Оптическая плотность образца. Значение оптическая плотность в большой советской энциклопедии, бсэ

Обеспечение достаточной оптической плотности (заливки) знаков и изображений на странице является важным фактором в субъективной оценке качества печати. Нарушения в электрофотографическом процессе могут вызвать нежелательные отклонения темноты (заливки) изображения. Эти отклонения могут находиться в допустимых пределах или выходить из них. Величина этих допустимых отклонений устанавливается в технических условиях на расходные материалы к конкретному аппарату и может существенно отличаться для разных аппаратов. Объективная оценка плотности заливки характеризует неоднородность процесса и определяется как предел и стандартное отклонение коэффициента отражения печатного знака поперек страницы.

Термин оптическая плотность используется для характеристики меры пропускания света - для прозрачных объектов и отражения - для непрозрачных. Количественно определяется, как десятичный логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания (отражения). В электрографии этот термин используется для оценки качества элементов изображения на копиях, полученных при определенных условиях проявления (использовании определенного типа тонера, оценки величины контраста скрытого электростатического изображения, качества копий при применении того или иного способа проявления и т. д.). В полиграфии эта характеристика используется для оценки издательских оригиналов, промежуточных изображений и оттисков.

Оптическая плотность обозначается OD(Optical Density) или просто D. Минимальное значение оптической плотности D=0 соответствует белому цвету. Чем больше света поглощается средой, тем она темнее, т.е., например, черный цвет имеет большую оптическую плотность, чем серый.

Коэффициент отражения связан с оптической плотностью и плотностью контраста следующим образом:

D = lg (1/R pr) и D c =R pr /R pt

где D - оптическая плотность изображения;

R pt - коэффициент отражения в точке измерения;

D c - плотность контраста;

R pr - коэффициент отражения бумаги.

Значения оптической плотности изображения на копиях для черного в электрографии для различных аппаратов (как отмечалось выше) существенно различны. Как правило по спецификациям производителей тонера для лазерных принтеров эти значения (минимально допустимые при нормальном состоянии аппаратуры) лежат в диапазоне от 1,3D до 1,45D. Для качественных тонеров оптическая плотность принимает значения в диапазоне от 1,45D до 1,5D и не превышают 1,6D. В технических условиях принято устанавливать ограничения по нижнему допустимому пределу со стандартным отклонением по оптической плотности 0,01.

Величину оптической плотности измеряют специальным прибором - денситометром, принцип работы которого основан на измерении потока, отраженного от отпечатка и пересчета этого показателя в единицы измерения оптической плотности.

В электрографии оптическую плотность изображений используют для характеристики проявителя (тонера) с целью определения требуемых значений оптической плотности линий установленной ширины при определенных условиях проявления или характеристики электрофотографического изображения на копиях в режиме номинального функционирования аппаратуры

Разрешение

Разрешение (Resolution) или разрешающая способность сканера - параметр, характеризующий максимальную точность или степень детальности представления оригинала в цифровом виде. Разрешение измеряется в пикселах на дюйм (pixels per inch, ppi). Нередко разрешение указывают в точках на дюйм (dots per inch, dpi), но эта единица измерения является традиционной для устройств вывода (принтеров). Говоря о разрешении, мы будем использовать ppi. Различают аппаратное (оптическое) и интерполяционное разрешение сканера.

Аппаратное (оптическое) разрешение

Аппаратное (оптическое) разрешение (Hardware/optical Resolution) непосредственно связано с плотностью размещения светочувствительных элементов в матрице сканера. Это - основной параметр сканера (точнее, его оптико-электронной системы). Обычно указывается разрешение по горизонтали и вертикали, например, 300x600 ppi. Следует ориентироваться на меньшую величину, т. е. на горизонтальное разрешение. Вертикальное разрешение, которое обычно вдвое больше горизонтального, получается в конечном счете интерполяцией (обработкой результатов непосредственного сканирования) и напрямую не связано с плотностью чувствительных элементов (это так называемое разрешение двойного шага ). Чтобы увеличить разрешение сканера, нужно уменьшить размер светочувствительного элемента. Но с уменьшением размера теряется чувствительность элемента к свету и, как следствие, ухудшается соотношение сигнал/шум. Таким образом, повышение разрешения - нетривиальная техническая задача.

