Elk deeltje, of het nu een molecuul, een atoom of een ion is, gaat als gevolg van de absorptie van een lichtkwantum over naar meer hoog niveau energie staat. Meestal vindt de overgang van de grondtoestand naar de aangeslagen toestand plaats. Dit veroorzaakt het verschijnen van bepaalde absorptiebanden in de spectra.

De absorptie van straling leidt ertoe dat wanneer het door een stof gaat, de intensiteit van deze straling afneemt met een toename van het aantal deeltjes van een stof die een bepaalde optische dichtheid heeft. Deze onderzoeksmethode werd in 1795 voorgesteld door V. M. Severgin.

Deze methode is het meest geschikt voor reacties waarbij de analyt in een gekleurde verbinding kan veranderen, wat een verandering in de kleur van de testoplossing veroorzaakt. Door de lichtabsorptie te meten of de kleur te vergelijken met een oplossing met een bekende concentratie, is het gemakkelijk om het percentage van de stof in de oplossing te vinden.

Basiswet van lichtabsorptie

De essentie van fotometrische bepaling bestaat uit twee processen:

  • overdracht van de te bepalen stof in een elektromagnetische trillingen absorberende verbinding;
  • het meten van de intensiteit van absorptie van dezelfde trillingen door een oplossing van de stof die wordt bestudeerd.

Veranderingen in de intensiteit van de lichtstroom die door de lichtabsorberende stof gaat, zullen ook worden veroorzaakt door lichtverliezen als gevolg van reflectie en verstrooiing. Om het resultaat betrouwbaar te maken, worden parallelle studies uitgevoerd om de parameters te meten bij dezelfde laagdikte, in identieke cuvetten, met hetzelfde oplosmiddel. De afname van de lichtintensiteit hangt dus voornamelijk af van de concentratie van de oplossing.

De afname van de intensiteit van het licht dat door de oplossing gaat, wordt gekenmerkt (ook wel transmissie genoemd) T:

T \u003d I / I 0, waarbij:

  • I is de intensiteit van het licht dat door de substantie gaat;
  • I 0 is de intensiteit van de invallende lichtstraal.

Transmissie toont dus het aandeel van de niet-geabsorbeerde lichtstroom die door de bestudeerde oplossing gaat. Omgekeerd algoritme transmissiewaarden worden de optische dichtheid van de oplossing genoemd (D): D \u003d (-lgT) \u003d (-lg) * (I / I 0) \u003d log * (I 0 / I).

Deze vergelijking laat zien welke parameters de belangrijkste zijn voor het onderzoek. Deze omvatten de golflengte van het licht, de dikte van de cuvet, de concentratie van de oplossing en de optische dichtheid.

Wet van Bouguer-Lambert-Beer

Het is een wiskundige uitdrukking die de afhankelijkheid weergeeft van de afname van de intensiteit van een monochromatische lichtstroom van de concentratie van een lichtabsorberende substantie en de dikte van de vloeistoflaag waar het doorheen gaat:

I \u003d I 0 * 10 -ε C ι, waarbij:

  • ε is de lichtabsorptiecoëfficiënt;
  • C is de concentratie van de stof, mol/l;
  • ι is de dikte van de laag van de geanalyseerde oplossing, zie

Na transformatie kan deze formule worden geschreven: I / I 0 \u003d 10 -ε·С·ι.

De essentie van de wet is als volgt: verschillende oplossingen van dezelfde verbinding bij gelijke concentratie en laagdikte in de cel absorberen hetzelfde deel van het licht dat erop valt.

Door de logaritme van de laatste vergelijking te nemen, kunnen we de formule verkrijgen: D = ε * C * ι.

Het is duidelijk dat de optische dichtheid rechtstreeks afhangt van de concentratie van de oplossing en de dikte van de laag. De fysische betekenis van de molaire absorptiecoëfficiënt wordt duidelijk. Het is gelijk aan D voor een éénmolaire oplossing en voor een laagdikte van 1 cm.

Beperkingen op de toepassing van de wet

Dit gedeelte bevat de volgende items:

  1. Het is alleen geldig voor monochromatisch licht.
  2. De coëfficiënt ε is gerelateerd aan de brekingsindex van het medium; bijzonder sterke afwijkingen van de wet kunnen worden waargenomen bij de analyse van sterk geconcentreerde oplossingen.
  3. De temperatuur bij het meten van de optische dichtheid moet constant zijn (binnen een paar graden).
  4. De lichtstraal moet evenwijdig zijn.
  5. De pH van het medium moet constant zijn.
  6. De wet is van toepassing op stoffen waarvan de lichtabsorberende centra deeltjes van hetzelfde type zijn.

Methoden voor het bepalen van de concentratie

Het is de moeite waard om de kalibratiecurvemethode te overwegen. Om het te bouwen, bereidt u een reeks oplossingen (5-10) met verschillende concentraties van de teststof en meet u hun optische dichtheid. Volgens de verkregen waarden wordt een plot van D versus concentratie uitgezet. De grafiek is een rechte lijn vanaf de oorsprong. Hiermee kunt u op basis van de resultaten van metingen eenvoudig de concentratie van een stof bepalen.

