Излучение в световом (видимом) диапазоне. Фотометрия

Требования к  освещению рабочего места при  работе с компьютером

 

Требования к освещению  рабочего места при работе с компьютером

содержатся в Санитарно-эпидемиологических правилах и нормативах СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 "Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы".

 

 

 

17

 

Освещенность  на поверхности стола	300-500 лк
Освещенность поверхности экрана	300 лк

Механизмы повреждения  глаз

 

• Термический механизм

Повреждения органа зрения световым излучением является наиболее универсальным для видимой  части спектра при длительности воздействия от 1 мс до 10 с. Значительная часть энергии излучения этого  диапазона, поглощаясь оболочками глаза, превращается в тепло и нагревает  ткань.

При достаточно высокой плотности мощности излучения  выделяющееся в очаге облучения  тепло вызывает коагуляцию белков и  других органических материалов, что  клинически выявляется в виде ожога  ткани. 

• Фотомеханические повреждения

В случае, когда  в очаге светового воздействия  достигается температура кипения  воды, происходит механический взрыв  ткани расширяющимися парогазовым  пузырем. Такие разрывы сетчатки, происходящие за счет превращения части  поглощенного света в механическую энергию давления, нередко имеют  место при массивной коагуляции внутриглазных опухолей полихроматическим  излучением ксенонового фотокоагулятора.

 

18

Фотометрия

 

Фотометрия - раздел физической оптики и метрологии, в котором

рассматриваются энергетические характеристики оптического излучения в 

процессах его  испускания, распространения и взаимодействия с веществом.

 

Виды фотометрических  измерений:

• сравнение силы света источников;
• измерение полного потока от источника света;
• измерение освещенности в заданной плоскости;
•  измерение яркости в заданном направлении;
• измерение доли света, пропускаемой частично прозрачными объектами;
• измерение доли света, отражаемой объектами.

 

 

19

Фотометрия

 

Общие методы фотометрии:

 

• Визуальная фотометрия, в которой при выравнивании механическими или оптическими средствами яркости двух полей сравнения используется способность человеческого глаза ощущать различия в яркости.

История визуальной фотометрии начинается с П.Бугера (1698–1758), замечательного ученого, который в 1729 изобрел способ сравнения двух потоков света и сформулировал почти все основные принципы фотометрии. И.Ламберт (1728–1777) далее систематизировал теорию фотометрии, и дальнейшее ее развитие шло в основном по линии совершенствования методов.

 

• Физическая фотометрия, в которой для сравнения двух источников света используются различные приемники света иного рода – вакуумные фотоэлементы, полупроводниковые фотодиоды и т.д.

Начало физической фотометрии положили Ю.Эльстер и Г.Гейтель, открывшие в 1889 фотоэффект. В 1908 Ш.Фери разработал электрический фотометр, чувствительность которого к разным длинам волн была близка к чувствительности человеческого глаза. Но лишь в 1930-х годах, после усовершенствования вакуумных фотоэлементов и изобретения селенового фотодиода, физическая (электрическая) фотометрия стала широко применяемым методом, особенно в промышленных лабораториях. 

 

20

Теория фотометрического метода 

 

 Метод анализа, основанный на переведении определяемого компонента

в поглощающее  свет соединение с последующим определением количества

этого компонента путём измерения светопоглощения  раствора полученного  

соединения, называется фотометрическим. 

 

По окраске  растворов окрашенных веществ можно  определять концентрацию

того или иного  компонента или визуально, или при  помощи фотоэлементов –

приборов, превращающих световую энергию в электрическую. В соответствии с 

этим различают  фотометрический визуальный метод  анализа, называемый часто 

колориметрическим, и метод анализа с применением  фотоэлементов – 

собственно фотометрический  метод анализа. Фотометрический  метод является

объективным методом, поскольку результаты его не зависят  от способностей

наблюдателя, в  отличие от результатов колориметрического – субъективного 

метода.  

 

Фотометрический метод анализа – один из самых старых и распространённых

методов физико-химического  анализа. Его распространению способствовали

сравнительная простота необходимого оборудования, особенно для визуальных

методов, высокая  чувствительность и возможность  применения для определения 

почти всех элементов  периодической системы и большого количества

органических  веществ. 

 

21

Основной закон  фотометрии

 

Если световой поток интенсивности I₀ падает на кювету, содержащую  исследуемый раствор, то часть этого потока I_к отражается от стенок  кюветы и поверхности раствора, часть его I_а поглощается молекулами вещества, содержащегося в растворе, и расходуется на изменение электронной, вращательной и колебательной энергии этих молекул, часть I_а¹поглощается молекулами самого растворителя.  Если в растворе присутствуют твёрдые частицы в виде взвесей, то часть световой энергии I_r отражается и от этих частиц и, наконец, часть энергии I_t проходит через кювету. На основании закона сохранения энергии можно написать уравнение:

  
I₀ = I_к + I_а + I_а¹ + I_r + I_t 

 

При анализе прозрачных растворов член I_r равен 0, при работе на протяжении всего

исследования  с одним растворителем член I_а¹ можно считать постоянным. Кроме того, растворители всегда подбирают так, чтобы они сами в исследуемой области

 спектра обладали  минимальным поглощением, 

которым можно  пренебречь. При использовании 

одной и той  же  кюветы значение отражённого 

светового потока I_к очень мало, им  можно пренебречь.

