Jedes Teilchen, sei es ein Molekül, ein Atom oder ein Ion, geht infolge der Absorption eines Lichtquants zu mehr über hohes Niveau Energiezustand. Am häufigsten tritt der Übergang vom Grundzustand in den angeregten Zustand auf. Dies verursacht das Auftreten bestimmter Absorptionsbanden in den Spektren.

Die Absorption von Strahlung führt dazu, dass beim Durchgang durch einen Stoff die Intensität dieser Strahlung mit zunehmender Teilchenzahl eines Stoffes mit einer bestimmten optischen Dichte abnimmt. Diese Forschungsmethode wurde bereits 1795 von V. M. Severgin vorgeschlagen.

Diese Methode eignet sich am besten für Reaktionen, bei denen sich der Analyt in eine farbige Verbindung umwandeln kann, die eine Farbänderung der Testlösung verursacht. Durch Messung der Lichtabsorption oder Vergleich der Farbe mit einer Lösung bekannter Konzentration lässt sich der prozentuale Anteil der Substanz in der Lösung leicht ermitteln.

Grundgesetz der Lichtabsorption

Das Wesen der photometrischen Bestimmung besteht aus zwei Prozessen:

  • Überführung der zu bestimmenden Substanz in eine elektromagnetische Schwingungen absorbierende Verbindung;
  • Messung der Intensität der Absorption dieser gleichen Vibrationen durch eine Lösung der zu untersuchenden Substanz.

Änderungen in der Intensität des Lichtflusses, der durch die lichtabsorbierende Substanz geht, werden auch durch Lichtverluste aufgrund von Reflexion und Streuung verursacht. Um das Ergebnis belastbar zu machen, werden parallele Studien durchgeführt, um die Parameter bei gleicher Schichtdicke, in identischen Küvetten, mit demselben Lösungsmittel zu messen. Die Abnahme der Lichtintensität hängt also hauptsächlich von der Konzentration der Lösung ab.

Die Abnahme der Intensität des durch die Lösung geleiteten Lichts wird charakterisiert (auch Transmission genannt) T:

T \u003d I / I 0, wobei:

  • I ist die Intensität des Lichts, das durch die Substanz geleitet wird;
  • I 0 ist die Intensität des einfallenden Lichtstrahls.

Somit zeigt die Transmission den Anteil des nicht absorbierten Lichtflusses, der durch die untersuchte Lösung geht. Reverse-Algorithmus Transmissionswerte werden als optische Dichte der Lösung (D) bezeichnet: D \u003d (-lgT) \u003d (-lg) * (I / I 0) \u003d log * (I 0 / I).

Diese Gleichung zeigt, welche Parameter die wichtigsten für die Studie sind. Dazu gehören die Wellenlänge des Lichts, die Dicke der Küvette, die Konzentration der Lösung und die optische Dichte.

Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz

Es ist ein mathematischer Ausdruck, der die Abhängigkeit der Intensitätsabnahme eines monochromatischen Lichtstroms von der Konzentration einer lichtabsorbierenden Substanz und der Dicke der Flüssigkeitsschicht widerspiegelt, durch die sie geleitet wird:

I \u003d I 0 * 10 -ε C ι, wobei:

  • ε der Lichtabsorptionskoeffizient ist;
  • C ist die Konzentration des Stoffes, mol/l;
  • ι ist die Dicke der Schicht der analysierten Lösung, vgl

Nach der Transformation kann diese Formel geschrieben werden: I / I 0 \u003d 10 -ε·С·ι.

Der Kern des Gesetzes lautet: Unterschiedliche Lösungen der gleichen Verbindung bei gleicher Konzentration und Schichtdicke in der Küvette absorbieren den gleichen Teil des auf sie einfallenden Lichts.

Wenn wir die letzte Gleichung logarithmieren, können wir die Formel erhalten: D = ε * C * ι.

Offensichtlich hängt die optische Dichte direkt von der Konzentration der Lösung und der Dicke ihrer Schicht ab. Die physikalische Bedeutung des molaren Absorptionskoeffizienten wird deutlich. Sie ist gleich D für eine einmolare Lösung und für eine Schichtdicke von 1 cm.

Beschränkungen der Rechtsanwendung

Dieser Abschnitt enthält die folgenden Elemente:

  1. Sie gilt nur für monochromatisches Licht.
  2. Der Koeffizient ε hängt mit dem Brechungsindex des Mediums zusammen, besonders starke Abweichungen vom Gesetz sind bei der Analyse hochkonzentrierter Lösungen zu beobachten.
  3. Die Temperatur bei der Messung der optischen Dichte muss konstant sein (innerhalb weniger Grad).
  4. Der Lichtstrahl muss parallel sein.
  5. Der pH-Wert des Mediums muss konstant sein.
  6. Das Gesetz gilt für Substanzen, deren lichtabsorbierende Zentren Teilchen der gleichen Art sind.

Methoden zur Bestimmung der Konzentration

Es lohnt sich, die Kalibrierkurvenmethode in Betracht zu ziehen. Bereiten Sie dazu eine Reihe von Lösungen (5-10) mit unterschiedlichen Konzentrationen der Testsubstanz vor und messen Sie deren optische Dichte. Entsprechend den erhaltenen Werten wird ein Diagramm von D gegen die Konzentration aufgetragen. Der Graph ist eine gerade Linie vom Ursprung. Es ermöglicht Ihnen, die Konzentration eines Stoffes anhand der Messergebnisse einfach zu bestimmen.

Es gibt auch ein additives Verfahren. Es wird seltener als das vorherige verwendet, ermöglicht jedoch die Analyse von Lösungen mit komplexer Zusammensetzung, da es den Einfluss zusätzlicher Komponenten berücksichtigt. Sein Wesen besteht darin, die optische Dichte des Mediums D x zu bestimmen, das den Analyten unbekannter Konzentration C x enthält, mit wiederholter Analyse derselben Lösung, aber mit Zugabe einer bestimmten Menge der Testkomponente (C st). Der Wert von C x wird mithilfe von Berechnungen oder Diagrammen gefunden.

