Технические измерения и приборы. Вопрос Преобразователи механических величин и системы дистанционной передачи
 Скачать 4.5 Mb.
|
Оптические методы анализа.Принцип действия этих методов основан на взаимосвязи оптических свойств среды с ее составом. К оптическим методам относят: Колориметрический. Поляриметрический. Рефрактометрический. Нефелометрический и турбидометрический. Люминесцентный (флуоресцентный). Колориметрический метод анализа.Основан на измерении степени поглощения лучистой энергии окрашенными растворами. Уравнение Ламберта-Берра характеризует явление поглощения:  Оптическая плотность:  - прямо пропорциональна концентрации.Различают визуальную и фотоколориметрию. В визуальной колориметрии используют два раствора, анализируемый и сравнительный. При этом достигают одинаковой D путем изменения толщины просвечиваемого слоя:    Л – лампа накаливания СФ – светофильтр Э – кювета с эталонным раствором Р – кювета с рабочим раствором Ф – фотоприемник. Пусть выходной сигнал  , где      , т.е.  - это эффективный способ исключения погрешностиПусть выходной сигнал     если  , то  Компенсация бывает электрической и оптической. М  ост все время балансируется. РД перемещает оптический клин.  Проще реализуется первая схема, но она менее точна, т.к. на результат измерения будет влиять характер статической характеристики фотоприемника в рабочем канале. Во второй схеме Ф освещается одним и тем же лучом света, т.к. большее число элементов охвачено обратной связью, исключается погрешность нестабильности Ф, но реализация сложнее. Н  едостатком обеих схем является наличие двух фотоприемников, которые различаются по своим характеристикам, поэтому используют схему с одним источником света и фотоприемником. М – диск с отверстиями, который вращается с помощью СД, т.е. он создает прерывистый поток лучистой энергии ОК – обратный преобразователь, перемещаемый РД. Поляриметрический метод анализа.Принцип действия основан на зависимости угла вращения плоскости поляризации плоскополяризованного света от концентрации в растворе оптически-активных веществ (способных поворачивать плоскость поляризации, они отличаются неоднородностью кристаллической структуры – растворы сахара, масла, жиры). Оптическая активность вещества определяется:   - удельное вращение плоскости по меридиану - угол поворота плоскости по меридиану - толщина слояС – концентрация оптически активного вещества  Естественный свет представляет собой колебательное движение фотонов, равномерное во всех направлениях. Е  сли пропустить такой свет через кристалл вещества (кварц, кальцит, исландский шпат), то световые колебания на выходе этих веществ совершаются в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Из исландского шпата изготавливают специальные призмы, которые поглощают одну из составляющих и пропускают свет с колебательными движениями в одной плоскости. Такой свет называется плоскополяризованным. Чем больше повернута плоскость поляризации, тем больше освещенность. П – поляризатор А – анализатор.  П – подвижный компенсатор М – основан на магнитно-оптическом эффекте Фарадея: некоторые прозрачные и полупрозрачные вещества способны поворачивать плоскость поляризации под действием внешнего магнитного поля. Угол поворота определяется формулой:   - магнитно-вращательная способность веществаН – напряженность магнитного поля - длина пути света в метрах - угол между направлением луча и силовых линий магнитного поляЧтобы увеличить М делают многоходовым. На Ф получаем переменную составляющую. РД поворачивает ПК до достижения равновесия.Рефрактометрический метод анализа.Принцип действия основан на зависимости показателя преломления среды от ее состава. «Рефрактус» – преломленный (лат.). Явление преломления заключается в отклонении светового луча от первичного направления на границе раздела двух сред с различной плотностью, это обусловлено различием в скоростях распространения света.  - угол падения - угол преломленияРазличают абсолютный и относительный показатели преломления. Абсолютный:  ;  В – вакуум, С – среда; т.к.  Относительный:  Показатель преломления зависит от температуры и длины волны света, поэтому пользуются монохроматическим излучением.  - линия D в спектре натрия или  Показатель преломления связан с плотностью вещества, причем эта функция:  , где r – удельная рефракция. молекулярная рефракция  М – молярная масса. Определение R может осуществляться двумя методами: Спектрометрический. Метод полного внутреннего отражения. С  пектрометрический метод основан на измерении угла отклонения светового луча в стеклянных призмах, заполненных раствором.Если Р и Э одинаковые по плотности, то луч проходит прямолинейно, не отклоняясь, если нет, то луч отклоняется.  Д – диафрагма. П – зеркальная пластина, ее плотность зависит от угла поворота. Она разделяет луч – часть пропускает, а часть отражает. Она является обратным преобразователем и связана с РД. РД поворачивает П до тех пор, пока освещенность обоих Ф не будет одинаковой. Недостаток – невозможно анализировать непрозрачные растворы. Для устранения этого недостатка применяют второй метод. Метод полного внутреннего отражения. П  адающий и преломляемый лучи обратимы, т.е. их можно направить в обратную сторону. - предельный угол падения, т.е преломление идет по границе раздела.Если угол больше , то преломленный луч возвратится в ту же среду. Это и есть полное внутреннее отражение.В качестве среды с высоким n используют кварцевые призмы. П  реломленный луч может менять свой угол, а отраженный – нет.Ф2 – подвижный фотоэлемент Ф1 – неподвижный фотоэлемент Ф должны быть освещены одним образом. КП – кварцевая измерительная призма Нефелометрические и турбидиметрические методы анализа.Эти методы используются для измерения концентрированных дисперсных веществ (твердая фаза в жидкой, суспензии, аэрозоли). Широко применяются в водоподготовке. Такие дисперсные смеси называются мутными, т.е. луч света в них рассеивается. Мутность твердой дисперсной смеси зависит от соотношения  и размеров частиц.Если размер частицы > , то светорассеяние обусловлено отражением и преломлением.Если размер частицы < , то светорассеяние обусловлено дифракцией световой волны (эффект Тиндаля)I1 – проходящий свет I2 – рассеянный свет. Явление светорассеяния изучал Реслей.  - уравнение Реслея.К – зависит от природы частиц С – концентрационная твердость частиц V – объем частицы - длина волныНедостаток – мало используется из-за сложности определения объема частиц неправильной формы. Для проходящего света:  r – радиус частиц l – длина призмы К, - зависят от природы веществаЛюминесцентный метод анализа.Известно, что энергия поглощения атомов может выделятся не только в раскаленном состоянии, но и при низких температурах. Явление свечения вещества, под действием поглощаемой энергии называют люминесценцией, а вещество – люминофором. Основные закономерности выражаются двумя характеристиками: спектральной характеристикой излучения и возбуждения, выход флуоресценции. Существует правило Стока – характеристика излучения сдвинута в более длинноволновую область, чем характеристика поглощения. Облучать можно в невидимом свете (ультрафиолет), а светится будет в видимом свете:  В – поглощаемая доля падающего излучения. l – толщина излучающего слоя с – концентрация люминофора  U1 – излучаемая энергия U2 – поглощаемая энергия  СФ должен быть черным, т.к. он предназначен для УФ излучения. |