 

I₀ = I_а + I_t 

 

22

Закон Бугера-Ламберта. Закон Бера

 

Два раствора одного и того же соединения различной концентрации одинаковы по оттенкам цвета, но различаются  по интенсивности окраски. Интенсивность  окраски измеряют по ослаблению энергии  светового потока определённой длины  волны.

 

I₀ – интенсивность входящего светового потока;

I – интенсивность ослабленного поглощением светового потока;

l – слой поглащающего вещества;

a – показатель поглощения (коэф. характеризующий св-ва вещества,               

        зависит  от длины волны λ).  

 

 

 Пропускание:  T=I/I0      (значения могут изменяться от 0 до 1).

 

Оптическая плотность:    A=lg(I0 /I)=-lgT

Закон Бера:   lg(I0 /I)=k1C

 

k1 – коэффициент пропорциональности;

С – концентрация растворенного вещества.

 

23

Закон Бугера-Ламберта-Бера

 

Зависимость интенсивности  монохроматического светового потока, прошедшего через слой окрашенного  раствора, от интенсивности падающего  потока света, концентрации окрашенного  вещества и толщины слоя раствора определяется объединенным законом  Бугера-Ламберта-Бера, который является основным законом светопоглощения и лежит в основе большинства фотометрических методов анализа:

 

 

k – коэффициент светопоглощения, зависящий от природы растворенного

вещества, температуры, растворителя и длины волны света.

 

Если концентрация С выражена в молях на литр, а l – в сантиметрах, то k

представляет собой молярный коэффициент светопоглощения при  длине λ и обо-

значается ελ.

 

При соблюдении основного  закона светопоглощения оптическая плотность раствора прямо пропорциональна молярному коэффициенту светопоглощения, концентрации поглощающего вещества и толщине слоя раствора:

 

24

Фотометрические методы определения  
концентрации вещества в растворе

 

Метод градуировочного  графика

Для определения  содержания вещества методом градуировочного (калибровочного) графика готовят  серию из 5–8 стандартных растворов  разных концентраций (не менее 3 параллельных растворов для каждой точки).

При выборе интервала  концентраций стандартных растворов  руководствуются следующими положениями:

 а) он должен охватывать область возможных изменений концентрации исследуемого раствора; желательно, чтобы оптическая плотность исследуемого раствора соответствовала примерно середине градуировочной кривой;

б) желательно, чтобы  в этом интервале концентраций при  выбранных толщине кюветы и аналитической  длине волны λ, соблюдался основной закон светопоглощения,  т.е. график А = f(C) был линейным;

в) интервал рабочих  значений λ, соответствующий интервалу стандартных растворов, должен обеспечивать максимальную воспроизводимость результатов

измерений.

 

При совокупности перечисленных условий измеряют

оптические плотности  стандартных растворов относительно растворителя и строят график зависимости  А= f(C). Полученная кривая

называется градуировочной или калибровочной

и имеетвид прямой выходящей из начала координат.

 

25

Метод сравнения  оптических плотностей  
стандартного и исследуемого растворов

 

Для определения концентрации вещества берут аликвотную часть  исследуемого раствора, приготавливают из нее окрашенный раствор для  фотометрирования и измеряют его оптическую плотность. Затем аналогично приготавливают 2–3 стандартных окрашенных раствора определяемого вещества известной концентрации и измеряют их оптические плотности при той же толщине слоя (в тех же кюветах).

Значение оптической плотности  исследуемого раствора равно:

Ах = ελCxlx

Значение оптической плотности стандартного раствора равно:

Aст = ελСстlст

Разделив одно выражение на другое получим:

                     Ах/Аст = ελCxlx/(ελCстlст)

Так как               lх = lст, ελ = const, то

                    Сх = CстАх/Aст

 

26

Метод ограничивающих растворов

 

 Приготавливают два стандартных раствора с концентрациями C1 и С2 так, чтобы оптическая плотность первого из них A1 была бы меньше оптической плотности Ах исследуемого раствора, а оптическая плотность А2 второго стандартного раствора была бы, наоборот,  больше, чем Ах.

A1< Ах< А2

 

Неизвестную концентрацию исследуемого вещества рассчитывают по формуле:

 

Cx = C1 + (C2 – C1)(Ax – A1)/(A2 – A1)

 

27

Фотометрия и  геометрическая оптика. Основные понятия

 

• Кривая относительной спектральной чувствительности V(λ)

 

 

 

 

 

 

 

• Сила света – физическая величина, одна из основных световых фотометрических величин. Характеризует величину световой энергии, переносимой в некотором направлении в единицу времени^[2]. Количественно равна отношению светового потока, распространяющегося внутри элементарного телесного угла, к этому углу.

 

• Освещенность – световая величина, равная отношению светового

потока, падающего  на малый участок поверхности, к  его площади

 

 

 

28

Фотометрия и  геометрическая оптика. Основные понятия

 

• Освещенность, создаваемая точечным изотропным источником: