Что такое спектрофотометр?
Спектрофотометр — это устройство, которое может подключаться к различным длинам волн, излучать спектральный свет на образец и исследовать длину волны и количество света, прошедшего через образец и отраженного от него. Спектрофотометры — это распространенные, универсальные аналитические приборы, используемые в различных областях, включая исследования и разработки, контроль качества и химический анализ.
Типичные приборы включают вакуумные ультрафиолетовые спектрофотометры (ВУФ), ультрафиолетово-видимые спектрофотометры (УФ-Вис) и инфракрасные спектрофотометры (ИК), каждый из которых способен получать различную информацию, используя свет в различных диапазонах длин волн.
Применение спектрофотометров
Спектрофотометры используются в дизайне, цвете, лакокрасочной промышленности и других отраслях, связанных с цветом
Спектрофотометры используются в различных отраслях промышленности, где важны измерения, связанные с цветом. Например, в автомобильной промышленности спектрофотометры используются для проверки качества кузовов автомобилей после нанесения покрытия, поскольку дизайн и цвет автомобилей имеют решающее значение.
В лакокрасочной промышленности спектрофотометры используются для оценки качества цвета красок, чтобы гарантировать достижение ими желаемого цвета.
Спектрофотометры также используются для контроля качества
Другие отрасли, такие как пищевая промышленность и дизайн, где внешний вид продукта имеет решающее значение, используют спектрофотометры для оценки цвета в рамках своих процессов контроля качества.
Принцип работы спектрофотометров
Спектрофотометры обнаруживают свет, прошедший или отраженный от образца, и генерируют соответствующий спектр. Анализ этих спектров дает различную информацию об образце, такую как количественный анализ на основе пиковых интенсивностей, качественный анализ на основе спектральных форм волн и оценки электронных состояний, молекулярных структур и свойств материалов.
Инструмент в основном состоит из источника света, секции спектроскопа, секции образца и детектора. Источник света излучает свет для анализа, причем дейтериевые разрядные трубки используются для ультрафиолетовой области, а вольфрамовые лампы для видимой и ближней инфракрасной областей являются двумя основными источниками света.
Спектроскоп выбирает определенные длины волн света от источника света и доступен в типах фильтра, призмы и дифракционной решетки.
Секция образца содержит ячейку, в которой находится образец для измерения, в основном сделанную из стекла или кварца.
Детектор преобразует свет, передаваемый от образца, в электрический сигнал.
Типы спектрофотометров
Спектрофотометры облучают образец светом для исследования длины волны и поглощения прошедшего и отраженного света. Доступно несколько типов приборов в зависимости от источника света. В этом разделе представлен обзор трех типов спектрофотометров: вакуумный УФ-спектрофотометр, УФ-видимый спектрофотометр и инфракрасный спектрофотометр.
1. Вакуумный ультрафиолетовый спектрофотометр (ВУФ)
Вакуумный ультрафиолетовый спектрофотометр использует свет в вакуумной ультрафиолетовой области (200 нм или меньше) в качестве источника света для исследования света, прошедшего через материал или отраженного от него. Поскольку свет в вакуумной ультрафиолетовой области поглощается молекулами кислорода и азота, измерения должны проводиться в вакууме. Этот тип спектрофотометра используется для оценки свойств материала.
2. УФ-видимый спектрофотометр (UV-Vis)
Этот прибор использует ультрафиолетовый свет (200-380 нм) и видимый свет (380-780 нм) в качестве источников света для исследования света, прошедшего через материал и отраженного от него. Он позволяет проводить качественный и количественный анализ компонентов образца.
3. Инфракрасный спектрофотометр (ИК)
Существуют два типа ИК-спектрофотометров: ближний инфракрасный (780-2500 нм) и средний инфракрасный (2500-25000 нм). Эти спектрофотометры могут оценивать молекулярные связи и функциональные группы, а также выполнять количественный анализ компонентов образца.
