesnost konzistence barev v aplikacích barev a nátěrů. Tento vysoce přesný spektrofotometr poskytuje nejlepší shodu barev od prvního měření na trhu, zvyšuje produktivitu, šetří náklady a spokojenost zákazníků.

V tomto článku budeme hovořit o principech fungování spektrofotometrů; o tom, kde se používají a jak vybrat spektrofotometr, pokud jej potřebujete.

Princip činnosti spektrofotometrů

Spektrometrické metody jsou založeny na měření stupně absorpce (odrazu) monochromatického světelného toku - v tomto případě je minimalizován vliv vnějších faktorů a zvýšena citlivost a přesnost přístrojů.

Existují dvě hlavní provedení spektrofotometrů: jednopaprskové a dvoupaprskové. Ve dvoupaprskovém spektrofotometru dopadá jeden paprsek na zkoumaný vzorek a druhý na standard. V jednopaprskovém zařízení se měření provádějí pomocí korekčních faktorů. Dvoupaprskové spektrofotometry jsou přesnější, umožňují vysoký stupeň opakovatelnosti výsledků a jsou méně citlivé na změny parametrů prostředí.

Aplikace spektrofotometrů

Spektrofotometry se používají hlavně pro:
- stanovení koncentrace látek v lékařství, biologickém výzkumu, analytické chemii, farmacii;
- měření v roztocích optické hustoty a rychlosti její změny;
- rozpoznávání látek, stanovení čistoty látek (přítomnost nečistot);
- studium chemické struktury a složení látek, chemických činidel, různých vzorků;
- hodnocení barevnosti v polygrafii, v průmyslu (barvy a laky, textilní, chemický, potravinářský, kosmetický atd.);
- spektrální analýza ve vědeckém výzkumu, astronomii, fyzice, biologii.

Jak vybrat spektrofotometr

Při výběru spektrofotometru musíte předem určit základní parametry nezbytné k vyřešení problémů. Všechna zařízení lze rozdělit do dvou velkých skupin:
- přenosný;
- stacionární.

Přenosné jsou lehké a kompaktní, lze je vzít s sebou na cesty a jsou vhodné pro provozní měření ve výrobě. Stacionární přístroje jsou určeny pro instalaci v laboratořích, umožňují přesnější a složitější měření. Takové spektrofotometry mohou mít rozhraní pro připojení k počítači pro archivaci, tisk a zpracování dat.

Mezi technické parametry nezbytné pro chemickou analýzu* je třeba vzít v úvahu následující:
- spektrální rozsah;
- přesnost výběru vlnové délky;
- charakteristika opakovatelnosti výsledků (hodnota udávající blízkost řady výsledků studia stejného vzorku stejnou metodou, jedním laborantem, na jednom přístroji, v jedné laboratoři);
- funkčnost zařízení, schopnost provádět určitá měření, získávat výsledky ve vhodné formě;
- náklady (závisí na funkčnosti a reprodukovatelnosti výsledků);
- rozměry a hmotnost, pokud mluvíme o mobilním zařízení;
- rozměry prostoru pro vzorky, pokud mluvíme o stacionárním zařízení; měl by být vhodný pro vaše vzorky.

Kromě toho můžete vzít v úvahu přítomnost ve standardní konfiguraci různé doplňky, jako jsou kyvety a Petriho misky.

Upozorňujeme, že v obchodě Prime Chemicals Group můžete zakoupit spektrofotometr KFK-3-01-ZOMZ - funkční vybavení za přijatelnou cenu. V prodeji jsou také Petriho misky, další laboratorní sklo a vybavení. Možnost doručení.
s_______________
* Pro kolorimetrická měření jsou nezbytné další parametry spektrofotometru.

Fotometrické studie se provádějí pomocí fotokolorimetrů a spektrofotometrů. Měření optické hustoty standardních a zkušebních barevných roztoků se vždy provádí ve vztahu k referenčnímu roztoku (nulovému roztoku). Jako referenční roztok můžete použít část zkušebního roztoku obsahující všechny přidané složky kromě činidla, které tvoří barevnou sloučeninu s určitou látkou. Pokud porovnávací roztok zůstane bezbarvý, a proto neabsorbuje paprsky ve viditelné oblasti spektra, lze jako porovnávací roztok použít destilovanou vodu.

Uvažujme konstrukci a princip činnosti fotometrických přístrojů na příkladu fotoelektrického koncentračního kolorimetru KFK-2 a spektrofotometru SF-46.

Jednopaprskový fotometr KFK-2 je určen pro měření transmitance, optické hustoty a koncentrace barevných roztoků, rozptylových suspenzí, emulzí a koloidních roztoků ve spektrální oblasti 315-980 nm. Meze měření propustnosti 100-5 % (D = 0-1,3). Základní absolutní chyba měření propustnosti je 1 %.

Základní optické schéma fotokolorimetru KFK-2 je na Obr. 2.2.

Světlo z malé halogenové žárovky (1) prochází postupně soustavou čoček, tepelně ochranných (2), neutrálních (3), vybraných barevných (4) filtrů, kyvety s roztokem (5), dopadá na desku (6), který rozděluje světelný tok na dva: 10 % světla směřuje na fotodiodu při měření ve spektrální oblasti 590-540 nm) a 90 % do fotobuňky (při měření ve spektrální oblasti 315-540 nm ).

Charakteristiky filtrů jsou uvedeny v tabulce. 2.1.

Fotoelektrický fotometr KFK-3 je určen pro měření propustnosti a optické hustoty průhledných kapalných roztoků a průhledných pevných vzorků, dále pro měření rychlosti změny optické hustoty látky a stanovení koncentrace látky v roztocích po předběžné kalibrace fotometru. Základní optické schéma fotometru KFK-3 je na Obr. 2.3.

