Fizika_l_r_Chast_2

Принцип измерения коэффициента пропускания в приборе КФК-2 состоит в том, что на фотоприѐмники направляются поочередно световые потоки — полный Ф0 и прошедший через исследуемую среду Ф и определяется отношение этих потоков

Ф/Ф0.

Оптическая схема. Нить лампы 1 (рис. 2) конденсором изображается и плоскости диафрагмы 3. Это изображение объективом 4, 5 переносится в плоскость, расположенную на расстояние 300 мм от объекта с 10-кратным увеличением. Сформированный световой пучок проходит через теплозащитный светофильтр 6, нейтральный светофильтр 7, цветной светофильтр 8, кюветное отделение 10, защищенное стеклами 9 и 11, и поступает на пластинку 15, которая делит световой поток на два. Примерно 10 % светового потока направляется на фоторегистратор 14 (фотодиод ФД-24к) и 90 % на фоторегистратор 17 (фотоэлемент Ф-26). Для уравнивания фототоков, снимаемых с фоторегистратора 14 при работе с различными цветными светофильтрами, перед ним установлен светофильтр 13 из цветного стекла.

Матовые стекла 12 и 16 обеспечивают равномерность освещения фоторегистраторов.

Рабочая длина кювет в приборе – 50, 30, 20, 10 и 5 мм.

Электрический фотоколориметр КФК-2 (рис 3) состоит из двух автономных блоков: оптического блока и блока питания, размещенных в одном корпусе. В комплект колориметра входит также микроамперметр. В оптическом блоке размещаются: осветитель, оправа с оптикой, светофильтры, кюветное отделение с кюветодержателями, фотометрическое устройство с усилителем и элементами регулирования.

101

2

7

3

Рис.3. Общий вид колориметра КФК-2

Конструкция механизма осветителя обеспечивает перемещение лампы в трех взаимно перпендикулярных направлениях. В оправу с оптикой встроены конденсор, диафрагма и объектив.

Цветные светофильтры (11 штук) вмонтированы в диск. В световой пучок светофильтры вводятся ручкой 8. Рабочее положение каждого светофильтра фиксируется. Блок– кюветодержатель для кюветы с эталонным раствором и для кюветы с исследуемым раствором устанавливается в кюветное отделение 7 так, чтобы две маленькие пружины находились с передней стороны. Переключение кювет в световом пучке производится поворотом ручки 6 до упора. При открытой крышке кюветного отделения шторка закрывает окно перед фотоприемниками. В фотометрическое устройство входят фотоэлемент Ф-26, фотодиод ФД-24к, светоделительная пластинка и усилитель.

На лицевой панели колориметра кроме ручек переключателей 6 и 8 расположены: ручка 5 – включение фоторегистратора и ступенчатой регулировки чувствительности электрической схемы, винт 2 (под шлиц) потенциометра для установки нуля шкалы, ручки 3 и 4 – потенциометр грубой и точной установки показаний прибора. В блоке питания размещены стабилизаторы напряжения с выпрямителями и силовой трансформатор. Блок питания вдвигается по направляющим в оптический блок и электрически соединяется с ним через разъем. Выключатель сетевого напряжения расположен

102

на стенке блока вверху. На верхней стенке корпуса колориметра установлен микроамперметр 1. На задней стенке крышки микроамперметра имеется гнездо для подключения цифрового вольтметра с пределом измерения 0,1В.

Порядок выполнения работы

Упражнение №1. Определение оптической плотности окрашенных растворов

1.Проверьте заземление КФК-2, ознакомьтесь с ручками управления, откройте крышку кюветного отделения (при этом шторка перед фотоприемником перекрывает световой пучок) и оставьте в таком положении до начала измерений.

2.Ручку "светофильтры" установите в положение 490 нм, а "чувствительность" - в положение 1. Обратите внимание на маркировку значений длины волны (ручка "светофильтры") и чувствительности. Красные значения светофильтров соответствуют красным значениям чувствительности и наоборот, черные - черным значениям чувствительности. Ручки установка "100" - "точно" и "грубо" должны находиться в крайнем левом положении (минимальная чувствительность). Этим регистрирующий прибор предохраняется от перегрузки или поломки. Ручки вращаются легко, без какого-либо напряжения. Не прикладывайте значительных усилий к этим ручкам управления, иначе испортите прибор.

