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 повязаними 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

4 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

5094. Основы технологии производства и ремонта автомобилей 1.02 MB
  Исходные данные Автомобиль – КамАЗ 5320 Дизель – КамАЗ 740 Количество автомобилей (N) – 400 ед. (крупное АТП) [2] Среднесуточный пробег автомобиля (lcc) – 200 км Число рабочих дней в году (D) – 305 (грузовые автомоби...
5095. Теория автоматического управления. Курс лекций 1.58 MB
  Технологическая система – это совокупность оборудования, приспособлений, инструментов, заготовок, и процессов проходящих в ходе технологического воздействия. (В старой литературе СПИД – станок, приспособление, инструмент, деталь)...
5096. Расчет строительных конструкций в процессе реконструкции здания. Усиление здания 681.5 KB
  Проектирование и расчет усиления кирпичного простенка Установление необходимости усиления кирпичного простенка Для установления необходимости усиления кирпичного простенка собираем нагрузки на кирпичный простенок на уровне окна первого э...
5097. Технологическое обеспечение качества машин 158.5 KB
  Технологическое обеспечение качества машин. Под качеством машины понимается совокупность её свойств. позволяющих выполнять заданные функции с минимальными трудовыми,материальными и энергетическими затратами...
5098. Методы проектирования вихревых горелок различного назначения 980 KB
  Характеристики закрученных потоков Сильное влияние закрутки на инертные и реагирующие течения хорошо известно и изучается на протяжении многих лет. Когда эффект закрутки оказывается полезным, конструктор старается создать закрутку, наиболее подхо...
5099. Шифрование методом Поросячья латынь 239.16 KB
  Шифрование методом Поросячья латынь Введение Шифрование — это способ сокрытия исходного смысла сообщения или другого документа, обеспечивающей искажение его первоначального содержимого. Преобразование обычного, понятного содержимого в код...
5100. Создание консольных приложений в среде Visual C++ 52.5 KB
  Цель работы: закрепление основных теоретических положений, изложенных в лекциях по курсу Программирование на языках высокого уровня, отработка навыков практического программирования в среде VisualC++ при создании консольных программ, в...
5101. Системное программирование. Конспект лекций 1.79 MB
  Конспект лекций Системное программирование Лекция. Об ассемблере Интересно проследить, начиная со времени появления первых компьютеров и заканчивая сегодняшним днем, за трансформациями представлений о языке ассемблера у программистов. Когд...
5102. Історія України курс лекцій. Україна в 20–30-ті роки ХХ ст. 60.17 KB
  Історія України курс лекцій Україна в 20-ті роки ХХ ст. Політичне і соціально-економічне становище України після завершення революції та громадянської війни Після завершення революції і громадянської війни політичне і соціально – ...