Vlákno lampy (1) je reprezentováno kondenzátorem (2) v rovině clony D1 (0,8 x 4,0), vyplňujícím štěrbinu clony světlem. Dále je clona D1 reprezentována konkávní difrakční mřížkou (4) a konkávním zrcadlem (5) v rovině téže štěrbinové clony D 2 (0,8 x 4,0). Difrakční mřížka (6) a zrcadlo vytvářejí roztažený spektrální obrazec v rovině clony D2. Otáčením difrakční mřížky kolem osy rovnoběžné s čarami mřížky je izolováno záření jakékoli vlnové délky od 315 do 990 nm skrz štěrbinu membrány D2. Čočka (7, 8) vytváří v kyvetovém prostoru slabě svítivý paprsek světla a vytváří zvětšený obraz štěrbiny D 2 před čočkou (10). Čočka (10) konverguje světelný paprsek na přijímač (11) ve formě rovnoměrně osvětleného světelného kruhu. Pro snížení vlivu rozptýleného světla v ultrafialové oblasti spektra je za clonou D1 instalován světelný filtr (3), který pracuje v obvodu při měření ve spektrální oblasti 315-400 nm a poté je automaticky odstraněn . Obdélníkové kyvety (9) jsou instalovány v kyvetovém prostoru (mezi objektivem 7, 8 a čočkou 10).

Fotometr je určen pro použití v zemědělství, lékařství, vodárenských podnicích, hutním, chemickém, potravinářském průmyslu a dalších oblastech. Meze měření pro propustnost jsou 0,1-100 %, optická hustota je 0-3 %.

Spektrofotometr SF-46 je určen pro měření spektrální propustnosti kapalných a pevných látek ve spektrální oblasti od 190-1100 nm.

Spektrofotometr SF-46 je stacionární zařízení určené pro použití v laboratorních prostorách bez zvýšeného rizika úrazu elektrickým proudem.

Rozsah měření spektrálních propustností je od 1 do 100 %.

Absolutní chyba měření nepřesahuje 1 % a směrodatná odchylka přenosu nepřesahuje 0,1 %.

Činnost spektrofotometru SF-46 je založena na principu měření poměru dvou světelných toků: toku procházejícího testovaným vzorkem a toku dopadajícího na testovaný vzorek (nebo procházejícího kontrolním vzorkem).

Světelný paprsek z iluminátoru vstupuje do monochromátoru vstupní štěrbinou a je rozložen na spektrum pomocí difrakční mřížky. Kontrolní a zkušební vzorky jsou střídavě zaváděny do toku monochromatického záření vycházejícího z výstupní štěrbiny do kyvetového prostoru. Záření prošlé vzorkem se dostane ke katodě fotočlánku v přijímací a zesilovací jednotce. Elektrické signály na rezistoru zahrnutém v anodovém obvodu fotočlánku jsou úměrné tokům záření dopadajícím na fotokatodu.

DC zesilovač se ziskem blízkým jednotce zajišťuje přenos signálů na vstup mikroprocesorového systému (MPS), který na příkaz operátora střídavě měří a ukládá napětí. UT, U 0 A u,úměrné temnému proudu fotočlánku, toku procházejícího zkoumaným vzorkem. Po měření MPS vypočítá propustnost zkoumaného vzorku pomocí vzorce

V režimu stanovení optické hustoty vzorku MPS vypočítá optickou hustotu podle vzorce

Hodnota naměřené hodnoty se zobrazuje na digitálním fotometrickém displeji.

Na Obr. 2.4 ukazuje blokové schéma a Obr. 2.5 - optické schéma spektrofotometru SF-46.

Záření ze zdroje (1 nebo G) dopadá na zrcadlový kondenzátor (2), který jej směřuje k plochému rotujícímu zrcadlu (3) a poskytuje obraz zdroje záření v rovině čočky (4), umístěné v blízkosti vstupní štěrbina (5) monochromátoru.

Záření procházející vstupní štěrbinou dopadá na konkávní difrakční mřížku (6) s proměnnou roztečí a zakřivenou čarou. Mřížka je vyrobena na kulovém povrchu, proto má kromě disperzních vlastností také vlastnost zaostřování spektra. Použití variabilní rozteče a zakřivené drážky výrazně snižuje aberační zkreslení konkávní difrakční mřížky a umožňuje získat vysoce kvalitní spektrum v celém pracovním spektrálním rozsahu.

Difrakční paprsek je fokusován v rovině výstupní štěrbiny (7) monochromátoru, umístěné nad vstupní štěrbinou (5). Snímání se provádí otáčením difrakční mřížky, přičemž výstupní štěrbinou (7) a čočkou (8) prochází monochromatické záření různých vlnových délek, kontrolní nebo zkušební vzorek, čočka (9) a pomocí rotačního zrcátka (10) narazí na fotocitlivou vrstvu jedné z fotobuněk (11 nebo 12).

Pro zajištění provozu spektrofotometru v širokém spektrálním rozsahu jsou použity dvě fotobuňky a dva zdroje záření spojitého spektra.

Pro měření ve spektrální oblasti od 186 do 700 nm se používá antimon-cesiový fotočlánek s okénkem z křemenného skla, pro měření ve spektrální oblasti od 600 do 1100 nm kyslíko-cesný fotočlánek. Vlnová délka, při které se má přepínat z měření s jednou fotobuňkou na měření s jinou fotobuňkou, je uvedena v pasu.