23087

Реєстрація спектрів пропускання

Лабораторная работа

Физика

Опис спектрофотометра СФ5 У цій лабораторній роботі Ви познайомитеся з принципом дії спектрофотометрів – оптикоелектронних приладів призначених для вимірювання спектрів пропускання поглинання особливостями методики вимірювання цих спектрів а також способами визначення кольорових координат. Проходження світла через будьякі середовища завжди супроводжується втратами пов’язаними з поглинання та розсіюванням. Коефіцієнт екстинкції коефіцієнт поглинання.1 або словами потужність яка віднімається у паралельного пучка світла за...

Украинкский

2013-08-04

137.5 KB

2 чел.

4

Реєстрація спектрів пропускання

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ФІЗИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ОПТИКИ

ПРАКТИКУМ “ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННІ ПРИЛАДИ І СИСТЕМИ”

8

Реєстрація спектрів пропускання

КИЇВ 2001


Список лабораторних робіт та додаткових матеріалів практикуму

“Оптико-електронні прилади і системи”

--------------------------------------------------------------------------------------------

  1.  Дослідження характеристик фотоелектронного помножувача.
  2.  Дослідження характеристик фоторезистора.
  3.  Дослідження характеристик фотодіода.
  4.  Електрометричний вимірювач струму.
  5.  Синхронний детектор.
  6.  Метод лічби одноелектронних імпульсів.
  7.  Вимірювання форми імпульсу випромінювання.
  8.  Реєстрація спектрів пропускання.
  9.  Реєстрація спектрів випромінювання.
  10.  Вимірювання спектральної чутливості фотоприймачів.
  11.  Вимірювання абсолютної та порогової чутливості фотоприймача.
  12.  Методи модуляційної спектроскопії.
  13.  Мікрофотометри.

  1.  Терміни та визначення
  2.  Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла. Функція Планка.
  3.  Опис спектрофотометра СФ-5

У цій лабораторній роботі Ви познайомитеся з принципом дії  спектрофотометрів – оптико-електронних приладів, призначених для вимірювання спектрів пропускання (поглинання), особливостями методики вимірювання цих спектрів, а також способами визначення кольорових координат.   

Теоретична частина.

Проходження світла через будь-які середовища завжди супроводжується втратами, пов’язаними з  поглинання та розсіюванням. Поруч з цим на границях різних середовищ світло завжди потерпає відбиття. Таким чином при проходженні  світла через будь-яке матеріальне тіло (середовище) його потужність буде зменшуватися (винятком є проходження світлом середовища з інвертованим заселенням, але цей випадок ми не будемо розглядати). Далі ми будемо говорити лише про паралельні пучки світла, тобто практично про плоскі хвилі. Спочатку випромінювання будемо вважати монохроматичним.

Коефіцієнт екстинкції (коефіцієнт поглинання).

На Мал.1 зображений пучок паралельних променів, спрямований на вимірювач потужності випромінювання. На шляху пучку, нормально до нього, послідовно встановлюють один з двох шарів однієї і тієї ж речовини різної товщини . Різниця товщин обирається малою у порівнянні з товщиною шару . Відліки вимірювача потужності випромінювання дають відносну величину потужності , яка доходить до вимірювача. В присутності шарів  і , потужності  і  менші, ніж без них. Це обумовлено двома причинами: по-перше, частина світла втрачається внаслідок відбивання від передньої та задньої поверхонь введеного шару; ці втрати однакові для обох шарів, по-друге, частина випромінювання або “поглинається” в цих шарах (тобто перетворюється в теплову, хімічну або світлову енергію), або “розсіюється” (тобто змінює напрямок свого розповсюдження). Для товстого шару втрачена внаслідок екстинкції, або “гасіння”, частина випромінювання, що увійшло в шар більша, ніж для тонкого, тому виміри покажуть наступне

    ,      ( 8.1 )

або словами, потужність , яка віднімається у паралельного пучка світла за рахунок поглинання та розсіювання в шарі товщиною , пропорційна потужності падаючого світла і товщині шару . Коефіцієнт пропорційності називають коефіцієнтом екстинкції. Якщо в конкретному випадку розсіювання не грає відчутної ролі у порівнянні з поглинанням, то коефіцієнт екстинкції називають коефіцієнтом поглинання. Якщо ж, навпаки, поглинанням можна нехтувати у порівнянні з розсіюванням, то говорять про “коефіцієнт екстинкції, обумовленої розсіюванням”. При використанні слів “екстинкції”,  “коефіцієнт екстинкції” і т.п. без доповнень, залишається незрозумілим, яка частина енергії припадає на поглинання і яка – на розсіювання

Рівняння (8.1) слугує визначенням коефіцієнта екстинкції. Для його практичного вимірювання майже завжди вибирають різницю товщин  порівняною з товщиною шару , а не малою в порівнянні з нею, як це робилося вище. Тоді можна уявити собі, що шар складається з окремих тонких шарів товщиною (Мал.1,б). Після інтегрування поглинання у всіх цих шарах, отримаємо

, звідки , і  ( 8.2 )

При вимірюваннях замість натуральних логарифмів використовують десяткові і потужність випромінювання  замінюють відповідними відгуками вимірювача потужності випромінювання . Тоді

.        ( 8.3 )

 Дуже часто користуються поняттям прозорості (пропускання) поглинаючого шару Т, яку визначають з співвідношення . Оптична густина поглинання (послаблення) D і прозорість (пропускання) Т пов’язані співвідношенням .

Врахування втрат на відбивання при вимірюванні спектрів поглинання проводять в різні способи. Так, наприклад, при вимірюванні поглинання розчинів це врахування здійснюють експериментальним шляхом. Для цього один і той же пучок пропускають двічі: одного разу скрізь кювету з поглинаючим розчином, а другий раз скрізь аналогічну кювету з розчинником. В такий спосіб майже повністю враховуються втрати на відбивання, якщо концентрації розчинів не дуже великі, і певною мірою втрати на розсіювання та поглинання розчинником та сторонніми домішками в ньому.

Складніше враховувати втрати на відбивання в твердих зразках і особливо в тонких поглинаючих шарах, де таке врахування внаслідок багаторазового відбивання від передньої та задньої поверхні є особливо необхідним для одержання істиних результатів.

При повному врахуванні багаторазового відбивання всередині поглинаючого шару закон поглинання приймає наступний вигляд

,         (8.4)

тут r  - показник відбивання поверхні. Тому що в знаменнику другий член часто значно менший за одиницю, то вираз в спрощеній формі можна записати таким чином:

.        (8.5)

Слід зауважити, що коефіцієнт поглинання може бути поданим в різних одиницях в залежності від того, в яких одиницях подана товщина та концентрація поглинаючих речовин. На графіках та в таблицях такі дані завжди повинні наводитися, в протилежному випадку результати вимірювань буде важко порівнювати.

У випадку хімічно чистих речовин, кристалів чи рідин дуже часто поглинання вимірюють тільки на одиницю товщини (значення К – коефіцієнта поглинання вимірюють в таких випадках в см –1). Якщо при цьому відоме число атомів або молекул в одиниці об’єму, то можна розрахувати атомарний або молекулярний показник поглинання, який є атомно-молекулярною сталою, що характеризує імовірність оптичних переходів при поглинанні оптичного випромінювання даної частоти.

При дослідженні розчинів поглинання відносять не тільки до одиниці товщини, а й до одиниці концентрації. Якщо відома концентрація розчина в молях на літр, то такий коефіцієнт поглинання називають “молярним показником поглинання”. Якщо відома концентрація атомів або молекул в одиниці об’єму, то коефіцієнт поглинання називають “атомарним або молекулярним показником поглинання”. В решті решт, якщо концентрація розчину виражена в г/см3, то коефіцієнт поглинання слід називати “ваговим показником поглинання”.

СПЕКТРОФОТОМЕТРИ

Прилади, призначені для вимірювання спектрів поглинання (пропускання) отримали назву спектрофотометрів. У найпростішому випадку (без врахування відбивання) для вимірювання спектрів поглинання необхідно у визначеній області зареєструвати спектрометром суцільний спектр будь-якого джерела безпосередньо I0, а потім спектр випромінювання, яке пройшло через зразок I. При реєстрації спектра джерела

,

а при проходженні випромінювання джерела через зразок (шар поглинаючої речовини)

,

тут  - спектральна чутливість спектрометра,  - потужність джерела світла,  - спектр пропускання зразка.

Розділивши останнє рівняння на передостаннє, отримаємо

.

Часто необхідно визначити спектральну залежність оптичної густини зразка

.

Спектр випромінювання джерела повинен бути достатньо інтенсивним і залежність  - по можливості плавною. Таким джерелом у видимій та ближній інфрачервоній області є лампа розжарення, а в ультрафіолетовій області – воднева (дейтерієва) лампа. Інтенсивність випромінювання джерела не повинна змінюватися з часом.

