Спектрофотометры: особенности, устройство, принцип работы

Лабораторный спектрофотометр применяется для изучения веществ путём сравнения двух световых потоков: падающего и подвергшегося изменению вследствие отражения или прохождения сквозь них. Измерение спектрофотометром базируется на уникальных спектральных характеристиках химических элементов, которые не зависят от температуры, агрегатного состояния или типа взаимодействия с иными веществами.

Конструкция

Устройство спектрофотометра представлено следующими узлами:

• источник электромагнитных волн в оптическом или расширенном диапазоне,
• монохроматор,
• оптическая система,
• отсек для исследуемого образца,
• фотоприёмник и усилитель сигнала,
• индикатор.

Для излучения в оптическом диапазоне используют вольфрамовые лампы, для получения УФ- и ИК-лучей применяют галогеновые источники. Фотоприёмников устанавливают несколько, ведь они рассчитаны на фиксацию волн разной длины.

Спектрофотометр объединяет в себе:

• Монохроматор – излучает, разлагает белый свет и регулирует диапазон попадающего на образец света. В спектр его разлагают дифракционная решётка, стеклянная либо кварцевая (для ультрафиолетового излучения) призмы. У последних большая светосила, дисперсия и монохромность излучения.
• Фотометр – система вакуумных фотоэлементов с электрическим усилителем, компенсатором и устройством вывода.

Принцип действия

Принцип работы спектрофотометра следующий. Монохроматор разлагает излучаемый свет в спектр, выделяя из него узкий диапазон монохроматического излучения. Анализируемый объект (или несколько) помещается в отделение и облучается светом, который направляется системой линз и зеркал. Щель позволяет управлять силой светового потока.

Фотоприёмник регистрирует выходящее излучение с точностью до 10 – 20 нм, а прецизионные лабораторные спектрометры – до 1 – 2 нм, и передаёт в приёмно-усилительный блок. Через резистор в анодной цепи протекает ток. Его величина пропорциональна световому потоку на фотокатоде, который зависит от поглощающей способности непрозрачного вещества.

Длина волны большинства спектрометров находится в области видимого «оптического» излучения: 380 – 730 нм, для получения максимума информации спектр расширяют, включая ультрафиолетовое и инфракрасное излучения.

Существует два вида спектрофотометров:

• однолучевые – результат вычисляют путём сравнения интенсивности образца и пустой камеры через коэффициент коррекции,
• двухлучевые – сравнивают характеристики волны переменной длины, падающей на эталонный и исследуемый образцы.

Вторые точнее, менее зависимы от внешних условий, обеспечивают высокую повторяемость результатов.

Сферы применения

Спектрофотометры используются в медицине, фармацевтике, химической промышленности, инженерии. Они нужны в оптике, энергетике, научно-исследовательской работе, биотехнологиях. Приборы определяют концентрацию одних веществ в других, оптическую плотность растворов, интенсивность её изменения, состав различных веществ. В полиграфии, лакокрасочном, пищевом производстве позволяют оценить чистоту цвета.