Forschungsbedingungen

Damit photometrische Untersuchungen ein zuverlässiges Ergebnis liefern, müssen mehrere Bedingungen erfüllt sein:

  • die Reaktion muss schnell und vollständig, selektiv und reproduzierbar ablaufen;
  • die Farbe der resultierenden Substanz muss über die Zeit stabil sein und darf sich unter Lichteinwirkung nicht ändern;
  • die Testsubstanz wird in einer Menge aufgenommen, die ausreicht, um sie in eine analytische Form umzuwandeln;
  • Messungen der optischen Dichte werden in dem Wellenlängenbereich durchgeführt, in dem der Unterschied in der Absorption der Ausgangsreagenzien und der analysierten Lösung am größten ist;
  • die Lichtabsorption der Referenzlösung wird als optischer Nullpunkt angesehen.

Farbmetrik

Aus optische Methoden Analytik In der Praxis der analytischen Laboratorien sind kolorimetrische Verfahren am weitesten verbreitet (von lat. Farbe- Farbe und Griechisch. μετρεω - Ich messe). Kolorimetrische Methoden basieren auf der Messung der Intensität des Lichtstroms, der durch eine farbige Lösung geht.

Die kolorimetrische Methode verwendet chemische Reaktionen begleitet von einer Farbänderung der analysierten Lösung. Durch Messung der Lichtabsorption einer solchen gefärbten Lösung oder durch Vergleich der erhaltenen Farbe mit der einer Lösung bekannter Konzentration wird der Gehalt der gefärbten Substanz in der Testlösung bestimmt.

Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Farbintensität der Lösung und dem Gehalt der gefärbten Substanz in dieser Lösung. Diese Abhängigkeit, die als Grundgesetz der Lichtabsorption (oder Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz) bezeichnet wird, wird durch die Gleichung ausgedrückt:

ich = ich 0 10 - ε c l

wobei I die Intensität des Lichts ist, das durch die Lösung geht; I 0 - die Intensität des auf die Lösung einfallenden Lichts; ε ist der Lichtabsorptionskoeffizient, ein konstanter Wert für jede farbige Substanz, abhängig von ihrer Beschaffenheit; C ist die molare Konzentration der farbigen Substanz in der Lösung; l ist die Dicke der lichtabsorbierenden Lösungsschicht, vgl

physikalische Bedeutung Dieses Gesetz kann wie folgt ausgedrückt werden. Lösungen der gleichen farbigen Substanz bei gleicher Konzentration dieser Substanz und der Dicke der Lösungsschicht absorbieren eine gleiche Menge an Lichtenergie, d.h. die Lichtabsorption solcher Lösungen ist gleich.

Für eine gefärbte Lösung, die in einer Glasküvette mit parallelen Wänden eingeschlossen ist, kann gesagt werden, dass mit zunehmender Konzentration und Dicke der Lösungsschicht ihre Farbe zunimmt und die Intensität des durch die absorbierende Lösung durchgelassenen Lichts I im Vergleich zur Intensität von abnimmt das einfallende Licht I 0 .



Abb.1 Lichtdurchgang durch eine Küvette mit Testlösung.

Die optische Dichte der Lösung.

Wenn wir die Gleichung des Grundgesetzes der Lichtabsorption logarithmieren und die Vorzeichen umkehren, dann wird die Gleichung:

Der Wert ist sehr wichtige Eigenschaft farbige Lösung; Sie wird als optische Dichte der Lösung bezeichnet und mit dem Buchstaben A bezeichnet:

A = εCl

Aus dieser Gleichung folgt, dass die optische Dichte der Lösung direkt proportional zur Konzentration der gefärbten Substanz und der Dicke der Lösungsschicht ist.

Mit anderen Worten, bei gleicher Schichtdicke einer Lösung eines bestimmten Stoffes wird die optische Dichte dieser Lösung umso größer, je mehr sie einen farbigen Stoff enthält. Oder umgekehrt hängt bei gleicher Konzentration einer bestimmten farbigen Substanz die optische Dichte der Lösung nur von der Dicke ihrer Schicht ab. Daraus lässt sich folgende Schlussfolgerung ziehen: Wenn zwei Lösungen des gleichen Farbstoffs unterschiedliche Konzentrationen aufweisen, wird die gleiche Farbintensität dieser Lösungen mit ihren umgekehrt proportionalen Schichtdicken zu den Konzentrationen der Lösungen erzielt. Diese Schlussfolgerung ist sehr wichtig, da einige Methoden der kolorimetrischen Analyse darauf basieren.



Um die Konzentration (C) einer gefärbten Lösung zu bestimmen, ist es daher notwendig, ihre optische Dichte (A) zu messen. Um die optische Dichte zu messen, sollte die Intensität des Lichtstroms gemessen werden.

Die Farbintensität von Lösungen kann gemessen werden verschiedene Methoden. Es gibt subjektive (oder visuelle) Methoden der Farbmetrik und objektive (oder photokolorimetrische) Methoden.

Visuelle Methoden sind solche Methoden, bei denen die Beurteilung der Farbintensität der Testlösung mit bloßem Auge erfolgt.

Bei objektiven Methoden der kolorimetrischen Bestimmung werden anstelle der direkten Beobachtung Fotozellen verwendet, um die Farbintensität der Testlösung zu messen. Die Bestimmung erfolgt in diesem Fall in speziellen Geräten - Photokolorimetern, von denen die Methode als photokolorimetrisch bezeichnet wurde.

Visuelle Methoden

Zu den visuellen Methoden gehören:

1) Standardreihenverfahren;

2) Vervielfältigungsverfahren (kolorimetrische Titration);

3) Anpassungsverfahren.

Standardreihenverfahren. Bei der Analyse nach der Standardreihenmethode wird die Farbintensität der analysierten Farblösung mit den Farben einer Reihe speziell hergestellter Standardlösungen (mit gleicher Dicke der absorbierenden Schicht) verglichen.