Er is ook een additieve methode. Het wordt minder vaak gebruikt dan het vorige, maar het stelt u in staat oplossingen met een complexe samenstelling te analyseren, omdat het rekening houdt met de invloed van aanvullende componenten. De essentie ervan is het bepalen van de optische dichtheid van het medium D x dat de analyt met onbekende concentratie C x bevat, met herhaalde analyse van dezelfde oplossing, maar met toevoeging van een bepaalde hoeveelheid van de testcomponent (C st). De waarde van C x wordt gevonden met behulp van berekeningen of grafieken.

Onderzoek voorwaarden

Om fotometrische studies een betrouwbaar resultaat te geven, moet aan verschillende voorwaarden worden voldaan:

  • de reactie moet snel en volledig, selectief en reproduceerbaar worden voltooid;
  • de kleur van de resulterende substantie moet in de loop van de tijd stabiel zijn en niet veranderen onder invloed van licht;
  • de teststof wordt ingenomen in een hoeveelheid die voldoende is om deze om te zetten in een analytische vorm;
  • optische dichtheidsmetingen worden uitgevoerd in het golflengtebereik waarbij het verschil in absorptie van de initiële reagentia en de geanalyseerde oplossing het grootst is;
  • de lichtabsorptie van de referentieoplossing wordt beschouwd als het optische nulpunt.

Colorimetrie

Van optische methoden analyse in de praktijk van analytische laboratoria, worden colorimetrische methoden het meest gebruikt (van lat. kleur- kleur en Grieks. μετρεω - ik meet). Colorimetrische methoden zijn gebaseerd op het meten van de intensiteit van de lichtstroom die door een gekleurde oplossing gaat.

De colorimetrische methode gebruikt chemische reacties vergezeld van een verandering in de kleur van de geanalyseerde oplossing. Door de lichtabsorptie van zo'n gekleurde oplossing te meten, of door de verkregen kleur te vergelijken met die van een oplossing met een bekende concentratie, wordt het gehalte aan de gekleurde stof in de testoplossing bepaald.

Er is een relatie tussen de kleurintensiteit van de oplossing en het gehalte aan de gekleurde stof in deze oplossing. Deze afhankelijkheid, de basiswet van lichtabsorptie genoemd (of de wet van Bouguer-Lambert-Beer), wordt uitgedrukt door de vergelijking:

ik = ik 0 10 - ε c l

waarbij I de lichtintensiteit is die door de oplossing gaat; I 0 - de intensiteit van het licht dat op de oplossing valt; ε is de lichtabsorptiecoëfficiënt, een constante waarde voor elke gekleurde stof, afhankelijk van de aard ervan; C is de molaire concentratie van de gekleurde stof in de oplossing; l is de dikte van de lichtabsorberende oplossingslaag, zie

fysieke betekenis Deze wet kan als volgt worden uitgedrukt. Oplossingen van dezelfde gekleurde stof bij dezelfde concentratie van deze stof en de dikte van de oplossingslaag absorberen een gelijke hoeveelheid lichtenergie, d.w.z. de lichtabsorptie van dergelijke oplossingen is hetzelfde.

Voor een gekleurde oplossing ingesloten in een glazen cuvette met evenwijdige wanden, kan worden gezegd dat naarmate de concentratie en dikte van de oplossingslaag toenemen, de kleur ervan toeneemt en de intensiteit van het licht dat ik door de absorberende oplossing doorlaat afneemt in vergelijking met de intensiteit van het invallende licht I 0 .



Afb.1 Doorgang van licht door een cuvette met een testoplossing.

De optische dichtheid van de oplossing.

Als we de logaritme nemen van de vergelijking van de basiswet van lichtabsorptie en de tekens omdraaien, dan wordt de vergelijking:

De waarde is zeer belangrijk kenmerk gekleurde oplossing; het wordt de optische dichtheid van de oplossing genoemd en wordt aangeduid met de letter A:

EEN = ε C l

Uit deze vergelijking volgt dat de optische dichtheid van de oplossing recht evenredig is met de concentratie van de gekleurde stof en de dikte van de oplossingslaag.

Met andere woorden, bij dezelfde laagdikte van een oplossing van een bepaalde stof, zal de optische dichtheid van deze oplossing groter zijn naarmate er meer gekleurde stof in zit. Of omgekeerd, bij dezelfde concentratie van een bepaalde gekleurde stof hangt de optische dichtheid van de oplossing alleen af ​​​​van de dikte van de laag. Hieruit kan de volgende conclusie worden getrokken: als twee oplossingen van dezelfde gekleurde stof verschillende concentraties hebben, zal dezelfde kleurintensiteit van deze oplossingen worden bereikt met de dikte van hun lagen omgekeerd evenredig met de concentraties van de oplossingen. Deze conclusie is erg belangrijk, omdat sommige methoden voor colorimetrische analyse erop zijn gebaseerd.