Завдання

Перед початком роботи уважно ознайомтеся з усіма матеріалами і літературою, пропонованими до даної лабораторної роботи. Перед початком вимірів спробуйте спрогнозувати свої дії. При необхідності, частіше радьтеся з викладачем, або з лаборантом.

  1.  За допомогою спектрофотометра СФ-5 вимірте коефіцієнт пропускання скляних світлофільтрів ПС7 та ПС14. Корисні поради:

Спектральний діапазон 400-1000нм

Намагайтеся працювати з мінімальними щілинами

Для вибору оптимального кроку зміни довжини хвилі користуйтесь

ГОСТ 9411-81, стор. 55,56.

  1.  Побудуйте залежність коефіцієнта пропускання, оптичної густини та коефіцієнта поглинання від довжини хвилі. Корисні поради:

Визначте товщини фільтрів.

  1.  Спробуйте визначити коефіцієнти відбивання досліджених світлофільтрів.

  1.  Спробуйте пояснити смугастий характер спектру поглинання фільтру ПС7.

  1.  Розрахуйте колірні координати досліджених світлофільтрів. Корисні поради:

Скористайтесь документом LR11.DOC.

Література:

1. Соболева Н.А., Меламид А.Е. Фотоэлектронные приборы. -М.: Высшая школа.-1974.

2. Спектрофотометр СФ-5. Инструкция по эксплуатации.

3. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения. Справочник. -М.: Радио и связь.-1987.

5

Реєстрація спектрів пропускання


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11554. Освоить численный метод, алгоритм и программу вычисления производной от таблично заданной функции 86.5 KB
  Отчет по лабораторной работе №2 Численное дифференцирование 1. Цель работы. Освоить численный метод алгоритм и программу вычисления производной от таблично заданной функции. 2.Задание. Составить алгоритм программу вычисления остаточных членов R для форм
11555. Оценка результатов инновационной деятельности ООО «Пансионат Заручевье» 87.2 KB
  Определить сущность понятия эффективности результатов инновационной деятельности; изучить показатели, применяемые для оценки результатов инновационной деятельности; проанализировать результаты инновационной деятельности конкретного хозяйствующего субъекта; дать предложения по совершенствованию инновационной деятельности исследуемого хозяйствующего субъекта.
11556. Освоить методику хранения данных программ в массивах и научиться использовать массивы при решении практических задач 43 KB
  Лабораторная работа № 5. Массивы Цель работы: Освоить методику хранения данных программ в массивах и научиться использовать массивы при решении практических задач. Использовать задание из лабораторной работы № 4 Операторы циклов но числа вводимые пользователем...
11557. Изучить синтаксис операторов цикла и получить навыки их использования в программах 40.5 KB
  Операторы циклов Цель работы: Изучить синтаксис операторов цикла и получить навыки их использования в программах. Содержание работы. 1 Дана произвольной длины последовательность целых чисел. Найти сумму неотрицательных чисел наибольшее из таких чисел и номер этог
11558. Научиться создавать и применять функции и процедуры, освоить методы передачи параметров 40 KB
  Процедуры и функции Цель работы: Научиться создавать и применять функции и процедуры освоить методы передачи параметров. 1Текст задания Задание: Для условий лабораторной работы № 3 Условные операторы Задание А и Задание Б выполнить следующие требования: 1 Зада...
11559. Переменные. Операторы. Встроенные функции 23.5 KB
  Переменные. Операторы. Встроенные функции Цель работы: Изучить типы данных VB и научиться использовать их в переменных и массивах. Получить навыки использования операторов и встроенных функций VB. 1. 1 строка S c символом ASCIIкод которого выбирается случайным образом и
11560. Исследование автономного LC-генератора 287.5 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 Исследование автономного LC-генератора ЦЕЛЬ РАБОТЫ: теоретические и экспериментальные исследования автономного LC-генератора. РАБОТА СОДЕРЖИТ СЛЕДУЮЩИЕ РАЗДЕЛЫ : 1. Изучение теории автономного...
11561. Синхронизируемый LC-автогенератор 359 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 Синхронизируемый LC-автогенератор ЦЕЛЬ РАБОТЫ: теоретические и экспериментальные исследования процессов протекающих в автогенераторе при наличии внешнего гармонического воздействия. РАБОТА СОДЕРЖИТ СЛЕДУЮЩИЕ РАЗДЕЛЫ: 1. Изучение теории н...
11562. Фазовая автоподстройка частоты 212.5 KB
  Лабораторная работа № 5 Фазовая автоподстройка частоты Оглавление. Предисловие. Содержание учебного пособия соответствует программе курса Устройства приема и обработки сигналов предусмотренного государственным образовательным стандарт...