Lösungen in der Farbmetrik haben meist eine intensive Farbe, sodass es möglich ist, sehr kleine Konzentrationen oder Mengen von Stoffen zu bestimmen. Dies kann jedoch mit gewissen Schwierigkeiten einhergehen: Auf diese Weise können Proben zur Herstellung einer Reihe von Standardlösungen sehr klein sein. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird die Standardlösung A in einer ausreichend hohen Konzentration hergestellt, beispielsweise 1 mg/ml. Danach wird durch Verdünnung aus Lösung A eine Standardlösung B mit wesentlich geringerer Konzentration hergestellt und daraus wiederum eine Reihe von Standardlösungen hergestellt.

Dazu werden die erforderlichen Volumina an Reagenzlösungen in gewünschte Reihenfolge. Es empfiehlt sich, Lösungen des Analyten portionsweise aus der Bürette zuzugeben, weil Ihre Volumina sind unterschiedlich, um unterschiedliche Konzentrationen in einer Reihe von Standardlösungen bereitzustellen. In diesem Fall muss die Ausgangslösung alle Komponenten außer dem Analyten enthalten. (Nulllösung). Der Testlösung werden Lösungen der erforderlichen Reagenzien zugesetzt. Alle Lösungen werden auf ein konstantes Volumen gebracht und dann wird die Farbintensität der Testlösung visuell mit den Lösungen einer Reihe von Standardlösungen verglichen. Es ist möglich, die Farbintensität mit jeder Lösung der Reihe abzugleichen. Dann wird davon ausgegangen, dass 100 Testlösungen die gleiche Konzentration haben oder die gleiche Menge des Analyten enthalten. Wenn die Farbintensität zwischen benachbarten Lösungen der Reihe zu liegen scheint, wird die Konzentration oder der Gehalt des Analyten als das arithmetische Mittel zwischen den Lösungen der Reihe betrachtet.

Kolorimetrische Titration (Duplizierungsverfahren). Diese Methode basiert auf dem Vergleich der Farbe der analysierten Lösung mit der Farbe einer anderen Lösung. - Steuerung. Zur Herstellung einer Kontrolllösung stellen Sie eine Lösung her, die alle Bestandteile der Testlösung mit Ausnahme des Analyten und aller Reagenzien enthält, die zur Probenvorbereitung verwendet wurden, und fügen die Standardlösung des Analyten aus der Bürette hinzu. Wenn so viel dieser Lösung hinzugefügt wird, dass die Farbintensitäten der Kontroll- und Analyselösung gleich sind, wird davon ausgegangen, dass die Analyselösung die gleiche Menge des Analyten enthält, wie sie in die Kontrolllösung eingeführt wurde.

Ausgleichsmethode. Dieses Verfahren basiert auf dem Angleichen der Farben der analysierten Lösung und einer Lösung mit bekannter Konzentration des Analyten – einer Standardlösung. Es gibt zwei Möglichkeiten, eine kolorimetrische Bestimmung mit dieser Methode durchzuführen.

Gemäß der ersten Option wird der Farbausgleich zweier Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen der farbigen Substanz durchgeführt, indem die Dicke der Schichten dieser Lösungen bei gleicher Stärke des durch die Lösungen tretenden Lichtstroms geändert wird. In diesem Fall ist trotz des Unterschieds in den Konzentrationen der analysierten und der Standardlösung die Intensität des Lichtflusses, der durch beide Schichten dieser Lösungen geht, gleich. Das Verhältnis zwischen den Schichtdicken und den Konzentrationen der gefärbten Substanz in den Lösungen zum Zeitpunkt des Farbausgleichs wird durch die Gleichung ausgedrückt:

l 1= C2

wobei l 1 die Dicke der Lösungsschicht mit der Konzentration der gefärbten Substanz C 1 und l 2 die Dicke der Lösungsschicht mit der Konzentration der gefärbten Substanz C 2 ist.

Im Moment der Farbgleichheit ist das Verhältnis der Dicken der Schichten der beiden verglichenen Lösungen umgekehrt proportional zum Verhältnis ihrer Konzentrationen.

Basierend auf der obigen Gleichung kann man, indem man die Dicke der Schichten zweier identisch gefärbter Lösungen misst und die Konzentration einer dieser Lösungen kennt, leicht die unbekannte Konzentration der gefärbten Substanz in der anderen Lösung berechnen.

Um die Dicke der Schicht zu messen, die der Lichtstrom durchdringt, können Glaszylinder oder Reagenzgläser und mehr verwendet werden genaue Definitionen Spezialgeräte - Kolorimeter.

Gemäß der zweiten Option, um die Farben von zwei Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen der farbigen Substanz anzugleichen, durchlaufen Sie Schichten von Lösungen gleicher Dicke Lichtströme unterschiedlicher Intensität.

In diesem Fall haben beide Lösungen die gleiche Farbe, wenn das Verhältnis der Logarithmen der Intensitäten der einfallenden Lichtströme gleich dem Verhältnis der Konzentrationen ist.

Im Moment des Erreichens der gleichen Farbe der beiden verglichenen Lösungen bei gleicher Schichtdicke sind die Konzentrationen der Lösungen direkt proportional zu den Logarithmen der Intensitäten des auf sie einfallenden Lichts.

Nach der zweiten Möglichkeit kann die Bestimmung nur mit einem Kolorimeter durchgeführt werden.

Optische Dichte

D, ein Maß für die Lichtundurchlässigkeit einer Materieschicht. Gleich dem Logarithmus zur Basis 10 des Strahlungsflussverhältnisses (siehe Strahlungsfluss) F 0 auf die Schicht zu einem durch Absorption und Streuung geschwächten Strom auftrifft F Durch diese Schicht gehen: D=lg( F 0 /F), sonst ist O. p. der Logarithmus des Kehrwerts des Transmissionskoeffizienten der Stoffschicht: D= lg(1/τ). (Der dezimale Logarithmus lg wird durch den manchmal verwendeten natürlichen Logarithmus logarithmus logarithmus logarithmus lg ersetzt.) Der Begriff des natürlichen Grenzwerts wurde von R. Bunsen eingeführt; Es wird verwendet, um die Dämpfung optischer Strahlung (Licht) in Schichten und Filmen verschiedener Substanzen (Farbstoffe, Lösungen, farbige und milchige Gläser und viele andere), in Lichtfiltern und anderen optischen Produkten zu charakterisieren. Die Densitometrie wird besonders häufig zur quantitativen Bewertung entwickelter fotografischer Schichten sowohl in der Schwarzweiß- als auch in der Farbfotografie eingesetzt, wo Methoden zu ihrer Messung den Inhalt einer eigenen Disziplin, der Densitometrie, bilden. Abhängig von der Art der einfallenden Strahlung und der Methode zur Messung der durchgelassenen Strahlungsflüsse gibt es verschiedene Arten optischer Strahlung ( Reis. ).

