ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ В АБСОРБЦИОННАТА ФОТОМЕТРИЯ
Ако монохроматичен светлинен сноп с начална интензивност I0 измине разстояние d в твърд полупрозрачен материал или в разтвор на някакво вещество, то интензивността му ще спадне до стойност I поради частичното поглъщане на светлината от веществото. Тази поглъщаща способност се характеризира с коефициента на поглъщане (или абсорбционна константа) kl за съответната дължина на светлинната вълна l, според зависимостта:
ln I - ln I0 = -kld
или спрямо I:
I = I0e-kld
известно като закон на Буге-Ламберт.
Най-висока поглъщаща способност има абсолютното черно тяло с k=1. Някои материали в природата също имат високо поглъщане, например саждите.
Пропускане на едно вещество се нарича величината
t = I/I0
която обикновено се дава като процент:
t% = (I/I0)*100
Екстинкция на веществото или загасване се нарича величината:
E = lg(1/t) = lg(I0/I)
Пример:
Имаме слънчев филтър, пропускащ 1/100 000 част от светлината, т.е. с отношение между интензитетите Iфилт. на преминалата през филтъра светлина и Iслънч. на попадащата върху него слънчева:
t = Iфилт./Iслънч. = 1/100 000
Процентната му пропускливост t% ще бъде:
t% = (Iфилт./Iслънч.)*100 = (1/100 000)*100 = 0.00001*100 = 0.001%
Екстинкцията на филтъра ще бъде:
E = lg(1/t) = lg(Iслънч./Iфилт.) = lg 100 000 = 5
За филтрите обаче вместо екстинкция, по-често се използва терминът плътност. В случая казваме, че този филтър има плътност 5.
При фотографските светофилтри най-често интерес представлява отношението I0/I - филтър-фактора, който говори колко пъти трябва да удължим експозицията или да повишим светлосилата на фотообектива чрез диафрагмата му, ако поставим филтъра пред него.
Разтворите често имат различна пропускливост за различните дължини на вълната l, което говори за концентрацията и вида на разтвореното вещество. Например ако имаме бордолезов разтвор (разтвор на "син камък" във вода), то пропускливостта му към жълтите и червените лъчи ще бъде намалена, поради характерния му син цвят (на практика разтворът действа като син светофилтър). Освен това колкото по-наситен е цветът, толкова концентрацията на разтвореното вещество е по-висока. Изследването на пропускливостта на разтворите позволява да се съди за моларната им концентрация - моловете на разтвореното вещество в единица обем от разтвора, което на свой ред е в пряка връзка с моларността на разтвора - отношението на количеството разтворено вещество към масата на разтворителя. Моларността се изразява в молове на килограм (mol/kg).
Количеството светлина погълнато от разтвор с моларна концентрация c се характеризира с моларен коефициент = [lg(I0/I)]/cd, където I0 е началната интензивност на попадащата в разтвора монохроматична светлина, изминала разстояние d в него, при което интензитетът й е спаднал до стойност I.
Чрез измерване на пропускането на прозрачните вещества за различни дължини l се сваля тяхната спектрална пропускливост, което е важна оптична характеристика. Спектралната пропускливост е различна, например при разноцветните фотографски светофилтри тя е сравнително проста - с максимум за съответния цвят на филтъра и намаляваща за останалите цветове. Някои филтри обаче имат сложна графика на пропускливостта. Например интерференчните deep-sky филтри, използвани в астрофотографията за наблюдения и фотографиране на мъглявини, имат ниска пропускливост за нощното светене на небето и за ярките линии в спектрите на живака и натрия, доминиращи в светлинното замърсяване над градовете, но добре пропускат линиите на водорода Ha на 656.28 nm, Hb на 486.13 nm и на кислорода OIII на 493.9 и 500.7 nm, в които най-силно свети междузвездния газ.
Пропускането t и екстинкцията E на дадена стъклена пластинка или разтвор се измерват с колориметри, като например фотометъра на Пулфрих или по-съвременните му варианти, познати като фотоелектрични колориметри и нефелометри - например няколкото модела руски "ФЕК", разпространени у нас.
"Спекол" на Карл Цайс
На малко по-различен принцип работи колориметърът "Spekol" на Карл Цайс, при който множеството отделни светофилтри са заменени с подвижна дифракционна решетка, дисперсираща успореден светлинен сноп, който идва от лампа с нажежаема жичка и кондензорна оптика. В даден момент само една от двете кювети (с разтвор или с разтворител) може да се намира в монохроматичния светлинен сноп на прибора, но това не е проблем, тъй като кюветите се сменят лесно и бързо чрез предвидено за целта устройство. Зад гнездото за кюветите е разположен фотоприемник, електрическия сигнал от който се измерва от милиамперметър, директно разграфен в t% и E. Преди всяко измерване приборът се нулира електрически, като стрелката на милиамперметъра се установява на t% = 100%. Ъгълът на дифракционната решетка се нагласява на желаната дължина l чрез микрометричен винт, разграфен в нанометри. При работа, с две последователни измервания се отчита разликата в пропускливостта на кюветата с разтворител и на кюветата с разтвора. С този прибор се работи бързо и удобно.
Макар по-неудобно, пропускане и екстинкция могат да се измерват и с монохроматори. Монохроматорът е уред за получаване на монохроматична (едноцветна) светлина с избрана дължина на вълната l, в която по подобие на горните методи, може да се изследва екстинкцията на разтвор за определяне на концентрация му или да се правят различни други измервания.
Принципна схемана монохроматор
В лабораториите у нас са по-разпространени два модела монохроматори:
Руският УМ2 SPM1 на Карл Цайс Вижте също:
Показатели на пречупване на различни марки оптични стъкла и на някои прозрачни вещества;
Отразяваща способност на повърхност, закони за отражението и пречупването на светлината;
Поляризация на светлината и въртене на равнината на поляризацията;
Фотографски светофилтри - примери за използването им;
Просветляване, противорефлексни покрития на оптиката;
Неговият дисперсиращ елемент е сложна триелементна призма, чрез промяна на ъгъла на която се избира желания цвят в изходния процеп на прибора. Кондензорната оптика е лещова. Ширината на входния и изходния процеп може да се регулира чрез микрометричен винт, с точност до 0.01 mm. В комплекта на монохроматора влизат още една призма с друга дисперсия, няколко спектрални лампи, галванометър, селенов фотоелемент и набор кювети за изследване екстинкцията на разтвори.
Също призмов монохроматор, но кондензорната му оптика е съставена изцяло от вдлъбнати огледала, за да се избегне напълно хроматичната аберация. И при този прибор ширината на входния и изходния процеп може да се регулира с точност до 0.01mm. В комплекта на монохроматора влизат няколко призми, позволяващи работа от ултравиолетовата до инфрачервената област на спектъра.