3.Включите КФК-2 в сеть 220 В (тумблер включения находится на задней стороне прибора), при этом должна загореться сигнальная лампа на передней панели. За время прогрева КФК-2 (5 минут – при лабораторных исследованиях прогревают 15-20 минут) подготовьтесь к измерениям. Начертите таблицу для записи результатов измерений.

4.Подберите 2 одинаковые по толщине кюветы. Они должны быть сухими - мокрые вытрите фланелью. Брать руками кюветы следует за узкие грани, чтобы не загрязнять широкие грани кювет, через которые проходит луч света.

5.Заполните кюветы растворителем (дистиллированная вода) до метки на боковой грани. Перелив жидкостей в кюветы

103

пользовании к коррозии и порче прибора, поэтому не заполнять кюветы до верхнего края.

6.Подняв откидную крышку прибора, поместите кюветы с водой в кюветодержатели так, чтобы узкая часть кюветы прижималась пластинчатой пружиной (широкая грань кюветы расположена перпендикулярно лучу света).

7.Ручку перевода кюветодержателя под кюветным отделением переместите в положение 1, при этом кюветодержатель переместится ближе к Вам, и луч света будет проходить через дальнюю от Вас кювету с растворителем (при закрытой крышке кюветного отделения).

8.Закройте крышку кюветного отделения, при этом стрелка измерительного прибора отклонится от нуля. Ручками "грубо" - "точно" установите стрелку на "0" шкалы оптической плотности D (на приборе на нижней шкале справа). Если это сделать не удается, то повернув ручки "грубо" - "точно" влево до упора, переключите "чувствительность" на 2 и вновь ручками "грубо" - "точно" установите "0". Если и при этом не добьетесь желаемого, то проделайте, также при "чувствительности" 3.

9.Ручку перемещения кюветодержателя переведите в положение 2. При этом луч света будет проходить через ближнюю от Вас кювету с растворителем. Значение оптической плотности на шкале прибора должно равняться нулю. Если это так, то занесите это в таблицу и переходите к пункту 11. В противном случае протрите широкие грани обеих кювет и повторите пункты 6-9. Если после этого при перемещении кюветодержателя в положение 2 оптическая плотность нулю не равна, то запишите значение оптической плотности в таблицу 1 и переходите к пункту 11 (это означает, что оптическая плотность кювет с растворителем не одинакова из-за дефектов кювет при работе с ними и т. п.; при лабораторных исследованиях необходимо подбирать кюветы с растворителем с одинаковой оптической плотностью; допускаются и небольшие различия в оптических плотностях таких кювет, но калибровочный график не будет проходить через начало координат).

В случае отклонения стрелки прибора вправо от нуля (меньше нуля) при переводе кюветодержателя в положение 2, переходите к пункту 10.

104

10.Поменяйте местами кюветы в кюветодержателе и повторите пункты 7-9.

11.Замените в ближней от Вас кювете растворитель на исследуемый раствор 2%-й концентрации (выливайте растворы из кювет в те же пробирки, из которых наливали).

Переведите кюветодержатель в положение 1 и, если оптическая плотность нулю не равна, ручками ―грубо‖ и ―точно‖ установите ноль оптической плотности.

12.Переведите кюветодержатель в положение 2 и запишите затем значение оптической плотности данного раствора. Еще по 2 раза проверьте ноль оптической плотности растворителя и измерьте оптическую плотность исследуемого раствора.

13.Аналогично пунктам 11 и 12 измерьте оптическую плотность других растворов (4%, 6%, 8%, растворов неизвестной концентрации Х1% и Х2%).

14.После окончания всех измерений отключите прибор от сети сначала тумблером на задней панели прибора, затем выньте вилку из розетки. Осторожно извлеките кюветы из кюветодержателя, не разливая их содержимого. Вылейте их содержимое в сосуды, из которых наливали, и поместите кюветы

вотмывающий раствор.

