تحديد الكثافة البصرية والتركيز. تخصيص الكثافة البصرية

أي جسيم ، سواء كان جزيءًا ، أو ذرة ، أو أيونًا ، نتيجة امتصاص كمية خفيفة ، يمر إلى المزيد. مستوى عالحالة الطاقة. في أغلب الأحيان ، يحدث الانتقال من الحالة الأساسية إلى الحالة المثارة. يؤدي هذا إلى ظهور نطاقات امتصاص معينة في الأطياف.

يؤدي امتصاص الإشعاع إلى حقيقة أنه عندما يتم تمريره عبر مادة ما ، فإن شدة هذا الإشعاع تتناقص مع زيادة عدد جسيمات المادة التي لها كثافة بصرية معينة. تم اقتراح طريقة البحث هذه من قبل V.M Severgin في عام 1795.

هذه الطريقة هي الأنسب للتفاعلات حيث يكون التحليل قادرًا على التحول إلى مركب ملون ، مما يتسبب في تغيير لون محلول الاختبار. من خلال قياس امتصاص الضوء أو مقارنة اللون بمحلول بتركيز معروف ، من السهل العثور على النسبة المئوية للمادة في المحلول.

القانون الأساسي لامتصاص الضوء

يتكون جوهر التحديد الضوئي من عمليتين:

• نقل المادة المراد تحديدها إلى مركب يمتص الاهتزازات الكهرومغناطيسية ؛
• قياس شدة امتصاص هذه الاهتزازات نفسها بمحلول المادة قيد الدراسة.

التغييرات في شدة تدفق الضوء الذي يمر عبر مادة امتصاص الضوء ستحدث أيضًا بسبب فقد الضوء بسبب الانعكاس والتشتت. لجعل النتيجة موثوقة ، يتم إجراء دراسات متوازية لقياس المعلمات بنفس سماكة الطبقة ، في كوات متطابقة ، مع نفس المذيب. لذا فإن انخفاض شدة الضوء يعتمد بشكل أساسي على تركيز المحلول.

يتميز الانخفاض في شدة الضوء الذي يمر عبر المحلول (يُطلق عليه أيضًا انتقاله) T:

T \ u003d I / I 0 ، حيث:

• أنا هي شدة الضوء الذي يمر عبر المادة ؛
• I 0 هي شدة شعاع الضوء الساقط.

وبالتالي ، يوضح الإرسال نسبة تدفق الضوء غير الممتص الذي يمر عبر المحلول قيد الدراسة. الخوارزمية العكسيةتسمى قيم الإرسال الكثافة الضوئية للحل (D): D \ u003d (-lgT) \ u003d (-lg) * (I / I 0) \ u003d log * (I 0 / I).

توضح هذه المعادلة المعلمات التي تعتبر المعلمات الرئيسية للدراسة. وهي تشمل الطول الموجي للضوء ، وسمك الكوفيت ، وتركيز المحلول ، والكثافة البصرية.

قانون بوغر لامبرت بير

إنه تعبير رياضي يعكس اعتماد الانخفاض في شدة تدفق الضوء أحادي اللون على تركيز مادة ممتصة للضوء وسماكة الطبقة السائلة التي يتم تمريرها من خلالها:

أنا \ u003d أنا 0 * 10-C ι ، حيث:

• ε هو معامل امتصاص الضوء ؛
• C هو تركيز المادة ، مول / لتر ؛
• ι هي سماكة طبقة المحلول الذي تم تحليله ، انظر

بعد التحويل ، يمكن كتابة هذه الصيغة: I / I 0 \ u003d 10 -ε · С · ι.

جوهر القانون كما يلي: تمتص المحاليل المختلفة لنفس المركب بتركيز متساوٍ وسمك الطبقة في الخلية نفس الجزء من الضوء الساقط عليها.

بأخذ لوغاريتم المعادلة الأخيرة ، يمكننا الحصول على الصيغة: D = ε * C * ι.

من الواضح أن الكثافة الضوئية تعتمد بشكل مباشر على تركيز المحلول وسمك طبقته. يصبح المعنى المادي لمعامل الامتصاص المولي واضحًا. إنها تساوي D لمحلول واحد ولسمك طبقة 1 سم.

قيود على تطبيق القانون

يتضمن هذا القسم العناصر التالية:

1. إنه صالح فقط للضوء أحادي اللون.
2. المعامل ε مرتبط بمؤشر الانكسار للوسيط ؛ يمكن ملاحظة الانحرافات القوية بشكل خاص عن القانون في تحليل الحلول شديدة التركيز.
3. يجب أن تكون درجة الحرارة عند قياس الكثافة الضوئية ثابتة (في غضون بضع درجات).
4. يجب أن يكون شعاع الضوء متوازيًا.
5. يجب أن يكون الرقم الهيدروجيني للوسط ثابتًا.
6. ينطبق القانون على المواد التي تكون مراكز امتصاص الضوء لها جزيئات من نفس النوع.

طرق تحديد التركيز

يجدر النظر في طريقة منحنى المعايرة. لإنشائه ، قم بإعداد سلسلة من الحلول (5-10) بتركيزات مختلفة من مادة الاختبار وقياس كثافتها البصرية. وفقًا للقيم التي تم الحصول عليها ، يتم رسم مخطط D مقابل التركيز. الرسم البياني عبارة عن خط مستقيم من نقطة الأصل. يسمح لك بتحديد تركيز المادة بسهولة بناءً على نتائج القياسات.

هناك أيضًا طريقة مضافة. يتم استخدامه بشكل متكرر أقل من السابق ، ولكنه يسمح لك بتحليل حلول التكوين المعقد ، لأنه يأخذ في الاعتبار تأثير المكونات الإضافية. جوهرها هو تحديد الكثافة الضوئية للوسط D x الذي يحتوي على المادة التحليلية ذات التركيز غير المعروف C x ، مع التحليل المتكرر لنفس المحلول ، ولكن مع إضافة كمية معينة من مكون الاختبار (C st). تم العثور على قيمة C x باستخدام العمليات الحسابية أو الرسوم البيانية.