Интерполяционное разрешение

Интерполяционное разрешение (Interpolated Resolution) - разрешение изображения, полученного в результате обработки (интерполяции) отсканированного оригинала. Этот искусственный прием повышения разрешения обычно не приводит к увеличению качества изображения. Представьте себе, что реально отсканированные пикселы изображения раздвинуты, а в образовавшиеся промежутки вставлены «вычисленные» пикселы, похожие в каком-то смысле на своих соседей. Результат такой интерполяции зависит от ее алгоритма, но не от сканера. Однако эту операцию можно выполнить средствами графического редактора, например, Photoshop, причем даже лучше, чем собственным программным обеспечением сканера. Интерполяционное разрешение, как правило, в несколько раз больше аппаратного, но практически это ничего не означает, хотя может ввести в заблуждение покупателя. Значимым параметром является именно аппаратное (оптическое) разрешение.

В техническом паспорте сканера иногда указывается просто разрешение. В этом случае имеется в виду аппаратное (оптическое) разрешение. Нередко указываются и аппаратное, и интерполяционное разрешение, например, 600х 1200 (9600) ppi. Здесь 600 - аппаратное разрешение, а 9600 - интерполяционное.

Различимость линий

Различимость линий (Line detectability) - максимальное количество параллельных линий на дюйм, которые воспроизводятся с помощью сканера как раздельные линии (без слипаний). Этот параметр характеризует пригодность сканера для работы с чертежами и другими изображениями, содержащими много мелких деталей. Его значение измеряется в линиях на дюйм (lines per inch, Ipi).

Какое разрешение сканера следует выбрать

Этот вопрос чаще других задают при выборе сканера, поскольку разрешение - один из самых главных параметров сканера, от которого существенно зависит возможность получения высококачественных результатов сканирования. Однако это вовсе не означает, что следует стремиться к максимальному возможному разрешению, тем более, что оно дорого стоит.

Вырабатывая требования к разрешению сканера, важно уяснить общий подход. Сканер является устройством, преобразующим оптическую информацию об оригинале в цифровую форму и, следовательно, осуществляющим ее дискретизацию. Наданном этапе рассмотрения кажется, что чем мельче дискретизация (больше разрешение), тем меньше потерь исходной информации. Однако результаты сканировании предназначены для отображения с помощью некоторого устройства вывода, например, монитора или принтера. Эти устройства имеют свою разрешающую способность. Наконец, глаз человека обладает способностью сглаживать изображения. Кроме того, печатные оригиналы, полученные типографским способом или посредством принтера, также имеют дискретную структуру (печатный растр), хотя это может быть и не заметно для невооруженного глаза. Такие оригиналы обладают собственным разрешением.
Итак, есть оригинал с собственным разрешением, сканер со своей разрешающей способностью и результат сканирования, качество которого должно быть как можно выше. Качество результирующего изображения зависит от установленного разрешения сканера, но до некоторого предела. Если установить разрешение сканера больше собственного разрешения оригинала, то от этого качество результата сканирования, вообще говоря, не улучшится. Мы не хотим сказать, что сканирование с более высоким, чем у оригинала, разрешением бесполезно. Есть ряд причин, когда это нужно делать (например, когда мы собираемся увеличивать изображение при выводе на монитор или принтер или когда надо избавиться от муара). Здесь мы обращаем внимание на то, что улучшение качества результирующего изображения за счет повышения разрешения сканера не беспредельно. Можно увеличивать разрешение сканирования, не добиваясь при этом улучшения качества результирующего изображения, но зато увеличивая его объем и время сканирования.