15.Постройте калибровочный график зависимости средних значений оптической плотности D от их концентрации С (2%, 4%, 6%, 8%).

16.По графику определите концентрацию растворов Х1 и Х2 (в %) и оцените погрешность измерений.

Контрольные вопросы

1) Оптическая схема фотоэлектроколориметра.

105

2)Механизм поглощения света веществом.

3)Закон Бугера-Ламберта-Бера и физический смысл всех входящих в него величин.

4)Коэффициент поглощения и его физический смысл; от чего зависит коэффициент поглощения.

5)Коэффициент пропускания, оптическая плотность, связь между ними.

6)Рассеяние света, закон Релея, нефелометрия.

7)Примеры применения спектрального анализа (фотоколометрии) в медицине и фармации.

106

Лабораторная работа №18

Исследование оптического микроскопа

Студент должен знать: устройство и назначение отдельных частей микроскопа; чертить и объяснять ход лучей в микроскопе; увеличение микроскопа и от чего оно зависит; что понимают под разрешающей способностью микроскопа, пределами разрешения; способы увеличения разрешающей способности микроскопа; оценку разрешаемого расстояния, размеров микрообъектов; специальные приемы микроскопии.

Студент должен уметь: пользоваться микроскопом; определять коэффициенты увеличения окуляра, объектива, полное увеличение микроскопа; находить разрешающую способность и разрешающее расстояние микроскопа; определять размеры микрообъектов.

Краткая теория

Микроскоп представляет собой сложную центрированную оптическую систему, позволяющую увеличить угол зрения при рассмотрении мелких объектов.

Основными оптическими частями микроскопа являются объектив и окуляр. В первом приближении их можно рассматривать как две короткофокусные, тонкие линзы. Тогда упрощенно ход лучей в оптическом микроскопе может быть предоставлен на рис.1.

Рассматриваемый предмет АВ помещается перед объективом чуть дальше его переднего фокуса. Объектив дает действительное, увеличенное и обратное изображение А/ В/, которое рассматривается в окуляр, действующий как лупа.

Рассматривая различные приборы, вооружающие глаз, в том числе и микроскоп, следует помнить, что в каждом случае эти приборы и глаз образуют единую оптическую систему, существенным элементом которой являются глаза.

Вся эта система в целом дает изображение предмета на сетчатке глаза (А/// В/// в случае микроскопа) и кажущаяся величина предмета оценивается нами по величине этого изображения. Отношение длин изображения на сетчатке, в случае

107

рассматривания предмета в микроскоп и без него, называется

видимым увеличением микроскопа.

А//

Рис.1. Ход лучей в оптическом микроскопе

Согласно рис.2 оно равно отношению tg i , где i и –

соответственно углы зрения, под которыми предмет виден через микроскоп и без него. В большинстве случаев, вследствие малости углов i и , отношение их тангенсов примерно равно

увеличению микроскопа.

O – оптический центр глаза, ав – изображение предмета АВ на сетчатке в случае невооруженного глаза; – угол зрения невооруженного глаза; A/// B /// – изображение на сетчатке глаза при рассмотрении предмета АВ в микроскоп; 1 – угол зрения глаза, вооруженного микроскопом; D – расстояние наилучшего зрения.

Увеличение микроскопа численно равно произведению углового увеличения окуляра на линейное увеличение объектива:

К = Кок · К об.

108

Линейное увеличение объектива равно:

объектива.

Угловое увеличение окуляра:

Kок D , f2

где D – расстояние наилучшего зрения (25см для нормального глаза), f 2 – фокусное расстояние окуляра.

Окончательно, увеличение микроскопа:

K D . f1 f2

Из приведенной формулы следует, что соответствующим подбором линз можно получить весьма большое увеличение микроскопа.

Обычно же увеличение оптического микроскопа ограничивают значением 1000 – 2000. Такое ограничение обусловлено невозможностью различения мелких деталей при

109