Der OP hängt von dem Satz von Frequenzen ν (Wellenlängen λ) ab, die den anfänglichen Fluss charakterisieren; sein Wert für den Grenzfall eines einzelnen ν heißt monochromatisch op. Reis. , a) der monochromatische O. p. einer Schicht eines nicht streuenden Mediums (ohne Berücksichtigung von Korrekturen für die Reflexion von der vorderen und hinteren Begrenzung der Schicht) ist 0,4343 k ν l, wo k ν - natürlicher Absorptionsindex der Umwelt, l- Schichtdicke ( k ν l= κ Kl- Indikator in der Gleichung von Bouguer - Lambert - Biergesetz a; wenn die Streuung im Medium nicht vernachlässigt werden kann, kν wird durch den natürlichen Schwächungsindex ersetzt). Bei einem Gemisch aus nicht reagierenden Stoffen oder einem Satz von hintereinander angeordneten Medien ist die OD dieses Typs additiv, d.h. sie ist gleich der Summe gleicher OD einzelner Stoffe bzw. einzelner Medien. Gleiches gilt für reguläre nichtmonochromatische optische Strahlung (Strahlung komplexer spektraler Zusammensetzung) bei Medien mit nichtselektiver Absorption (unabhängig von ν). Regelmäßig nicht monochromatisch Der opp eines Satzes von Medien mit selektiver Absorption ist kleiner als die Summe der opp dieser Medien. (Für Geräte zur Messung von O. p. siehe die Artikel Densitometer, Mikrophotometer, Spektrozonale Luftaufnahmen, Spektrosensitometer, Spektrophotometer, Photometer.)

Zündete.: Gorohovsky Yu. N., Levenberg T. M., Allgemeine Sensitometrie. Theorie und Praxis, M., 1963; James T., Higgins J., Fundamentals of the Theory of the Photographic Process, übers. aus dem Englischen, M., 1954.

L. N. Kaporsky.

Arten der optischen Dichte der mittleren Schicht in Abhängigkeit von der Geometrie des Einfalls und der Methode zur Messung des durchgelassenen Strahlungsflusses (in dem in der UdSSR übernommenen sensitometrischen System): , das die ursprüngliche Richtung beibehielt; b) zur Bestimmung der integralen optischen Dichte D ε wird eine Parallelströmung senkrecht auf die Schicht gerichtet, die gesamte Vorströmung gemessen; c) und d) zwei Messmethoden zur Bestimmung zweier Arten von diffuser optischer Dichte D ≠ (einfallender Fluss – idealerweise gestreut). Die Differenz D II - D ε dient als Maß für die Lichtstreuung in der gemessenen Schicht.


Große sowjetische Enzyklopädie. - M.: Sowjetische Enzyklopädie. 1969-1978 .

Die Sicherstellung einer ausreichenden optischen Dichte (Füllung) von Zeichen und Bildern auf der Seite ist ein wichtiger Faktor bei der subjektiven Beurteilung der Druckqualität. Unregelmäßigkeiten im elektrofotografischen Prozess können unerwünschte dunkle Variationen (Füllungen) im Bild verursachen. Diese Abweichungen können innerhalb akzeptabler Grenzen oder außerhalb dieser Grenzen liegen. Der Wert dieser zulässigen Abweichungen ist eingestellt Spezifikationen für Verbrauchsmaterialien für ein bestimmtes Gerät und können für verschiedene Geräte erheblich variieren. Objektive Beurteilung Die Fülldichte charakterisiert die Heterogenität des Prozesses und ist definiert als Grenzwert und Standardabweichung des Reflexionsgrades des Druckzeichens über die Seite.

Der Begriff optische Dichte wird verwendet, um das Maß der Lichttransmission - für transparente Objekte und Reflexion - für undurchsichtige Objekte zu charakterisieren. Sie wird als dezimaler Logarithmus des Kehrwerts der Transmission (Reflexion) quantifiziert. In der Elektrographie wird dieser Begriff verwendet, um die Qualität von Bildelementen auf Kopien zu bewerten, die unter bestimmten Entwicklungsbedingungen erhalten wurden (unter Verwendung eines bestimmten Tonertyps, Schätzung des Kontrastwerts eines elektrostatischen latenten Bildes, Kopierqualität unter Verwendung eines bestimmten Entwicklungsverfahrens usw.). . In der Druckindustrie wird dieses Merkmal zur Bewertung von Verlagsvorlagen, Zwischenbildern und Drucken verwendet.

Die optische Dichte wird mit OD (Optical Density) oder einfach D bezeichnet. Der Mindestwert der optischen Dichte entspricht D=0 weiße Farbe. Je mehr Licht das Medium absorbiert, desto dunkler ist es, d. h. Schwarz hat beispielsweise eine höhere optische Dichte als Grau.

Der Reflexionsgrad hängt wie folgt mit der optischen Dichte und der Kontrastdichte zusammen:

D = lg (1/R pr) und D c ​​​​= R pr / R pt

wobei D die optische Dichte des Bildes ist;

R pt - Reflexionskoeffizient am Messpunkt;

D c - Kontrastdichte;

R pr - Papierreflexion.

Die Werte der optischen Dichte des Bildes auf Kopien für Schwarz in der Elektrographie für verschiedene Geräte (wie oben erwähnt) sind erheblich unterschiedlich. Im Allgemeinen gemäß den Spezifikationen der Tonerhersteller für Laserdrucker Diese Werte (das im Normalzustand des Geräts zulässige Minimum) liegen im Bereich von 1,3 D bis 1,45 D. Bei Qualitätstonern nimmt die optische Dichte Werte im Bereich von 1,45 D bis 1,5 D an und überschreitet 1,6 D nicht. In Spezifikationen ist es üblich, die untere zulässige Grenze mit einer Standardabweichung der optischen Dichte von 0,01 zu begrenzen.