О выборе разрешения сканирования мы еще неоднократно будем говорить в данной главе. Разрешение сканера - это максимальное разрешение, которое можно установить при сканировании. Так какая же величина разрешения нам нужна? Ответ зависит от того, какие изображения вы собираетесь сканировать и на какие устройства выводить. Ниже мы приведем лишь ориентировочные значения.
Если вы собираетесь сканировать изображения для последующего вывода на экран монитора, то обычно достаточно разрешения 72-l00ppi. Для вывода на обычный офисный или домашний струйный принтер - 100-150 ppi, на высококачественный струйный принтер - от 300 ppi.

При сканировании текстов из газет, журналов и книг с целью последующей обработки программами оптического распознавания символов (OCR - Optical Character Recognition) обычно требуется разрешение 200-400 ppi. Для вывода на экран или принтер эта величину можно уменьшить в несколько раз.

Для любительских фотографий обычно требуется 100-300 ppi. Для иллюстраций из роскошных типографских альбомов и буклетов - 300-600ppi.

Если вы собираетесь увеличивать изображение для вывода на экран или принтер без потери качества (четкости), то разрешение сканирования следует установить с некоторым запасом, т. е. увеличить его в 1,5-2 раза по сравнению с приведенными выше значениями.

Рекламным агентствам, например, требуется высококачественное сканирование слайдов и бумажных оригиналов. При сканировании слайдов для вывода на печать в формате 10x15 см потребуется разрешение 1200 ppi, а в формате А4 - 2400 ppi.
Обобщая изложенное выше, можно сказать, что в большинстве случаев аппаратного разрешения сканера 300 ppi достаточно. Если же сканер имеет разрешение 600 ppi, то это очень хорошо.

Для определения готовят эталонный раствор определяемого вещества известной концентрации, которая приближается к концентрации исследуемого раствора. Определяют оптическую плотность этого раствора при определенной длине волны . Затем определяют оптическую плотность исследуемого раствора при той же длине волны и при той же толщине слоя. Для эталонного раствора согласно уравнению (17) имеем:

где - молярный коэффициент поглощения исследуемого раствора; - толщина слоя, см.

Оптическая плотность исследуемого раствора выражается такой же формулой:

где - концентрация исследуемого раствора, .

Количество определяемого вещества (в мг) с учетом разбавления раствора находим по формуле:

где - общий объем исследуемого раствора, ; - объем окрашенного исследуемого раствора, - объем аликвотной части исследуемого растаора, взятой для приготовления окрашенного раствора, .

Определение к онцентраци и вещества в растворе по значению молярного коэффициента поглощения

Определив значение оптической плотности -раствора при длине волны к и зная значение молярного коэффициента поглощения . определяемого вещества для лучей длины волны X, находим по формуле (17) значение концентрации исследуемого вещества :

Количество определяемого вещества (в г) находим по формуле:

где - молекулярный (атомный) вес определяемого вещества (иона).

Значение молярного коэффициента поглощения . устанавливают следующим образом. Готовят эталонный раствор исследуемого вещества определенной концентрации и измеряют значение оптической плотности этого раствора при длине волны к и значение . вычисляют по формуле:

Если вещество трудно получить в чистом виде, то можно пользоваться табличным значением .

Определение концентрации вещества с помощью калибровочного графика

Функциональная зависимость между оптической плотностью раствора и концентрацией поглощающего вещества может быть установлена графически. Для этого предварительно готовят серию растворов определяемого вещества различной концентрации (эталонные растворы). Измеряют значения оптической плотности этих растворов для лучей с длиной волны X и по полученным данным строят кривую зависимости оптической плотности раствора от концентрации (калибровочный график). На ось ординат наносят значения оптической плотности эталонных растворов , а на ось абсцисс - соответствующие значения концентраций этих растворов (). Для получения более точных результатов рассчитывают, пользуясь методом наименьших квадратов, уравнение для калибровочного графика.

Определив значение оптической плотности исследуемого раствора при той же толщине слоя, можно найти концентрацию определяемого вещества по полученному калибровочному графику. Если раствор не подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера, то прямолинейная зависимость нарушается на некотором участке кривой или на всей кривой. В этом случае необходимо увеличить число эталонных растворов. Концентрацию эталонных растворов обычно выражают в . Количество определяемого вещества в миллиграммах определяют по формуле (23).