شروط البحث

لكي تعطي الدراسات الضوئية نتيجة موثوقة ، يجب استيفاء عدة شروط:

• يجب إكمال التفاعل بسرعة وبشكل كامل ، بشكل انتقائي وقابل للتكرار ؛
• يجب أن يكون لون المادة الناتجة مستقرًا بمرور الوقت ولا يتغير تحت تأثير الضوء ؛
• يتم أخذ مادة الاختبار بكمية كافية لتحويلها إلى شكل تحليلي ؛
• يتم إجراء قياسات الكثافة الضوئية في نطاق الطول الموجي حيث يكون الاختلاف في امتصاص الكواشف الأولية والمحلول الذي تم تحليله أكبر ؛
• يعتبر امتصاص الضوء للمحلول المرجعي هو الصفر البصري.

قياس الألوان

من الطرق البصريةالتحليل في ممارسة المختبرات التحليلية ، تُستخدم طرق قياس الألوان على نطاق واسع (من خطوط الطول. اللون- اللون واليوناني. μετρεω - أنا أقيس). تعتمد طرق القياس اللوني على قياس شدة تدفق الضوء الذي يمر عبر محلول ملون.

تستخدم طريقة القياس اللوني تفاعلات كيميائيةمصحوبًا بتغيير في لون المحلول الذي تم تحليله. عن طريق قياس امتصاص الضوء لمثل هذا المحلول الملون ، أو بمقارنة اللون الذي تم الحصول عليه مع لون محلول بتركيز معروف ، يتم تحديد محتوى المادة الملونة في محلول الاختبار.

هناك علاقة بين كثافة لون المحلول ومحتوى المادة الملونة في هذا المحلول. يتم التعبير عن هذا الاعتماد ، المسمى القانون الأساسي لامتصاص الضوء (أو قانون Bouguer-Lambert-Beer) ، بالمعادلة:

أنا = أنا 0 10 - ε ص ل

حيث أنا هي شدة الضوء الذي يمر عبر المحلول ؛ أنا 0 - شدة الضوء الساقط على المحلول ؛ ε هو معامل امتصاص الضوء ، قيمة ثابتة لكل مادة ملونة ، حسب طبيعتها ؛ C هو التركيز المولي للمادة الملونة في المحلول ؛ l هو سمك طبقة المحلول الممتصة للضوء ، انظر

المعنى المادييمكن التعبير عن هذا القانون على النحو التالي. تمتص محاليل نفس المادة الملونة بنفس تركيز هذه المادة وسمك طبقة المحلول كمية متساوية من الطاقة الضوئية ، أي أن امتصاص الضوء لمثل هذه المحاليل هو نفسه.

بالنسبة للمحلول الملون المحاط بكوفيت زجاجي بجدران متوازية ، يمكن القول أنه مع زيادة تركيز وسمك طبقة المحلول ، يزداد لونها ، وتنخفض شدة الضوء الذي أرسلته عبر محلول الامتصاص مقارنةً بكثافة ضوء الحادث أنا 0.

شكل 1 مرور الضوء عبر كفيت بمحلول اختبار.

الكثافة الضوئية للمحلول.

إذا أخذنا لوغاريتم معادلة القانون الأساسي لامتصاص الضوء وعكسنا الإشارات ، تصبح المعادلة:

القيمة جدا خاصية مهمةمحلول ملون يطلق عليه الكثافة الضوئية للمحلول ويشار إليه بالحرف A:

أ = ε Cl

ويترتب على هذه المعادلة أن الكثافة الضوئية للمحلول تتناسب طرديًا مع تركيز المادة الملونة وسمك طبقة المحلول.

بمعنى آخر ، مع نفس سماكة الطبقة لمحلول مادة معينة ، ستكون الكثافة البصرية لهذا المحلول أكبر ، وكلما زاد احتوائه على مادة ملونة. أو ، على العكس من ذلك ، عند نفس تركيز مادة ملونة معينة ، تعتمد الكثافة الضوئية للمحلول فقط على سمك طبقته. من هذا ، يمكن استخلاص الاستنتاج التالي: إذا كان هناك حلان من نفس المادة الملونة لهما تركيزات مختلفة ، فسيتم تحقيق نفس كثافة الألوان لهذه المحاليل مع سماكة طبقاتها تتناسب عكسياً مع تركيزات المحاليل. هذا الاستنتاج مهم للغاية ، حيث تعتمد عليه بعض طرق التحليل اللوني.

وبالتالي ، من أجل تحديد تركيز (C) لمحلول ملون ، من الضروري قياس كثافته البصرية (A). لقياس الكثافة الضوئية ، يجب قياس شدة التدفق الضوئي.

يمكن قياس كثافة لون المحاليل أساليب مختلفة. هناك طرق ذاتية (أو بصرية) لقياس الألوان والموضوعية (أو القياس الضوئي).

الطرق المرئية هي تلك الطرق التي يتم فيها تقييم كثافة اللون لمحلول الاختبار بالعين المجردة.

باستخدام الطرق الموضوعية لتحديد اللونية ، يتم استخدام الخلايا الضوئية بدلاً من الملاحظة المباشرة لقياس كثافة اللون لمحلول الاختبار. يتم التحديد في هذه الحالة في أجهزة خاصة - مقاييس ضوئية ، والتي من خلالها سميت الطريقة بالقياس الضوئي.

الطرق المرئية

تشمل الطرق المرئية:

1) طريقة السلسلة القياسية ؛

2) طريقة الازدواجية (معايرة لونية) ؛

3) طريقة التعديل.

طريقة السلسلة القياسية.عند إجراء تحليل بطريقة السلسلة القياسية ، تتم مقارنة كثافة اللون للمحلول الملون الذي تم تحليله بألوان سلسلة من الحلول القياسية المعدة خصيصًا (بنفس سماكة الطبقة الماصة).

عادةً ما يكون للمحاليل في قياس الألوان لون مكثف ، لذلك من الممكن تحديد تركيزات أو كميات صغيرة جدًا من المواد. ومع ذلك ، قد يكون هذا مصحوبًا ببعض الصعوبات: بهذه الطريقة ، يمكن أن تكون العينات لإعداد سلسلة من الحلول القياسية صغيرة جدًا. للتغلب على هذه الصعوبات ، يتم تحضير المحلول القياسي A بتركيز عالٍ بدرجة كافية ، على سبيل المثال 1 مجم / مل. بعد ذلك ، عن طريق التخفيف من المحلول A ، يتم تحضير محلول قياسي B بتركيز أقل بكثير ، ومن هذا ، يتم تحضير سلسلة من الحلول القياسية.