Der Wert der optischen Dichte wird mit einem speziellen Gerät gemessen - einem Densitometer, dessen Prinzip darauf basiert, den vom Aufdruck reflektierten Fluss zu messen und diesen Indikator in Einheiten der optischen Dichte umzuwandeln.

In der Elektrographie wird die optische Dichte von Bildern zur Charakterisierung des Entwicklers (Toners) verwendet, um die erforderlichen Werte der optischen Dichte von Linien einer bestimmten Breite unter bestimmten Bedingungen für die Entwicklung oder Charakterisierung eines elektrofotografischen Bildes auf Kopien zu bestimmen im Nennbetriebsmodus des Geräts

Konzept optische Dichte(Optische Dichte) bezieht sich hauptsächlich auf das gescannte Original. Dieser Parameter charakterisiert die Fähigkeit des Originals, Licht zu absorbieren; es wird als D oder OD bezeichnet. Die optische Dichte wird als Logarithmus des Verhältnisses der Intensitäten von einfallendem und reflektiertem (bei undurchsichtigen Vorlagen) oder durchgelassenen (bei transparenten Vorlagen) Lichtintensitäten berechnet. Die minimale optische Dichte (D min) entspricht dem hellsten (transparenten) Bereich des Originals, und die maximale Dichte (D max) entspricht dem dunkelsten (am wenigsten transparenten) Bereich. Der Bereich der möglichen Werte für die optische Dichte liegt zwischen 0 (perfekt weiße oder vollständig transparente Vorlage) und 4 (schwarze oder vollständig undurchsichtige Vorlage).

Typische optische Dichtewerte für einige Arten von Originalen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Der Dynamikbereich eines Scanners wird durch die maximalen und minimalen Werte der optischen Dichte bestimmt und charakterisiert seine Fähigkeit, damit zu arbeiten verschiedene Arten Originale. Der Dynamikumfang eines Scanners hängt von seiner Bittiefe (Farbbittiefe) ab: je höher die Bittiefe, desto größer der Dynamikumfang und umgekehrt. Für viele Flachbettscanner, hauptsächlich z Büroarbeit, wird dieser Parameter nicht angegeben. In solchen Fällen wird der optische Dichtewert mit etwa 2,5 angenommen (typischer Wert für Büro-24-Bit-Scanner). Für einen 30-Bit-Scanner ist dieser Parameter gleich 2,6-3,0 und für einen 36-Bit-Scanner - ab 3,0 und höher.

Mit zunehmendem Dynamikumfang gibt der Scanner die Helligkeitsabstufung in sehr hellen und sehr dunklen Bildbereichen besser wieder. Im Gegenteil, wenn der Dynamikumfang nicht ausreicht, gehen Bilddetails und die Glätte von Farbübergängen in dunklen und hellen Bereichen verloren.

Erlaubnis

Auflösung bzw Scannerauflösung- ein Parameter, der die maximale Genauigkeit bzw. den Detaillierungsgrad bei der Darstellung des Originals in digitaler Form charakterisiert. Die Auflösung wird gemessen Pixel pro Zoll(Pixel pro Zoll, ppi). Oft wird die Auflösung in Punkten pro Zoll (dpi) angegeben, aber diese Einheit ist traditionell für Ausgabegeräte (Drucker). Apropos Auflösung, wir verwenden ppi. Unterscheiden Sie Hardware (optisch) und Interpolationsauflösung des Scanners.

Hardware (optische) Auflösung

Die (optische) Hardwareauflösung (Hardware/optische Auflösung) steht in direktem Zusammenhang mit der Platzierungsdichte von lichtempfindlichen Elementen in der Scannermatrix. Dies ist der Hauptparameter des Scanners (genauer gesagt seines optisch-elektronischen Systems). Typischerweise wird die horizontale und vertikale Auflösung angegeben, beispielsweise 300 x 600 ppi. Sie sollten sich auf einen kleineren Wert konzentrieren, also auf die horizontale Auflösung. Die vertikale Auflösung, die normalerweise das Doppelte der horizontalen Auflösung ist, wird letztendlich durch Interpolation (Verarbeitung der Ergebnisse des direkten Scannens) erhalten und steht nicht in direktem Zusammenhang mit der Dichte der Sensorelemente (dies ist die sogenannte zweistufige Auflösung). Um die Auflösung des Scanners zu erhöhen, müssen Sie die Größe des lichtempfindlichen Elements verringern. Mit abnehmender Größe geht jedoch die Lichtempfindlichkeit des Elements verloren und als Folge davon verschlechtert sich das Signal-Rausch-Verhältnis. Daher ist die Erhöhung der Auflösung ein nicht triviales technisches Problem.

Interpolationsauflösung

Interpolierte Auflösung – Auflösung des Bildes, das als Ergebnis der Verarbeitung (Interpolation) des gescannten Originals erhalten wird. Diese künstliche Hochskalierung der Auflösung verbessert normalerweise nicht die Bildqualität. Stellen Sie sich vor, dass die tatsächlich gescannten Bildpixel auseinander gerückt werden und „errechnete“ Pixel in die entstandenen Lücken eingefügt werden, ähnlich wie ihre Nachbarn. Das Ergebnis einer solchen Interpolation hängt von seinem Algorithmus ab, aber nicht vom Scanner. Dieser Vorgang kann jedoch mit einem Grafikeditor wie Photoshop durchgeführt werden, und sogar noch besser als mit Ihrem eigenen. Software Scanner. Die Interpolationsauflösung ist in der Regel um ein Vielfaches höher als die Hardwareauflösung, aber in der Praxis bedeutet dies nichts, obwohl es den Käufer irreführen kann. Ein wesentlicher Parameter ist gerade die (optische) Auflösung der Hardware.