Определение концентрации вещества методом «уравнивания» или методом изменения толщины поглощающего слоя

Оптическую плотность исследуемого раствора определяют по формуле:

где - молярный коэффициент поглощения исследуемого раствора; - концентрация определяемого вещества, ; - толщина слоя, см.

На использовании этого равенства основано устройство колориметра погружения (колориметр Дюбоска), в котором тождественность цвета достигается изменением толщины слоя растворов. Оптическая схема колориметра погружения дана на рис. 96. Один световой поток от зеркала 1 проходит через слой исследуемого раствора в кювете 2, цилиндр 4, призму 6, линзы 8 и 9 и попадает в окуляр, освещая правую половину оптического поля. Другой световой поток проходит через слой стандартного раствора в кювете 3, цилиндр 5, призму 7, линзы 8 и 9, попадает в окуляр, освещая левую половину оптического поля. Кюветы 2 и 3 установлены на держателях, которые при помощи шестеренок и реек передвигаются вертикально. Стеклянные цилиндры 4 и 5 с отшлифованными концами укреплены неподвижно. Перемещая кюветы 2 и 3 по вертикали, меняют высоту столбов раствора и добиваются исчезновения границ раздела в окуляре оптического поля. Высоты столбов эталонного раствора и исследуемого раствора отсчитывают по миллиметровой шкале.

Методика предназначена для измерения на изображениях оптических параметров объектов – средней яркости, отклонения яркости, минимальной яркости, максимальной яркости, интервала яркости, интегральной яркости, средней и интегральной оптической плотности.

По способу расчета оптической плотности методика представлена в трех модификациях:

Расчет оптической плотности производится относительно фона, который указывается на изображении вручную с помощью «мыши»;

Оптическая плотность рассчитывается с учетом темнового поля камеры и поля, чистого стекла препарата.

Перед измерениями производится калибровка системы по эталонам с известной оптической плотностью.

Методика может использоваться для гистохимических исследований.

Как работает методика

На полученном изображении по яркости автоматически выделяются объекты. Предварительно (в зависимости от выбранного способа расчета оптической плотности) указывается фон, вводятся с камеры изображения темнового поля и чистого стекла или производится оптическая калибровка системы ввода по оптическим эталонам

При необходимости производится дополнительная подготовка к измерениям: удаление с изображения небольших посторонних деталей, сглаживание границ, заполнение пустот, автоматическое разделение контактирующих объектов

Автоматические измерения производятся по набору параметров, характеризующих оптические свойства выделенных объектов. Пользователь также может включить необходимые дополнительные параметры (размеры, форма)

По результатам измерений производится классификация объектов по параметру «Оптическая плотность», строится гистограмма распределения, и рассчитываются статистические параметры выборки. Условия построения гистограммы и набор рассчитываемых параметров определяет пользователь.

2. Медицинская оптика

2.3 Ход лучей в оптическом микроскопе.Характеристики изображений.Увеличение микроскопа.Теория Аббе.Характерные величины параметров входящих в формулу увеличения и их смысл.

2.4 Основные положения теории Аббе.Предел разрешения.Разрешающая способность микроскопа.Полезное и бесполезное увеличение.Предельное увеличение биологического микроскопа.

Дифракционная теория разрешающей способности оптических приборов была разработана Аббе.Если в качестве объекта использовать дифракционную решётку,а её изображение получать с помощью линзы,то в фекальной плоскости этой линзы будет образовываться дифракционная картина в виде чередующихся максимумов и минимумов освещённости.Эта картина является первичным изображением.На некотором расстоянии от первичного будет находиться вторичное действительное,котрое и является собственно изображением решётки.Аббе установил,что для соответствия вторичного изображения рассматриваемому предмету необходимо,чтобы в его формировании принимали участие лучи,идущие от центрального и одного из первых главных максимумов.Все максимумы первичного изображения возникают в результате интерференции когерентных лучей,и поэтому могут рассматриваться как самостоятельные точечные и когерентные источники.Разрешающая способность микроскопа зависит от длины световой волны и значения аппертурного угла.Предел разрешения-наименьшее расстояние между двумя точками предмета,когда эти точки различимы,то есть воспринимаются как две точки в микроскопе.Разрешающей способностью называют способность микроскопа давть раздельные изображения мелких деталей рассматриваемого предмета.Эта величина обратно пропорциональна пределу разрешения.Полезное увеличение-увеличение,при котором глаз различает все элементы структуры объекта.Бесполезное увеличение-глаз не способен различить все элементы структуры объекта.