للقيام بذلك ، فإن الكميات المطلوبة من حلول الكاشف بتنسيق التسلسل المطلوب. يُنصح بإضافة أجزاء من المحاليل التحليلية من السحاحة ، لأن ستكون أحجامها مختلفة لتوفير تركيزات مختلفة في سلسلة من الحلول القياسية. في هذه الحالة ، يجب أن يحتوي الحل الأولي على جميع المكونات ، باستثناء المادة التحليلية. (حل صفر). تضاف حلول الكواشف اللازمة إلى محلول الاختبار. يتم إحضار جميع الحلول إلى حجم ثابت ، ثم تتم مقارنة كثافة اللون لمحلول الاختبار بصريًا مع حلول سلسلة من الحلول القياسية. من الممكن مطابقة كثافة اللون مع أي حل من حلول السلسلة. ثم يعتبر أن مائة محلول اختبار له نفس التركيز أو يحتوي على نفس الكمية من التحليل. إذا بدت شدة اللون متوسطة بين الحلول المتجاورة للسلسلة ، فإن تركيز أو محتوى التحليل يعتبر المتوسط ​​الحسابي بين حلول السلسلة.

المعايرة اللونية (طريقة الازدواجية). تعتمد هذه الطريقة على مقارنة لون المحلول الذي تم تحليله بلون محلول آخر. - مراقبة. لتحضير محلول تحكم ، قم بإعداد محلول يحتوي على جميع مكونات محلول الاختبار ، باستثناء المادة التحليلية ، وجميع الكواشف المستخدمة في تحضير العينة ، وأضف المحلول القياسي للتحليل من السحاحة إليه. عند إضافة قدر كبير من هذا المحلول بحيث تتساوى كثافة ألوان المحاليل التي تم تحليلها والتحكم فيها ، يُعتبر أن المحلول الذي تم تحليله يحتوي على نفس كمية المادة التحليلية التي تم إدخالها في محلول التحكم.

طريقة المعادلة.تعتمد هذه الطريقة على معادلة ألوان المحلول الذي تم تحليله والحل بتركيز معروف من المادة التحليلية - وهو حل قياسي. هناك خياران لإجراء تحديد لوني بهذه الطريقة.

وفقًا للخيار الأول ، يتم معادلة ألوان حلين بتركيزات مختلفة من المادة الملونة عن طريق تغيير سمك طبقات هذه المحاليل بنفس قوة تدفق الضوء الذي يمر عبر المحاليل. في هذه الحالة ، على الرغم من الاختلاف في تركيزات المحاليل التي تم تحليلها والقياسية ، فإن شدة تدفق الضوء الذي يمر عبر كلا الطبقتين من هذه الحلول ستكون هي نفسها. سيتم التعبير عن النسبة بين سماكة الطبقات وتركيزات المادة الملونة في المحاليل في وقت معادلة الألوان بالمعادلة:

ل 1= C2

حيث l 1 هي سماكة طبقة المحلول بتركيز المادة الملونة C 1 ، و l 2 هي سماكة طبقة المحلول بتركيز المادة الملونة C 2.

في لحظة تساوي الألوان ، تتناسب نسبة سماكة طبقات الحلين المقارنين عكسياً مع نسبة تركيزاتها.

استنادًا إلى المعادلة أعلاه ، من خلال قياس سمك طبقات حلين متطابقين اللون ومعرفة تركيز أحد هذه الحلول ، يمكن للمرء بسهولة حساب التركيز المجهول للمادة الملونة في المحلول الآخر.

لقياس سماكة الطبقة التي يمر من خلالها تدفق الضوء ، يمكن استخدام الأسطوانات الزجاجية أو أنابيب الاختبار ، وأكثر من ذلك تعريفات دقيقةأجهزة خاصة - مقاييس الألوان.

وفقًا للخيار الثاني ، لموازنة ألوان محلولين بتركيزات مختلفة من المادة الملونة ، قم بالمرور عبر طبقات من المحاليل بنفس السماكة تيارات الضوءشدة متفاوتة.

في هذه الحالة ، يكون لكلا الحلين نفس اللون عندما تكون نسبة لوغاريتمات شدة تدفقات الضوء الساقط مساوية لنسبة التركيزات.

في لحظة تحقيق اللون نفسه للحلين المقارنين ، وبسمك متساوٍ لطبقاتهما ، تتناسب تركيزات الحلول طرديًا مع لوغاريتمات شدة الضوء الساقط عليها.

وفقًا للخيار الثاني ، لا يمكن إجراء التحديد إلا باستخدام مقياس الألوان.

الكثافة البصرية

د، مقياس عتامة طبقة من المادة لأشعة الضوء. يساوي اللوغاريتم الأساسي 10 لنسبة التدفق الإشعاعي (انظر التدفق الإشعاعي) F 0 سقوط على الطبقة لتيار ضعيف نتيجة الامتصاص والتشتت Fيمر عبر هذه الطبقة: د= lg ( F 0 /F) ، بخلاف ذلك ، O. p. هو لوغاريتم مقلوب معامل النقل لطبقة المادة: د= lg (1 / τ). (يتم استبدال اللوغاريتم العشري lg باللوغاريتم الطبيعي لوغاريتم اللوغاريتم lg ، والذي يستخدم أحيانًا.) تم تقديم مفهوم الحد الطبيعي بواسطة R.Bunsen ؛ يتم استخدامه لتوصيف توهين الإشعاع الضوئي (الضوء) في طبقات وأغشية من مواد مختلفة (صبغات ، محاليل ، زجاج ملون وحليبي ، وغيرها الكثير) ، في مرشحات الضوء وغيرها من المنتجات البصرية. يستخدم قياس الكثافة على نطاق واسع بشكل خاص للتقييم الكمي لطبقات التصوير المطورة في كل من التصوير بالأبيض والأسود والتصوير الملون ، حيث تشكل طرق قياسه محتوى تخصص منفصل ، قياس الكثافة. هناك عدة أنواع من الإشعاع الضوئي ، اعتمادًا على طبيعة الإشعاع الساقط وطريقة قياس التدفقات المرسلة للإشعاع ( أرز. ).

يعتمد O.P. على مجموعة الترددات ν (أطوال موجية λ) التي تميز التدفق الأولي ؛ تسمى قيمتها للحالة المحددة لواحد ν أحادي اللون المرجع. أرز. ، أ) أحادي اللون O. p. لطبقة من وسط غير مشتت (دون مراعاة تصحيحات الانعكاس من الحدود الأمامية والخلفية للطبقة) هي 0.4343 ك ν ل، أين ك ν - مؤشر الامتصاص الطبيعي للبيئة ، ل- سماكة الطبقة ( ك ν ل= κ cl- مؤشر في معادلة بوغير - لامبرت - قانون البيرة أ ؛ إذا كان التشتت في الوسط لا يمكن إهماله ، كν بمؤشر الضعف الطبيعي). بالنسبة لمزيج من المواد غير المتفاعلة أو مجموعة من الوسائط مرتبة واحدة تلو الأخرى ، يكون OD من هذا النوع مضافًا ، أي أنه يساوي مجموع نفس OD للمواد الفردية أو الوسائط الفردية ، على التوالي. وينطبق الشيء نفسه على الإشعاع الضوئي العادي غير أحادي اللون (إشعاع ذو تكوين طيفي معقد) في حالة الوسائط ذات الامتصاص غير الانتقائي (بغض النظر عن ν). منتظم غير أحادي اللون مقابل مجموعة من الوسائط ذات الامتصاص الانتقائي أقل من مجموع نظير هذه الوسائط. (لأجهزة قياس O. p. ، راجع المقالات مقياس الكثافة ، مقياس الضوء الدقيق ، التصوير الجوي الطيفي ، مقياس الطيف ، مقياس الطيف الضوئي ، مقياس الضوء.)

أشعل.:غوروهوفسكي يو. N. ، Levenberg T.M ، قياس الحساسية العامة. النظرية والتطبيق ، M. ، 1963 ؛ جيمس ت ، هيجينز جيه ، أساسيات نظرية عملية التصوير ، ترجمة. من الإنجليزية ، م ، 1954.

إل إن كابورسكي.

أنواع الكثافة الضوئية للطبقة المتوسطة اعتمادًا على هندسة الحادث وطريقة قياس تدفق الإشعاع المرسل (في نظام قياس الحساسية المعتمد في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية): التي احتفظت بالاتجاه الأصلي ؛ ب) لتحديد الكثافة الضوئية المتكاملة D ε ، يتم توجيه التدفق المتوازي بشكل عمودي على الطبقة ، ويتم قياس التدفق الماضي بأكمله ؛ ج) و د) طريقتان للقياس تستخدمان لتحديد نوعين من الكثافة البصرية المنتشرة D ≠ (التدفق الساقط - مبعثر بشكل مثالي). يعمل الفرق D II - D ε كمقياس لتشتت الضوء في الطبقة المقاسة.

الموسوعة السوفيتية العظمى. - م: الموسوعة السوفيتية. 1969-1978 .

يعد ضمان كثافة بصرية كافية (تعبئة) للأحرف والصور على الصفحة عاملاً مهمًا في التقييم الذاتي لجودة الطباعة. يمكن أن تؤدي المخالفات في عملية التصوير الكهربائي إلى اختلافات داكنة (تملأ) غير مرغوب فيها في الصورة. قد تكون هذه الانحرافات ضمن الحدود المقبولة أو خارجها. يتم تعيين قيمة هذه الانحرافات المسموح بها تحديدللمواد الاستهلاكية لجهاز معين وقد تختلف اختلافًا كبيرًا باختلاف الأجهزة. تقييم موضوعيكثافة التعبئة تميز عدم تجانس العملية ويتم تعريفها على أنها الحد والانحراف المعياري لمعامل الانعكاس للحرف المطبوع عبر الصفحة.

يستخدم مصطلح الكثافة الضوئية لوصف مقياس انتقال الضوء - للأشياء الشفافة والانعكاس - للتعتيم. يتم تحديده كميا على أنه اللوغاريتم العشري لمقلوب النفاذية (الانعكاس). في التصوير الكهربائي ، يستخدم هذا المصطلح لتقييم جودة عناصر الصورة على النسخ التي تم الحصول عليها في ظل ظروف تطوير معينة (باستخدام نوع معين من الحبر ، وتقدير قيمة التباين للصورة الكهروستاتيكية الكامنة ، وجودة النسخ باستخدام طريقة تطوير معينة ، وما إلى ذلك) . في صناعة الطباعة ، تُستخدم هذه الخاصية لتقييم نشر النسخ الأصلية والصور الوسيطة والمطبوعات.

يشار إلى الكثافة الضوئية OD (الكثافة الضوئية) أو ببساطة D. تتوافق القيمة الدنيا للكثافة الضوئية D = 0 مع لون أبيض. كلما زاد الضوء الذي يمتصه الوسيط ، كلما كان أغمق ، على سبيل المثال ، يكون للأسود كثافة بصرية أعلى من اللون الرمادي.

يرتبط الانعكاس بالكثافة الضوئية وكثافة التباين على النحو التالي:

D = lg (1 / R pr) و D c = R pr / R pt

حيث D هي الكثافة البصرية للصورة ؛

R pt - معامل الانعكاس عند نقطة القياس ؛

د ج - كثافة التباين ؛

R pr - انعكاس الورق.

تختلف قيم الكثافة البصرية للصورة على النسخ باللون الأسود في التصوير الكهربائي للأجهزة المختلفة (كما هو مذكور أعلاه) اختلافًا كبيرًا. بشكل عام ، وفقًا لمواصفات مصنعي مسحوق الحبر لـ طابعات ليزرتقع هذه القيم (الحد الأدنى المسموح به في الحالة الطبيعية للمعدات) في النطاق من 1.3D إلى 1.45D. بالنسبة لأحبار الجودة ، تأخذ الكثافة الضوئية قيمًا تتراوح من 1.45 دي إلى 1.5 دي ولا تتجاوز 1.6 دي. في المواصفات ، من المعتاد وضع حدود للحد الأدنى المسموح به مع انحراف معياري في الكثافة الضوئية يبلغ 0.01.

تُقاس قيمة الكثافة الضوئية بجهاز خاص - مقياس كثافة ، يعتمد مبدأ تشغيله على قياس التدفق المنعكس من البصمة وتحويل هذا المؤشر إلى وحدات كثافة بصرية.

في التصوير الكهربائي ، تُستخدم الكثافة الضوئية للصور لتوصيف المطور (الحبر) من أجل تحديد القيم المطلوبة للكثافة الضوئية لخطوط عرض معين في ظل ظروف معينة لتطوير أو تمييز صورة فوتوغرافية كهربية على النسخ في وضع التشغيل الاسمي للمعدات

مفهوم الكثافة البصرية(الكثافة الضوئية) تشير في المقام الأول إلى الأصل الذي يتم مسحه ضوئيًا. تحدد هذه المعلمة قدرة الأصل على امتصاص الضوء ؛ تم تعيينه على أنه D أو OD. تُحسب الكثافة الضوئية على أنها لوغاريتم نسبة شدة الحادث وتنعكس (في حالة النسخ الأصلية غير الشفافة) أو تنتقل (في حالة النسخ الأصلية الشفافة) شدة الضوء. يتوافق الحد الأدنى للكثافة الضوئية (D min) مع المنطقة الأفتح (الشفافة) في الأصل ، بينما تتوافق أقصى كثافة (D max) مع المنطقة الأغمق (الأقل شفافية). يتراوح نطاق قيم الكثافة البصرية الممكنة بين 0 (أبيض تمامًا أو أصلي شفاف تمامًا) و 4 (أسود أو أصلي معتم تمامًا). يوضح الجدول التالي قيم الكثافة البصرية النموذجية لبعض أنواع النسخ الأصلية: يتم تحديد النطاق الديناميكي للماسح الضوئي من خلال القيم القصوى والدنيا للكثافة الضوئية ويميز قدرتها على العمل أنواع مختلفةأصول. النطاق الديناميكي للماسح الضوئي مرتبط بعمق البت (عمق بت اللون): كلما زاد عمق البت ، زاد النطاق الديناميكي والعكس صحيح. للعديد من الماسحات الضوئية المسطحة ، بشكل أساسي لـ عمل مكتبي، لم يتم تحديد هذه المعلمة. في مثل هذه الحالات ، تعتبر قيمة الكثافة الضوئية 2.5 تقريبًا (القيمة النموذجية للماسحات الضوئية المكتبية ذات 24 بت). بالنسبة لماسح ضوئي 30 بت ، فإن هذه المعلمة تساوي 2.6-3.0 ، ولماسح ضوئي 36 بت - من 3.0 وما فوق. مع زيادة النطاق الديناميكي ، يقوم الماسح الضوئي بإعادة إنتاج تدرج السطوع بشكل أفضل في المناطق الساطعة جدًا والمظلمة جدًا من الصورة. على العكس من ذلك ، إذا كان النطاق الديناميكي غير كافٍ ، فستفقد تفاصيل الصورة ونعومة انتقالات الألوان في المناطق المظلمة والفاتحة.

الإذن

قرار أو دقة الماسح الضوئي- معلمة تميز الدقة القصوى أو درجة التفاصيل في تمثيل الأصل في شكل رقمي. الدقة تقاس بـ بكسل في البوصة(بكسل لكل بوصة ، نقطة في البوصة). في كثير من الأحيان ، يُشار إلى الدقة بالنقاط في البوصة (dpi) ، ولكن هذه الوحدة تقليدية لأجهزة الإخراج (الطابعات). عند الحديث عن الدقة ، سنستخدم ppi. التمييز بين الأجهزة (البصرية) ودقة الاستيفاء للماسحة الضوئية.

دقة الأجهزة (البصرية)

ترتبط دقة الأجهزة (البصرية) (دقة الأجهزة / الدقة البصرية) ارتباطًا مباشرًا بكثافة وضع العناصر الحساسة للضوء في مصفوفة الماسح الضوئي. هذه هي المعلمة الرئيسية للماسح (بتعبير أدق ، نظامه الإلكتروني البصري). عادةً ما يتم تحديد الدقة الأفقية والعمودية ، على سبيل المثال ، 300 × 600 نقطة في البوصة. يجب أن تركز على قيمة أصغر ، أي على الدقة الأفقية. الدقة الرأسية ، التي عادة ما تكون ضعف الدقة الأفقية ، يتم الحصول عليها في النهاية عن طريق الاستيفاء (معالجة نتائج المسح المباشر) ولا ترتبط مباشرة بكثافة عناصر الاستشعار (وهذا ما يسمى قرار بخطوة مزدوجة). لزيادة دقة الماسح الضوئي ، تحتاج إلى تقليل حجم العنصر الحساس للضوء. ولكن مع انخفاض الحجم ، تُفقد حساسية العنصر للضوء ، ونتيجة لذلك ، تتدهور نسبة الإشارة إلى الضوضاء. وبالتالي ، فإن زيادة الدقة هي مشكلة فنية غير تافهة.

قرار الاستيفاء

الدقة المُقحمة - دقة الصورة التي تم الحصول عليها نتيجة معالجة (الاستيفاء) للأصل الممسوح ضوئيًا. عادةً لا يؤدي رفع مستوى الدقة الاصطناعي هذا إلى تحسين جودة الصورة. تخيل أن وحدات البكسل التي تم مسحها ضوئيًا بالفعل قد تم تحريكها عن بعضها ، وإدراج وحدات البكسل "المحسوبة" في الفجوات الناتجة ، بشكل مشابه إلى حد ما لجيرانها. تعتمد نتيجة هذا الاستيفاء على الخوارزمية الخاصة به ، ولكن ليس على الماسح الضوئي. ومع ذلك ، يمكن إجراء هذه العملية باستخدام محرر رسومات ، مثل Photoshop ، وحتى أفضل من محرر الرسومات الخاص بك. البرمجياتالماسح الضوئي. دقة الاستيفاء ، كقاعدة عامة ، أكبر بعدة مرات من الأجهزة ، ولكن من الناحية العملية هذا لا يعني شيئًا ، على الرغم من أنه يمكن أن يضلل المشتري. المعلمة المهمة هي على وجه التحديد دقة الأجهزة (البصرية).

يشير جواز السفر الفني للماسح الضوئي أحيانًا إلى الدقة. في هذه الحالة ، نعني دقة الأجهزة (البصرية). في كثير من الأحيان ، تتم الإشارة إلى كل من دقة الأجهزة والاستيفاء ، على سبيل المثال ، 600 × 1200 (9600) نقطة في البوصة. هنا 600 هو قرار الأجهزة و 9600 هو واحد الاستيفاء.

رؤية الخط

قابلية اكتشاف الخط - الحد الأقصى للمبلغخطوط متوازية في البوصة ، يتم إنتاجها بواسطة الماسح على شكل خطوط منفصلة (بدون الالتصاق). تحدد هذه المعلمة مدى ملاءمة الماسح الضوئي للعمل مع الرسومات والصور الأخرى التي تحتوي على العديد من التفاصيل الصغيرة. يتم قياس قيمته في خطوط في البوصة (خطوط في البوصة ، Ipi).

ما هي دقة الماسح الضوئي التي يجب علي اختيارها؟

غالبًا ما يتم طرح هذا السؤال عند اختيار ماسح ضوئي ، نظرًا لأن الدقة هي أحد أهم معلمات الماسح الضوئي ، والتي تعتمد عليها إمكانية الحصول على نتائج مسح عالية الجودة بشكل كبير. ومع ذلك ، هذا لا يعني على الإطلاق أنه يجب على المرء أن يسعى للحصول على أعلى دقة ممكنة ، خاصةً أنه مكلف.

عند تطوير متطلبات دقة الماسح الضوئي ، من المهم فهم النهج العام. الماسح الضوئي هو جهاز يحول المعلومات الضوئية حول الأصل إلى شكل رقمي ، وبالتالي يقوم بأخذ العينات. في هذه المرحلة من النظر ، يبدو أنه كلما كانت حرية التصرف أدق (كلما زادت الدقة) ، انخفض فقدان المعلومات الأصلية. ومع ذلك ، تهدف نتائج المسح الضوئي إلى عرضها باستخدام بعض أجهزة الإخراج مثل الشاشة أو الطابعة. هذه الأجهزة لها الدقة الخاصة بها. أخيرًا ، تتمتع العين البشرية بالقدرة على تنعيم الصور. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي النسخ الأصلية المطبوعة التي تم الحصول عليها عن طريق الطباعة أو عن طريق الطابعة أيضًا على هيكل منفصل (شاشة مطبوعة) ، على الرغم من أن هذا قد لا يكون ملحوظًا بالعين المجردة. هذه النسخ الأصلية لها القرار الخاص بها.
لذلك ، هناك نسخة أصلية بدقة خاصة بها ، وماسحة ضوئية بدقة خاصة بها ، ونتيجة مسح ضوئي ، يجب أن تكون جودتها عالية قدر الإمكان. تعتمد جودة الصورة الناتجة على الدقة المحددة للماسح الضوئي ، ولكن تصل إلى حد معين. إذا قمت بتعيين دقة الماسح الضوئي لتكون أكبر من الدقة الأصلية للأصل ، فلن تتحسن جودة نتيجة المسح بشكل عام. هذا لا يعني أن المسح بدقة أعلى من الأصلي لا فائدة منه. هناك عدد من الأسباب التي تدعو إلى القيام بذلك (على سبيل المثال ، عندما سنقوم بتكبير الصورة عند إخراجها إلى شاشة أو طابعة ، أو عندما نحتاج إلى التخلص من تموج في النسيج). نلفت الانتباه هنا إلى حقيقة أن تحسين جودة الصورة الناتجة عن طريق زيادة دقة الماسح الضوئي ليس بلا حدود. يمكنك زيادة دقة المسح بدون تحسين جودة الصورة الناتجة ، ولكن مع زيادة حجمها ووقت المسح.

سنتحدث عن اختيار دقة المسح أكثر من مرة في هذا الفصل. دقة الماسح الضوئي هي الدقة القصوى التي يمكن ضبطها عند المسح. إذن ما نوع القرار الذي نحتاجه؟ تعتمد الإجابة على الصور التي ستقوم بمسحها ضوئيًا وعلى الأجهزة التي تريد إخراجها. أدناه نعطي القيم الإرشادية فقط.
إذا كنت ستقوم بمسح الصور ضوئيًا لعرضها لاحقًا على شاشة العرض ، فعادة ما تكون 72-l00ppi كافية. للإخراج إلى مكتب عادي أو منزل طابعة نفاثة- 100-150 نقطة في البوصة ، للطابعة النافثة للحبر عالية الجودة - من 300 نقطة في البوصة.

عند إجراء مسح ضوئي لنصوص من الصحف والمجلات والكتب لمزيد من المعالجة عن طريق برامج التعرف الضوئي على الأحرف (OCR - التعرف الضوئي على الأحرف) ، يلزم عادةً دقة 200-400 نقطة في البوصة. للإخراج إلى الشاشة أو الطابعة ، يمكن تقليل هذه القيمة عدة مرات.

للتصوير الفوتوغرافي للهواة ، عادة ما تكون مطلوبة 100-300 نقطة في البوصة. للرسوم التوضيحية من ألبومات وكتيبات مطبوعة فاخرة - 300-600ppi.

إذا كنت تنوي تكبير الصورة للعرض على الشاشة أو الطابعة دون فقدان الجودة (الوضوح) ، فيجب ضبط دقة المسح ببعض الهامش ، أي زيادتها بمقدار 1.5-2 مرات مقارنة بالقيم المذكورة أعلاه.

تتطلب وكالات الإعلان ، على سبيل المثال ، إجراء مسح ضوئي عالي الجودة للشرائح والأوراق الأصلية. عند مسح الشرائح ضوئيًا للطباعة بتنسيق 10x15 سم ، يلزم دقة 1200 بكسل لكل بوصة وبصيغة A4 - 2400 بكسل لكل بوصة.
بتلخيص ما سبق ، يمكننا القول أنه في معظم الحالات ، تكون دقة جهاز الماسح الضوئي التي تبلغ 300 نقطة في البوصة كافية. إذا كانت دقة الماسح الضوئي 600 نقطة في البوصة ، فهذا جيد جدًا.

حلول مصبوغة بمساعدة التركيز

مقياس السعرات الحرارية الكهروضوئي KFK-2

هدف: دراسة ظاهرة التوهين الضوئي عند المرور عبر مادة ما والخصائص الضوئية للمادة ، لدراسة جهاز قياس التركيز الكهروضوئي KFK-2 وطريقة العمل به ، لتحديد الكثافة البصرية وتركيز مادة ما. حل ملون باستخدام KFK-2.