Der technische Pass des Scanners gibt manchmal einfach die Auflösung an. In diesem Fall meinen wir Hardware (optische) Auflösung. Oft werden sowohl Hardware- als auch Interpolationsauflösung angegeben, zB 600x 1200 (9600) ppi. Hier ist 600 die Hardwareauflösung und 9600 die Interpolationsauflösung.

Sichtbarkeit der Linie

Linienerkennbarkeit - Höchstbetrag parallele Linien pro Zoll, die vom Scanner als separate Linien (ohne Kleben) wiedergegeben werden. Dieser Parameter charakterisiert die Eignung des Scanners für die Arbeit mit Zeichnungen und anderen Bildern, die viele kleine Details enthalten. Sein Wert wird in Zeilen pro Zoll (lines per inch, Ipi) gemessen.

Welche Scannerauflösung soll ich wählen?

Diese Frage wird am häufigsten bei der Auswahl eines Scanners gestellt, da die Auflösung einer der wichtigsten Parameter eines Scanners ist, von dem die Möglichkeit, qualitativ hochwertige Scanergebnisse zu erhalten, maßgeblich abhängt. Das heißt aber keineswegs, dass man eine möglichst hohe Auflösung anstreben sollte, zumal diese teuer ist.

Bei der Entwicklung von Anforderungen an die Scannerauflösung ist es wichtig, den allgemeinen Ansatz zu verstehen. Der Scanner ist ein Gerät, das optische Informationen über das Original in digitale Form umwandelt und somit dessen Abtastung durchführt. Je feiner die Diskretisierung (je größer die Auflösung), desto geringer scheint in diesem Betrachtungsstadium der Verlust der ursprünglichen Information zu sein. Scanergebnisse sollen jedoch unter Verwendung eines Ausgabegeräts wie einem Monitor oder Drucker angezeigt werden. Diese Geräte haben ihre eigene Auflösung. Schließlich hat das menschliche Auge die Fähigkeit, Bilder zu glätten. Darüber hinaus haben gedruckte Originale, die durch Drucken oder mittels eines Druckers erhalten werden, auch eine diskrete Struktur (gedrucktes Sieb), obwohl dies mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar sein kann. Diese Originale haben ihre eigene Auflösung.
Es gibt also ein Original mit eigener Auflösung, einen Scanner mit eigener Auflösung und ein Scanergebnis, dessen Qualität möglichst hoch sein sollte. Die Qualität des resultierenden Bildes hängt von der eingestellten Auflösung des Scanners ab, jedoch bis zu einer bestimmten Grenze. Wenn Sie die Auflösung des Scanners höher als die native Auflösung des Originals einstellen, wird die Qualität des Scanergebnisses im Allgemeinen nicht verbessert. Das soll nicht heißen, dass das Scannen mit einer höheren Auflösung als das Original nutzlos ist. Es gibt eine Reihe von Gründen, warum dies getan werden sollte (z. B. wenn wir das Bild bei der Ausgabe auf einem Monitor oder Drucker vergrößern wollen oder wenn wir Moiré entfernen müssen). An dieser Stelle weisen wir darauf hin, dass die Verbesserung der Qualität des resultierenden Bildes durch Erhöhung der Auflösung des Scanners nicht unbegrenzt ist. Sie können die Scanauflösung erhöhen, ohne die Qualität des resultierenden Bildes zu verbessern, aber seine Größe und Scanzeit erhöhen.

Wir werden in diesem Kapitel mehr als einmal über die Wahl der Scanauflösung sprechen. Die Scannerauflösung ist die maximale Auflösung, die beim Scannen eingestellt werden kann. Welche Art von Auflösung brauchen wir also? Die Antwort hängt davon ab, welche Bilder Sie scannen und auf welchen Geräten Sie sie ausgeben möchten. Nachfolgend geben wir nur Richtwerte an.
Wenn Sie Bilder scannen, um sie später auf einem Bildschirm anzuzeigen, sind 72-100 ppi normalerweise ausreichend. Für die Ausgabe an ein normales Büro oder zu Hause Jet-Drucker- 100-150 ppi, für einen hochwertigen Tintenstrahldrucker - ab 300 ppi.

Beim Scannen von Texten aus Zeitungen, Zeitschriften und Büchern zur Weiterverarbeitung durch Programme zur optischen Zeichenerkennung (OCR - Optical Character Recognition) wird in der Regel eine Auflösung von 200-400 ppi benötigt. Für die Ausgabe auf Bildschirm oder Drucker kann dieser Wert um ein Vielfaches reduziert werden.

Für die Amateurfotografie sind normalerweise 100-300 ppi erforderlich. Für Illustrationen aus luxuriös bedruckten Alben und Broschüren – 300–600 ppi.

Wenn Sie das Bild für die Anzeige auf dem Bildschirm oder Drucker vergrößern möchten, ohne an Qualität (Klarheit) zu verlieren, sollte die Scanauflösung mit einem gewissen Spielraum eingestellt werden, d. H. Erhöhen Sie sie um das 1,5- bis 2-fache im Vergleich zu den Werten \u200b\ u200boben angegeben.

Werbeagenturen benötigen beispielsweise hochwertiges Scannen von Dias und Papiervorlagen. Beim Scannen von Dias zum Drucken im Format 10 x 15 cm ist eine Auflösung von 1200 ppi erforderlich, und im Format A4 - 2400 ppi.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in den meisten Fällen die Hardware-Auflösung des Scanners von 300 ppi ausreicht. Wenn der Scanner eine Auflösung von 600 ppi hat, dann ist das sehr gut.

EINGEFÄRBTE LÖSUNGEN MIT HILFE EINER KONZENTRATION

PHOTOELEKTRISCHES KALORIMETER KFK-2

Zielsetzung: das Phänomen der Lichtabschwächung beim Durchgang durch eine Substanz und die photometrischen Eigenschaften einer Substanz zu untersuchen, das Gerät des photoelektrischen Konzentrationskalorimeters KFK-2 und die Arbeitsweise damit zu untersuchen, die optische Dichte und Konzentration einer Substanz zu bestimmen gefärbte Lösung mit KFK-2.

Instrumente und Zubehör: KFK-2 photoelektrisches Konzentrationskalorimeter, Testlösung, Satz von Standardkonzentrationslösungen.