2.5 Иммерсионная микроскопия.Числовая апертура.Апертурный угол.Ход лучей.

Разрешающую способность микроскопа можно несколько повысить,используя объектив с иммерсией.В этом случае пространство между покровным стеклом и фронтальной линзой объектива заполняется средой с показателем преломления близким к показателю преломления покровного стекла.Объективы с иммерсией называют иммерсионными,а без неё-сухими.Хорошей иммерсионной средой является кедровое масло.Показатель преломления кедрового масла практически совпадает со значением показателя преломления стекла.Иммерсия увеличивает угол раскрытия,а значит и разрешающую способность микроскопа A=n*Sin(u/2).Обычно произведение показателя преломления на синус аппертурного угла называют числовой апертурой.

2.10 Метод тёмного поля.Ультрамикроскопия.УФ-микроскопия и её преимущества.

Обширную группу микрокопирования составляют объекты,содержащие структурные элементы размерами порядка нескольких сотен ангстрем,что существенно меньше предела разрешающей способности обычного светового микроскопа со светлым полем.Примерами могут являться пылинки в воздухе,совокупность твёрдых частиц в жидкости.Таким образом они воспринимаются как визуально,так и спомощью обычного светового микроскопа как однородные.Для обнаружения таких частиц используют обычный микроскоп,в котором осуществляется принцип тёмного поля.В основе этого метода лежит рассеивание света на ультрамалых частицах.Используют специальные конденсоры,затемнённые в центре,которые приспособлены для бокового освещения объекта.Принцип тёмного поля можно осуществить с помощью кружочка чёрной бумаги,вкладывая его между линзами обычного конденсора.Диаметр кружка должен быть такой,чтобы осталась не закрытой только незначительная перефирическая часть линзы.Таким оьразом прямые лучи устраняются,а лучи дифрагированные ультрамалыми частицами,сохраняются,что и позволяет их обнаружить.Существенный недостаток метода тёмного поля-невозможность изучения с его помощью структуры обнаруживаемых ультрамалых частиц.

2.11 Метод фазового контраста.

В настоящее время структуры неконтрастных объектов часто изучают с помощью обычного светового микроскопа,снабжённого фазовой приставкой.Этот метод,получивший название метода фазового контраста,позволяет изучить структуры неконтрастных объектов путём увеличения контраста получаемого изображения без непосредственного воздействия на сам объект.При встрече света с любой неоднородностью,в частности с бактерией,происходят два явления изменения фаз колебаний световых волн и их дифракция.Происходит воздействие на основные и добавочные волны.Для этого используются пластинки различных конструкций.Они называются фазовыми.Такие фазовые пластинки устанавливаются в фокальной плоскости объектива микроскопа,то есть практически вплотную к объективу.Сущность метода сводится к созданию контраста интенсивностей в окончательном изображении неконтрастного объекта,путём воздействия на его первичное изображение.С помощью этого метода возможно проводить наблюдение живых микроорганизмов-бактерий.

2.12 Устройство и принцип работы электронного микроскопа.Ход лучей,магнитные линзы и их строение.