الآلات والاكسسوارات: KFK-2 المسعر الكهروضوئي بتركيز ، محلول الاختبار ، مجموعة من حلول التركيز القياسية.

نظرية العمل

عندما يسقط الضوء على الواجهة بين وسيطين ، ينعكس الضوء جزئيًا ويخترق جزئيًا من المادة الأولى إلى الثانية. يتم تعيين الموجات الكهرومغناطيسية الضوئية في حركة تذبذبية كلاً من الإلكترونات الحرة للمادة والإلكترونات المرتبطة الموجودة على الأصداف الخارجية للذرات (الإلكترونات الضوئية) ، والتي تنبعث منها موجات ثانوية مع تردد الحادث موجه كهرومغناطيسية. تشكل الموجات الثانوية موجة منعكسة وموجة تخترق المادة.

في المواد ذات الكثافة العالية من الإلكترونات الحرة (المعادن) ، تولد الموجات الثانوية موجة منعكسة قوية ، يمكن أن تصل شدتها إلى 95٪ من شدة الموجة الساقطة. نفس الجزء من الطاقة الضوئية الذي يخترق المعدن يخضع لامتصاص قوي فيه ، وتتحول طاقة الموجة الضوئية إلى حرارة. لذلك ، تعكس المعادن بقوة الضوء الساقط عليها وتكون غير شفافة عمليًا.

في أشباه الموصلات ، تكون كثافة الإلكترونات الحرة أقل من كثافة المعادن ، وهي تمتص الضوء المرئي بدرجة أقل ، وتكون شفافة بشكل عام في منطقة الأشعة تحت الحمراء. تمتص العوازل الضوء بشكل انتقائي وتكون شفافة فقط لأجزاء معينة من الطيف.

في الحالة العامةعندما يسقط الضوء على مادة ما ، فإن التدفق الضوئي الحادث Fيمكن تمثيل 0 كمجموع تدفقات الضوء:

أين F ص- ينعكس ، و أ- يمتص Ф رهو تدفق الضوء الذي يمر عبر المادة.

توصف ظاهرة تفاعل الضوء مع المادة بكميات بلا أبعاد تسمى معاملات الانعكاس والامتصاص والانتقال. لنفس المادة

ص + أ +ر = 1. (2)

للأجسام غير الشفافة ر= 0 ؛ لأجسام بيضاء تمامًا ص =واحد؛ للأجساد السوداء تمامًا أ = 1.

قيمة يسمى الكثافة البصرية للمادة.

احتمال فأريميز الخصائص الضوئية للمادة ويتم تحديدها بواسطة طرق قياس الضوء.

تستخدم طرق التحليل الضوئية على نطاق واسع في الطب البيطري وعلوم الحيوان وعلوم التربة وتكنولوجيا المواد. في دراسة المواد المذابة في مذيب عمليًا غير ماص ، تعتمد طرق القياس الضوئي على قياس امتصاص الضوء وعلى العلاقة بين الامتصاص وتركيز المحاليل. الأجهزة المصممة لامتصاص (الامتصاص - الامتصاص) لتحليل الوسائط الشفافة تسمى مقاييس الطيف الضوئي ومقاييس الصورة البؤرية. في نفوسهم ، بمساعدة الخلايا الضوئية ، تتم مقارنة ألوان الحلول المدروسة بالمعيار.

العلاقة بين امتصاص الضوء بواسطة محلول ملون وتركيز مادة ما تخضع لقانون Bouguer-Lambert-Beer المدمج:

, (3)

أين أنا 0 هي شدة حادث تدفق الضوء على المحلول ؛ أناهي شدة تدفق الضوء الذي يمر عبر المحلول ؛ جهو تركيز المادة الملونة في المحلول ؛ ل- سماكة الطبقة الماصة في المحلول ؛ ك- معامل الامتصاص الذي يعتمد على طبيعة المادة المذابة والمذيب ودرجة الحرارة وطول موجة الضوء.

اذا كان معمعبراً عنها بالمول / لتر ، و ل- بالسنتيمتر كيصبح معامل الامتصاص المولي ويشار إليه بـ e l ، لذلك:

. (4)

بأخذ لوغاريتم (4) ، نحصل على:

الجانب الأيسر من التعبير (5) هو الكثافة البصرية للمحلول. مع الأخذ في الاعتبار مفهوم الكثافة البصرية ، فإن قانون بوجوير - لامبرت - بير سوف يأخذ الشكل:

أي أن الكثافة الضوئية للمحلول في ظل ظروف معينة تتناسب طرديًا مع تركيز المادة الملونة في المحلول وسمك الطبقة الماصة.

في الممارسة العملية ، هناك حالات انحراف عن قانون الاستيعاب المجمع. وذلك لأن بعض المركبات الملونة في المحلول تخضع للتغييرات بسبب عمليات التفكك والذوبان والتحلل المائي والبلمرة والتفاعل مع المكونات الأخرى للمحلول.

نوع الرسم البياني للتبعية د = و (ج)هو مبين في الشكل. واحد.

تظهر المركبات الملونة امتصاصًا انتقائيًا للضوء ، أي تختلف الكثافة الضوئية للمحلول الملون باختلاف الأطوال الموجية للضوء الساقط. يتم قياس الكثافة الضوئية لتحديد تركيز المحلول في منطقة أقصى امتصاص ، أي عند الطول الموجي

ضوء الحادث بالقرب من لالأعلى.

لتحديد تركيز المحلول قياسًا ضوئيًا ، يتم إنشاء رسم بياني للمعايرة أولاً د = و (ج). للقيام بذلك ، قم بإعداد سلسلة من الحلول القياسية. ثم يتم قياس قيم كثافتها الضوئية ورسم رسم بياني للاعتماد

د = و (ج). لإنشائه ، يجب أن يكون لديك 5-8 نقاط.

بعد تحديد الكثافة الضوئية لمحلول الاختبار تجريبيًا ، ابحث عن قيمتها على المحور y في مخطط المعايرة د = و (ج) ، ثم تتم قراءة قيمة التركيز المقابلة على محور الإحداثي مع X.