Theorie der Arbeit

Wenn Licht auf die Grenzfläche zwischen zwei Medien fällt, wird Licht teilweise reflektiert und dringt teilweise von der ersten Substanz in die zweite ein. Leichte elektromagnetische Wellen versetzen sowohl die freien Elektronen des Stoffes als auch die auf den Außenhüllen von Atomen befindlichen gebundenen Elektronen (optische Elektronen) in Schwingung, die Sekundärwellen mit der einfallenden Frequenz aussenden Elektromagnetische Welle. Sekundärwellen bilden eine reflektierte Welle und eine in den Stoff eindringende Welle.

In Stoffen mit hoher Dichte freier Elektronen (Metalle) erzeugen Sekundärwellen eine stark reflektierte Welle, deren Intensität 95 % der Intensität der einfallenden Welle erreichen kann. Der gleiche Teil der Lichtenergie, der in das Metall eindringt, wird darin stark absorbiert und die Energie der Lichtwelle wird in Wärme umgewandelt. Daher reflektieren Metalle das auf sie einfallende Licht stark und sind praktisch undurchsichtig.

In Halbleitern ist die Dichte freier Elektronen geringer als in Metallen, sie absorbieren sichtbares Licht in geringerem Maße und sind im Allgemeinen im Infrarotbereich transparent. Dielektrika absorbieren Licht selektiv und sind nur für bestimmte Teile des Spektrums transparent.

BEIM Allgemeiner Fall wenn Licht auf einen Stoff fällt, der einfallende Lichtstrom F 0 kann als Summe der Lichtströme dargestellt werden:

wo F r- reflektiert, F ein- absorbiert Ф t ist der Lichtstrom, der durch die Substanz geht.

Das Phänomen der Wechselwirkung von Licht mit Materie wird durch dimensionslose Größen beschrieben, die als Reflexions-, Absorptions- und Transmissionskoeffizienten bezeichnet werden. für die gleiche Substanz

r+a +t = 1. (2)

Für undurchsichtige Körper t= 0; für perfekt weiße Körper r= ein; für absolut schwarze Körper a = 1.

Wert wird als optische Dichte der Substanz bezeichnet.

Chancen Ratte charakterisieren die photometrischen Eigenschaften eines Stoffes und werden mit photometrischen Methoden bestimmt.

Photometrische Analyseverfahren sind in der Veterinärmedizin, Tierkunde, Bodenkunde und Materialtechnik weit verbreitet. Bei der Untersuchung von Substanzen, die in einem praktisch nicht absorbierenden Lösungsmittel gelöst sind, basieren photometrische Methoden auf der Messung der Lichtabsorption und auf dem Zusammenhang zwischen Absorption und Konzentration von Lösungen. Geräte, die für die Absorptionsanalyse (Absorption - Absorption) von transparenten Medien ausgelegt sind, werden als Spektrophotometer und Photokalorimeter bezeichnet. Darin werden mit Hilfe von Fotozellen die Farben der untersuchten Lösungen mit dem Standard verglichen.

Der Zusammenhang zwischen der Lichtabsorption einer farbigen Lösung und der Konzentration einer Substanz gehorcht dem kombinierten Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz:

, (3)

wo ich 0 ist die Intensität des auf die Lösung einfallenden Lichtflusses; ich ist die Intensität des Lichtflusses, der durch die Lösung geht; c ist die Konzentration der farbigen Substanz in der Lösung; l- die Dicke der absorbierenden Schicht in der Lösung; k- Absorptionskoeffizient, der von der Art des gelösten Stoffes, des Lösungsmittels, der Temperatur und der Wellenlänge des Lichts abhängt.

Wenn ein mit ausgedrückt in mol/l, und l- in Zentimetern k wird zum molaren Absorptionskoeffizienten und wird mit e l bezeichnet, also:

. (4)

Wenn wir den Logarithmus von (4) nehmen, erhalten wir:

Die linke Seite von Ausdruck (5) ist die optische Dichte der Lösung. Unter Berücksichtigung des Konzepts der optischen Dichte nimmt das Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz die Form an:

d.h. die optische Dichte der Lösung ist unter bestimmten Bedingungen direkt proportional zur Konzentration der gefärbten Substanz in der Lösung und der Dicke der absorbierenden Schicht.

In der Praxis gibt es Abweichungen vom kombinierten Absorptionsgesetz. Dies liegt daran, dass einige farbige Verbindungen in Lösung aufgrund von Dissoziations-, Solvatations-, Hydrolyse-, Polymerisations- und Wechselwirkungsprozessen mit anderen Komponenten der Lösung Veränderungen unterliegen.

Art des Abhängigkeitsdiagramms D = f(c) in Abb. gezeigt. ein.

Farbige Verbindungen weisen eine selektive Lichtabsorption auf, d.h. die optische Dichte der gefärbten Lösung ist für verschiedene Wellenlängen des einfallenden Lichts unterschiedlich. Die Messung der optischen Dichte zur Konzentrationsbestimmung der Lösung erfolgt im Bereich maximaler Absorption, also bei einer Wellenlänge

einfallendes Licht in der Nähe l max.

Um die Konzentration einer Lösung photometrisch zu bestimmen, wird zunächst eine Eichkurve erstellt D = f(c). Bereiten Sie dazu eine Reihe von Standardlösungen vor. Dann werden die Werte ihrer optischen Dichte gemessen und ein Abhängigkeitsdiagramm gezeichnet

D = f(c). Um es zu bauen, müssen Sie 5 - 8 Punkte haben.

Nachdem Sie die optische Dichte der Testlösung experimentell bestimmt haben, finden Sie ihren Wert auf der y-Achse des Kalibrierungsdiagramms D = f(c), und dann wird auf der Abszisse der entsprechende Konzentrationswert abgelesen mit X.

Das in der Arbeit verwendete photoelektrische Konzentrationskalorimeter KFK-2 misst das Verhältnis von Lichtflüssen in getrennten Wellenlängenbereichen im Bereich von 315 - 980 nm, die von Lichtfiltern emittiert werden, und ermöglicht die Bestimmung der Durchlässigkeit und optischen Dichte von Flüssigkeiten Lösungen und Feststoffe sowie die Konzentration von Stoffen in Lösungen Methode zur Erstellung von Eichkurven D = f(c).