Очень распространены объекты,структурные элементы которых имеют размеры несколько десятков ангстрем,что значительно меньше разрешающей способности обычного светового микроскопа.Изучение таких ультраструктур возможно с помощью электронного микроскопа,обладающего большей разрешающей способностью,чем обычный световой микроскоп.В основе использования электронного микроскопа лежит использование волновых свойств электронов и возможность их фокусировки.Любой движущейся частице,в том числе и электрону,присущи волновые свойства(преломление,отражение,дифракция и интерфернция).Для свободного движения электронов необходимо создание магнитного поля.Магнитное поле позволяет фокусировать электронные лучи и получать равные по величине электронные изображения предметов.Магнитную линзу можно сделать и увеличивающей.Для этого пользуются сильным неоднородным магнитным полем,полученного от короткого соленоида с током,имеющего большое число витков.Большим увеличением обладает панцирная магнитная линза с полюсными наконечниками.Представляет собой соленоид,находящийся внутри двух железных цилиндров,внутреннего и наружного,соединённых железными основаниями.Создаётся увеличение в 20000 раз.Электронный микроскоп состоит из оптической системы,вакуумной установки,установки электрического питания и пульта управления.Ход лучей:Источник освещения-конденсорная линза-объект микроскопического исследования-объективная линза-промежуточное изображение объекта-проекционная линза-увеличение участка промежуточного изображения.ла разработана Аббе.Если в качестве объекта использовать дифракционную решётку,а еёизображение бесполезное увеличение.Предель

Оптическая плотность

D , мера непрозрачности слоя вещества для световых лучей. Равна десятичному логарифму отношения потока излучения (См. Поток излучения) F 0 , падающего на слой, к ослабленному в результате поглощения и рассеяния потоку F , прошедшему через этот слой: D = lg (F 0 /F ), иначе, О. п. есть логарифм величины, обратной Пропускания коэффициент у слоя вещества: D = lg (1/τ). (В определении используемой иногда натуральной О. п. десятичный логарифм lg заменяется натуральным ln.) Понятие О. п. введено Р. Бунзен ом; оно привлекается для характеристики ослабления оптического излучения (См. Оптическое излучение) (света) в слоях и плёнках различных веществ (красителей, растворов, окрашенных и молочных стекол и многое др.), в Светофильтр ах и иных оптических изделиях. Особенно широко О. п. пользуются для количественной оценки проявленных фотографических слоев как в черно-белой, так и в цветной фотографии, где методы её измерения составляют содержание отдельной дисциплины - денситометрии (См. Денситометрия). Различают несколько типов О. п. в зависимости от характера падающего и способа измерения прошедшего потоков излучения (рис. ).

О. п. зависит от набора частот ν (длин волн λ), характеризующего исходный поток; её значение для предельного случая одной единственной ν называется монохроматической О. п. Регулярная (рис. , а)монохроматическая О. п. слоя нерассеивающей среды (без учёта поправок на отражение от передней и задней границ слоя) равна 0,4343 k ν l , где k ν - натуральный Поглощения показатель среды, l - толщина слоя (k ν l = κcl - показатель в уравнении Бугера - Ламберта - Бера закон а; если рассеянием в среде нельзя пренебречь, k ν заменяется на натуральный Ослабления показатель). Для смеси нереагирующих веществ или совокупносги расположенных одна за другой сред О. п. этого типа аддитивна, т. е. равна сумме таких же О. п. отдельных веществ или отдельных сред соответственно. То же справедливо и для регулярной немонохроматической О. п. (излучение сложного спектрального состава) в случае сред с неселективным (не зависящим от ν) поглощением. Регулярная немонохроматич. О. п. совокупности сред с селективным поглощением меньше суммы О. п. этих сред. (О приборах для измерения О. п. см. в статьях Денситометр , Микрофотометр , Спектрозональная аэрофотосъёмка , Спектросенситометр , Спектрофотометр , Фотометр .)

Лит.: Гороховский Ю. Н., Левенберг Т. М., Общая сенситометрия. Теория и практика, М., 1963; Джеймс Т., Хиггинс Дж., Основы теории фотографического процесса, пер. с англ., М., 1954.

Л. Н. Капорский.

Типы оптической плотности слоя среды в зависимости от геометрии падающего и способа измерения прошедшего потока излучения (в принятой в СССР сенситометрической системе): а) регулярную оптическую плотность D II определяют, направляя на слой по перпендикуляру к нему параллельный поток и измеряя только ту часть прошедшего потока, которая сохранила первоначальное направление; б) для определения интегральной оптической плотности D ε перпендикулярно к слою направляется параллельный поток, измеряется весь прошедший поток; в) и г) два способа измерения, применяемые для определения двух типов диффузной оптической плотности D ≠ (падающий поток - идеально рассеянный). Разность D II - D ε служит мерой светорассеяния в измеряемом слое.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Цель работы - определение концентрации веществ колориметрическим методом.