Специальные спектрофотометры включают спектрометр Рамана, который обнаруживает рассеянный от образца свет Рамана для идентификации молекулярных структур и оценки свойств материала, и инфракрасный спектрофотометр с преобразованием Фурье (FTIS), который использует интерферометр для одновременного обнаружения недисперсионного света на всех длинах волн и выполнения преобразования Фурье для расчета компонентов на каждой длине волны. Также доступна инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FT-IR).
Другая информация о спектрофотометрах
1. Однолучевые и двухлучевые
Оптика спектрофотометров сильно различается в зависимости от их назначения. В качестве примера мы рассмотрим однолучевые и двухлучевые системы.
Однолучевая (монохроматическая) оптика относится к оптической системе, в которой монохроматический свет (свет одной длины волны), спектрально освещенный монохроматором, направляется на образец, а отраженный или прошедший свет обнаруживается детектором. Хотя однолучевые системы имеют простую оптическую конфигурацию и относительно экономичны, они могут не подходить для высокоточных измерений из-за больших погрешностей измерений.
Двухлучевой метод устраняет эти недостатки. В двухлучевом методе спектры света от монохроматора делятся на свет образца и опорный свет с помощью полузеркала или аналогичного компонента. Свет образца освещает образец, а отраженный или прошедший свет обнаруживается детектором, аналогично однолучевому методу.
Поскольку и опорный свет, и свет образца содержат ошибки, приписываемые прибору, сигнал от опорного света обрабатывается вместе с сигналом от света образца, чтобы отменить эти эффекты.
2. Разница между спектрофотометром и колориметром
Колориметры используются для различных целей, но здесь мы рассмотрим два типичных типа: колориметры (измерители разницы цвета) и спектрофотометры.
- Колориметр (измеритель разницы цвета)
Колориметр основан на методе прямого считывания значений стимула. Когда человеческий глаз воспринимает цвета, он получает стимулы от датчиков (колбочек) в сетчатке и считывает три значения стимула: красный (X), зеленый (Y) и синий (Z). Колориметры напрямую измеряют эти три значения стимула, используя физические фильтры с характеристиками отклика, эквивалентными характеристикам угла зрения человека. Они широко используются в производстве и изготовлении для оценки цветовых различий от фактического продукта (цветового образца). - Спектрофотометр
Спектрофотометр, также известный как колориметр, представляет собой колориметр, работающий на основе спектрофотометрического метода, и является типом фотометра, который измеряет интенсивность света. Отражаемый от объекта свет разбивается на спектр для каждой длины волны спектральным датчиком и измеряется. Трехцветные значения рассчитываются на основе этой спектральной характеристики. Определяя спектральные характеристики (спектральные значения) как эталонные значения цвета, можно выполнять высокоточное управление цветом с помощью цифровых значений даже без реальных образцов. Из-за проблем с управлением реальными образцами (цветовыми образцами), такими как изменение и ухудшение с течением времени, управление цветом с использованием спектрофотометра в качестве эталонного цвета (цифрового значения) стало основным методом.
3. Руководство по ежедневному обслуживанию спектрофотометров
Одной из проблем, которая может нарушить работу измерительных приборов, является обслуживание и обеспечение их точности. Спектрофотометры не являются исключением. Необходимо проводить ежедневные проверки, поскольку после возникновения неисправности уже слишком поздно принимать контрмеры.
Вот некоторые важные показатели для спектрофотометров, которые следует проверять ежедневно, чтобы обнаружить отклонения на ранней стадии:
- Точность длины волны: Это относится к ошибке между длиной волны, обнаруженной устройством, и длиной волны источника света.
- Повторяемость длины волны: Повторяемость длины волны измеряет изменение длины волны, когда одна и та же длина волны измеряется повторно.
- Разрешение: Разрешение оценивает полосу пропускания при измерении монохроматического света и обычно управляется полной шириной на половине максимума (FWHM).
- Рассеянный свет: Рассеянный свет относится к свету, отличному от целевой длины волны, полученному от устройства.