Das Prinzip der Messung der optischen Eigenschaften von Substanzen mit dem KFK-2-Photokalorimeter besteht darin, dass Lichtströme abwechselnd auf den Fotodetektor (Fotozelle) gerichtet werden - voll ich 0 und passierte das untersuchte Medium ich und das Verhältnis dieser Flüsse wird bestimmt.

Aussehen Photokalorimeter KFK-2 ist in Abb. 1 dargestellt. 2. Es beinhaltet

selbst eine Lichtquelle, ein optisches Teil, eine Reihe von Lichtfiltern, Fotodetektoren und ein Aufzeichnungsgerät, dessen Skala zum Ablesen der Lichtdurchlässigkeit und der optischen Dichte kalibriert ist. Auf der Vorderseite des KFK-2-Photokalorimeters befinden sich:

1 - Mikroamperemeter mit digitalisierter Skala in Bezug auf den Pro-

Freigaben T und optische Dichte D;

2 - Beleuchtung;

3 - Filterumschaltknopf;

4 - Schaltzelle im Lichtstrahl;

5 - Schalter der Fotodetektoren "Empfindlichkeit";

6 - Knöpfe "Installation 100": "Rough" und "Exact";

7 - Küvettenfach.

Arbeitsauftrag

1. Schalten Sie das Gerät im Netzwerk ein. 10 - 15 Minuten aufwärmen.

2. Stellen Sie bei geöffnetem Küvettenschacht den Zeiger des Mikroamperemeters auf „0“

auf der „T“-Skala.

3. Stellen Sie die minimale Empfindlichkeit ein, dazu die „Sensitivity-

Schalter auf Position „1“, Schalter „Einstellung 100“ „Grob“ ganz links.

4. Stellen Sie eine Küvette mit Lösungsmittel oder Kontrolllösung in den Lichtstrahl.

Rum, gegen den gemessen wird.

5. Schließen Sie den Deckel des Küvettenschachts.

6. Stellen Sie mit den Knöpfen „Sensitivity“ und „Setting 100“ „Coarse“ und „Fine“ ein

Ablesen von 100 auf der Skala des Photokalorimeters. Der „Sensitivity“-Knopf kann sich in einer der drei Positionen „1“, „2“ oder „3“ befinden.

7. Durch Drehen des Knopfes „4“ die Küvette mit dem Lösungsmittel durch die Küvette mit dem Test ersetzen

Lösung.

8. Auf der Skala des Mikroamperemeters ablesen, entsprechend dem Pro-

Freisetzung der Testlösung in Prozent, auf der "T"-Skala oder auf der "D"-Skala - in Einheiten der optischen Dichte.

9. Messen Sie 3–5 Mal und der Endwert des Messwerts ist op-

Bestimmen Sie als arithmetisches Mittel der erhaltenen Werte.

10. Ermitteln Sie den absoluten Messfehler des gewünschten Wertes.

Aufgabe Nummer 1. Untersuchung der Abhängigkeit der optischen Dichte von der Länge

Wellen von einfallendem Licht

1.1. Bestimmen Sie für eine Standardlösung die optische Dichte bei verschiedenen Frequenzen des einfallenden Lichts.

1.2. Tragen Sie die Daten in Tabelle 1 ein.

1.3. Auftragen der Extinktion gegen die Wellenlänge l pa-

Licht geben D = f(l).

1.4. Definieren l und Filternummer für D max .

Tabelle 1

Aufgabe Nummer 2. Überprüfung der Abhängigkeit der optischen Dichte von der Dicke

absorbierende Schicht

2.1. Verwenden Sie für eine Standardlösung einen Lichtfilter mit l D für Küvetten verschiedener Größen.

2.2. Tragen Sie die Daten in Tabelle 2 ein.

Tabelle 2

2.3. Plot-Abhängigkeitsdiagramm D = f(l).

Aufgabennummer 3. Erstellung einer Kalibrierungskurve und Bestimmung der Konzentration

Walkie-Talkies einer unbekannten Lösung

3.1. Verwenden Sie für eine Reihe von Standardlösungen bekannter Konzentration frische

mit filtern l max (siehe Aufgabe Nummer 1), bestimmen D.

3.2. Tragen Sie die Messdaten in Tabelle 3 ein.

Tisch 3

3.3. Erstellen Sie ein Kalibrierungsdiagramm D = f(s).

3.4. Nach Plan D = f(s) Bestimmen Sie die Konzentration der unbekannten Lösung.

Testfragen

1. Das Phänomen der Lichtabschwächung beim Durchgang durch eine Substanz, der Absorptionsmechanismus

zum verschiedene Typen Substanzen.

2. Parameter, die die photometrischen Eigenschaften einer Substanz charakterisieren.

3. Erläutern Sie das Wesen photometrischer Analysemethoden.

4. Formulieren Sie das kombinierte Bouguer-Lambert-Beer-Absorptionsgesetz.

5. Was sind die Gründe für die möglichen Abweichungen der Eigenschaften von Lösungen von den kombinierten?

Übernahmepferd?

6. Molarer Absorptionskoeffizient, seine Definition und die Faktoren, aus denen er hervorgeht

7. Wie ist die Wahl der Wellenlänge der absorbierten Strahlung bei photokalo-

rimetrische Messungen?

1. Wie wird ein Kalibriergraph erstellt?

2. Erklären Sie das Gerät und die Funktionsweise des KFK-2-Photokalorimeters.

3. Wo und warum wird die Absorptionsanalyse eingesetzt?

Literatur

1. T. I. Trofimova, Studiengang Physik. M.: Höher. Schule, 1994. Teil 5, Kap. 24, § 187.

2. I. V. Savelyev, Kurs für Allgemeine Physik. M.: Nauka, 1977. Band 2, Teil 3, Kap. XX,

3. R. I. Grabovsky, Studiengang Physik. St. Petersburg: Lan. 2002. Teil P, Kap. VI, § 50.

LABOR Nr. 4–03