I. Термины и определения

Стандартный раствор (ср) - это раствор, содержащий в единице объема определенное количество исследуемого вещества или его химико-аналитического эквивалента (ГОСТ 12.1.016 - 79).

Исследуемый раствор (ир ) - это раствор, в котором необходимо определить содержание исследуемого вещества или его химико-аналитического эквивалента (ГОСТ 12.1.016 - 79).

Градуировочный график - графическое выражение зависимости оптической плотности сигнала от концентрации исследуемого вещества (ГОСТ 12.1.016 - 79).

Предельно допустимая концентрация (ПДК ) вредного вещества - это концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе по 8 часов или при другой продолжительности рабочего дня, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего или последующих поколений (ГОСТ 12.1.016 - 79).

Колориметрия - это метод количественного анализа содержания какого либо иона в прозрачном растворе, основанный на измерении интенсивности его окраски.

II. Теоретическая часть

Колориметрический метод анализа основан на связи двух величин:концентрации раствора и его оптической плотности (степени окрашенности).

Окраска раствора может быть вызвана как присутствием самого иона (MnO 4 - ,Cr 2 O 7 2- ), так и образованием окрашенного соединения в результате химического взаимодействия исследуемого иона с реактивом.

Например, слабоокрашенный ион Fe 3 + дает кроваво-красное соединение при взаимодействии с ионами роданида SCH - , ион меди Cu 2+ образует ярко-синий комплексный ион 2 + при взаимодействии с водным раствором аммиака.

Окраска раствора обусловлена избирательным поглощением лучей света определенной длины волны: окрашенный раствор поглощает те лучи, длина волны которых соответствует дополнительному цвету. Например: дополнительными называют сине-зеленый и красный цвета, синий и желтый.

Раствор роданида железа кажется красным, потому что он поглощает преимущественно зеленые лучи ( 5000Á) и пропускает красные; напротив, раствор зеленой окраски пропускает зеленые лучи и поглощает красные.

Колориметрический метод анализа основан на способности окрашенных растворов поглощать свет в диапазоне волн от ультрафиолетового до инфракрасного. Поглощение зависит от свойств вещества и его концентрации. При этом методе анализа исследуемое вещество входит в состав водного раствора, поглощающего свет, а его количество определяется по световому потоку, прошедшему через раствор. Эти измерения проводятся при помощи фотоколориметров. Действие этих приборов основано на изменении интенсивности светового потока при прохождении через раствор в зависимости от толщины слоя, степени окраски и концентрации. Мерой концентрации является оптическая плотность (D ). Чем выше концентрация вещества в растворе, тем больше оптическая плотность раствора и меньше его светопроницаемость Оптическая плотность окрашенного раствора прямо пропорциональна концентрации вещества в растворе. Она должна измеряться при длине волны, на которой исследуемое вещество имеет максимальное светопоглощение. Это достигается подбором светофильтров и кювет для раствора.

Предварительный выбор кювет производят визуально соответственно интенсивности окраски раствора. Если раствор интенсивно окрашен (темный), пользуются кюветами с малой рабочей длиной волны. В случае слабо окрашенных растворов рекомендуются кюветы с большей длиной волны. В предварительно подобранную кювету наливают раствор, измеряют его оптическую плотность, включив в ход лучей светофильтр. При измерении ряда растворов кювету заполняют раствором средней концентрации. Если полученное значение оптической плотности составляет примерно 0,3-0,5, данную кювету выбирают для работы с этим раствором. Если оптическая плотность больше 0,5-0,6, берут кювету с меньшей рабочей длиной, если оптическая плотность меньше 0,2-0,3, выбирают кювету с большей рабочей длиной волны.