تم تصميم مسعر التركيز الكهروضوئي KFK-2 المستخدم في العمل لقياس نسبة تدفقات الضوء في أقسام منفصلة من الأطوال الموجية في نطاق 315-980 نانومتر المنبعثة من مرشحات الضوء ، ويسمح لك بتحديد النفاذية والكثافة الضوئية للسائل. المحاليل والمواد الصلبة وكذلك تركيز المواد في المحاليل طريقة إنشاء الرسوم البيانية للمعايرة د = و (ج).

مبدأ قياس الخصائص البصرية للمواد باستخدام مقياس البؤرة الضوئية KFK-2 هو أن تدفقات الضوء يتم توجيهها بالتناوب إلى الكاشف الضوئي (الخلية الكهروضوئية) - ممتلئ أنا 0 ومرت عبر الوسط المدروس أناويتم تحديد نسبة هذه التدفقات.

مظهريظهر مقياس الصورة الضوئية KFK-2 في الشكل. 2. وهي تشمل

مصدر ضوئي وجزء بصري ومجموعة من المرشحات وأجهزة الكشف الضوئي وجهاز تسجيل ، يتم معايرة مقياسها لنقل الضوء وقراءات الكثافة الضوئية. يوجد على اللوحة الأمامية لمقياس البؤرة الضوئي KFK-2:

1 - ميكرومتر بمقياس رقمي من حيث معامل pro-

إطلاق تيوالكثافة البصرية د;

2 - إضاءة ؛

3 - مقبض تبديل المرشح ؛

4 - تبديل الخلية في شعاع الضوء ؛

5 - تبديل أجهزة الكشف الضوئي "الحساسية" ؛

6 - مقابض "التثبيت 100": "خشنة" و "دقيقة" ؛

7 - حجرة الكوفيت.

أمر العمل

1. قم بتشغيل الجهاز في الشبكة. قم بالتسخين لمدة 10 - 15 دقيقة.

2. مع فتح حجرة الخلية ، اضبط مؤشر مقياس ميكرومتر على "0"

على مقياس "T".

3. قم بتعيين الحد الأدنى من الحساسية ، لذلك يتم تعيين "الحساسية-

قم بالتبديل إلى الوضع "1" ، وقم بتبديل "الإعداد 100" "الخشنة" إلى أقصى وضع على اليسار.

4. ضع كفيت مع مذيب أو محلول تحكم في شعاع الضوء.

الروم الذي يتم القياس عليه.

5. أغلق غطاء حجرة الخلية.

6. استخدم مقابض "الحساسية" و "ضبط 100" "الخشنة" و "الدقيقة" للضبط

قراءة 100 على مقياس الصورة الضوئية. يمكن أن يكون مقبض "الحساسية" في أحد المواضع الثلاثة "1" أو "2" أو "3".

7. عن طريق تدوير المقبض "4" ، استبدل الكوفيت بالمذيب مع الكوفيت مع الاختبار

المحلول.

8. خذ قراءة على مقياس ميكرومتر ، تتوافق مع معامل pro-

إطلاق محلول الاختبار بالنسبة المئوية ، على مقياس "T" أو على مقياس "D" - بوحدات الكثافة البصرية.

9. قم بأخذ قياسات 3-5 مرات والقيمة النهائية للقيمة المقاسة هي op-

حدد كمتوسط ​​حسابي للقيم التي تم الحصول عليها.

10. تحديد خطأ القياس المطلق للقيمة المطلوبة.

رقم المهمة 1. دراسة اعتماد الكثافة الضوئية على الطول

موجات ضوء الحادث

1.1 لحل قياسي ، حدد الكثافة الضوئية عند الترددات المختلفة للضوء الساقط.

1.2 أدخل البيانات في الجدول 1.

1.3 مؤامرة الامتصاص مقابل الطول الموجي لالسلطة الفلسطينية-

يعطي الضوء د = و (ل).

1.4 حدد لورقم التصفية لـ دالأعلى .

الجدول 1

رقم المهمة 2. التحقق من اعتماد الكثافة الضوئية على السماكة

طبقة ماصة

2.1. للحصول على حل قياسي ، باستخدام مرشح ضوء مع ل دلأنابيب مختلفة الأحجام.

2.2. أدخل البيانات في الجدول 2.

الجدول 2

2.3 رسم الرسم البياني التبعية د = و (ل).

رقم المهمة 3. بناء مخطط معايرة وتحديد التركيز

أجهزة الاتصال اللاسلكي لحل غير معروف

3.1. لسلسلة من الحلول القياسية ذات التركيز المعروف ، باستخدام Fresh

مع التصفية لماكس (انظر المهمة رقم 1) ، حدد د.

3.2 أدخل بيانات القياس في الجدول 3.

الجدول 3

3.3 إنشاء مخطط معايرة د = و (ق).

3.4. في الموعد المحدد د = و (ق)تحديد تركيز المحلول المجهول.

أسئلة الاختبار

1. ظاهرة توهين الضوء عند مروره عبر مادة آلية الامتصاص

إلى عن على أنواع مختلفةمواد.

2. البارامترات التي تميز الخصائص الضوئية للمادة.

3. شرح جوهر طرق التحليل الضوئي.

4. صياغة قانون امتصاص بوقر ولامبرت والبيرة المجمع.

5. ما هي أسباب الانحرافات المحتملة لخصائص الحلول المجمعة

الاستيلاء على الحصان؟

6. معامل الامتصاص المولي وتعريفه والعوامل التي منه

7. كيف يتم اختيار الطول الموجي للإشعاع الممتص في حالة الصور البؤرية-

قياسات حدودية؟

1. كيف يتم بناء الرسم البياني للمعايرة؟

2. اشرح الجهاز ومبدأ تشغيل مقياس البؤرة الضوئي KFK-2.

3. أين ولماذا يتم استخدام تحليل الامتصاص؟

المؤلفات

1. T. I. Trofimova ، بالطبع الفيزياء. م: العالي. المدرسة ، 1994. الجزء 5 ، الفصل. 24 ، § 187.

2. I. V. Savelyev ، بالطبع الفيزياء العامة. م: نوكا ، 1977. المجلد 2 ، الجزء 3 ، الفصل. XX ،

3. R.I. Grabovsky ، دورة الفيزياء. سان بطرسبرج: لان. 2002. الجزء ع ، الفصل. السادس ، § 50.

معمل # 4–03