На точность измерений большое влияние оказывает чистота рабочих граней кювет. Во время работы кюветы берут руками только за нерабочие грани, а после заполнения растворомвнимательно следят за отсутствием на стенках кювет даже мельчайших пузырьков воздуха.

Согласно закону Бугера-Ламберта-Бэра , доля поглощенного света зависит от толщины слоя раствораh , концентрации раствораC и интенсивности падающего светаI 0

где I - интенсивность света, прошедшего через анализируемый раствор;

I- интенсивность падающего света;

h - толщина слоя раствора;

C - концентрация раствора;

Коэффициент поглощения - величина, постоянная для данного окрашенного соединения.

Логарифмируя это выражение, получаем:

(2)

где D - оптическая плотность раствора, является постоянной величиной для каждого вещества.

Оптическая плотность D характеризует способность раствора поглощать свет.

Если раствор совсем не поглощает свет, то D = 0 и I t =I, так как выражение (2) равно нулю.

Если раствор поглощает лучи света полностью, то D равняется бесконечности и I= 0, так как выражение (2) равно бесконечности.

Если раствор поглощает 90 % падающего света, то D = 1 и

I t =0,1, так как выражение (2) равно единице.

При точных колориметрических расчетах изменение оптической плотности не должно выходить за интервал 0,1 - 1.

Для двух растворов различной толщины слоев и концентрации, но одинаковой оптической плотности можно записать:

D = h 1 C 1 = h 2 C 2 ,

Для двух растворов одинаковой толщины, но разной концентрации можно написать:

D 1 = h 1 C 1 иD 2 =h 2 C 2 ,

Как видно из выражений (3) и (4), практически для определения концентрации раствора колориметрическим методом необходимо иметь стандартный раствор, то есть раствор с известными параметрами (C, D).

Определение можно проводить по-разному:

1. Можно уравнять оптические плотности исследуемого и стандартного растворов, изменяя их концентрацию или толщину слоя раствора;

2. Можно измерить оптическую плотность этих растворов и рассчитать искомую концентрацию по выражению (4).

Для реализации первого метода применяют специальные приборы - колориметры. Они основаны на визуальной оценке интенсивности проходящего света и поэтому их точность сравнительно невелика.

Второй метод - измерения оптической плотности - осуществляется с помощью значительно более точных приборов - фотоколориметров и спектрофотометров и именно он используется в данной лабораторной работе.

При работе на фотоколориметре чаще используют прием построения градуировочного графика: измеряют оптическую плотность нескольких стандартных растворов и строят график в координатах D = f(C). Затем измеряют оптическую плотность исследуемого раствора и по градуировочному графику определяют искомую концентрацию.

Уравнение Бугера - Ламберта - Бэра справедливо только для монохроматического света, поэтому точные колориметрические измерения проводят с применением светофильтров - цветных пластинок, пропускающих лучи света в определенном диапазоне длин волн. Для работы выбирают светофильтр, который обеспечивает максимальную оптическую плотность раствора. Светофильтры, установленные на фотоколориметр, пропускают лучи не строго определенной длины волны, а в некотором ограниченном диапазоне. Вследствие этого погрешность измерений на фотоколориметре не более±3% от веса анализируемого вещества. Строго монохроматический свет применяется в специальных приборах - спектрофотометрах, у которых точность измерений выше.

Точность колориметрических измерений зависит от концентрации раствора, наличия примесей, температуры, кислотности среды раствора, времени определения. Этим методом можно анализировать только разбавленные растворы, то есть такие, для которых зависимость D = f(C) -прямая .

При анализе концентрированных растворов их предварительно разбавляют, а при расчете искомой концентрации вносят поправку на разведение. Однако точность измерений при этом понижается.

Примеси могут влиять на точность измерений тем, что сами дают окрашенное соединение с добавляемым реактивом или затрудняют образование окрашенного соединения исследуемого иона.

Метод колориметрического анализа в настоящее время применяется для проведения анализов в различных областях науки. Он позволяет точно и быстро проводить измерения, используя ничтожно малые количества вещества, недостаточные для объемного или весового анализа.