Om de concentratie (C) van een gekleurde oplossing te bepalen, is het dus noodzakelijk om de optische dichtheid (A) te meten. Om de optische dichtheid te meten, moet de intensiteit van de lichtstroom worden gemeten.

De kleurintensiteit van oplossingen kan worden gemeten verschillende methodes. Er zijn subjectieve (of visuele) methoden van colorimetrie en objectieve (of fotocolorimetrische).

Visuele methoden zijn dergelijke methoden waarbij de beoordeling van de kleurintensiteit van de testoplossing met het blote oog wordt gedaan.

Bij objectieve methoden voor colorimetrische bepaling worden fotocellen gebruikt in plaats van directe observatie om de kleurintensiteit van de testoplossing te meten. De bepaling wordt in dit geval uitgevoerd in speciale apparaten - fotocolorimeters, van waaruit de methode fotocolorimetrisch werd genoemd.

Visuele methoden

Visuele methoden zijn onder meer:

1) standaardreeksmethode;

2) duplicatiemethode (colorimetrische titratie);

3) aanpassingsmethode.

Standaard seriemethode. Bij analyse volgens de standaardreeksmethode wordt de kleurintensiteit van de geanalyseerde gekleurde oplossing vergeleken met de kleuren van een reeks speciaal voorbereide standaardoplossingen (met dezelfde dikte van de absorberende laag).

Oplossingen in colorimetrie hebben meestal een intense kleur, dus het is mogelijk om zeer kleine concentraties of hoeveelheden stoffen te bepalen. Dit kan echter gepaard gaan met bepaalde moeilijkheden: op deze manier kunnen monsters voor het bereiden van een reeks standaardoplossingen erg klein zijn. Om deze moeilijkheden te overwinnen wordt standaardoplossing A bereid in een voldoende hoge concentratie, bijvoorbeeld 1 mg/ml. Daarna wordt door verdunning van oplossing A een standaardoplossing B met een veel lagere concentratie bereid, en hieruit wordt op zijn beurt een reeks standaardoplossingen bereid.

Hiervoor moeten de benodigde hoeveelheden reagensoplossingen in gewenste volgorde. Het is raadzaam om delen van de analytoplossing uit de buret toe te voegen, omdat hun volumes zullen verschillend zijn om verschillende concentraties in een reeks standaardoplossingen te bieden. In dit geval moet de initiële oplossing alle componenten bevatten, behalve de analyt. (nul-oplossing). Oplossingen van de benodigde reagentia worden aan de testoplossing toegevoegd. Alle oplossingen worden op een constant volume gebracht en vervolgens wordt de kleurintensiteit van de testoplossing visueel vergeleken met de oplossingen van een reeks standaardoplossingen. Het is mogelijk om de kleurintensiteit af te stemmen op elke oplossing van de serie. Dan wordt aangenomen dat honderd testoplossing dezelfde concentratie heeft of dezelfde hoeveelheid van de analyt bevat. Als de kleurintensiteit tussen naburige oplossingen van de reeks lijkt te liggen, wordt de concentratie of inhoud van de analyt beschouwd als het rekenkundig gemiddelde tussen de oplossingen van de reeks.

Colorimetrische titratie (duplicatie methode). Deze methode is gebaseerd op het vergelijken van de kleur van de geanalyseerde oplossing met de kleur van een andere oplossing. - controle. Om een ​​controle-oplossing te bereiden, bereidt u een oplossing voor die alle componenten van de testoplossing bevat, met uitzondering van de analyt, en alle reagentia die bij de bereiding van het monster zijn gebruikt, en voegt u de standaardoplossing van de analyt uit de buret eraan toe. Wanneer zoveel van deze oplossing wordt toegevoegd dat de kleurintensiteit van de controle- en de geanalyseerde oplossing gelijk wordt, wordt ervan uitgegaan dat de geanalyseerde oplossing dezelfde hoeveelheid analyt bevat als die in de controle-oplossing is gebracht.

Egalisatie methode. Deze methode is gebaseerd op het egaliseren van de kleuren van de geanalyseerde oplossing en een oplossing met een bekende concentratie van de analyt - een standaardoplossing. Er zijn twee mogelijkheden om met deze methode een colorimetrische bepaling uit te voeren.

Volgens de eerste optie wordt de egalisatie van de kleuren van twee oplossingen met verschillende concentraties van de gekleurde substantie uitgevoerd door de dikte van de lagen van deze oplossingen te veranderen met dezelfde sterkte van de lichtstroom die door de oplossingen gaat. In dit geval zal, ondanks het verschil in concentratie van de geanalyseerde en standaardoplossingen, de intensiteit van de lichtstroom die door beide lagen van deze oplossingen gaat, hetzelfde zijn. De verhouding tussen de dikte van de lagen en de concentraties van de gekleurde stof in de oplossingen op het moment van egalisatie van de kleuren wordt uitgedrukt door de vergelijking:

ik 1= C2

waarbij l 1 de dikte is van de oplossingslaag met de concentratie van de gekleurde stof C 1 , en l 2 de dikte is van de oplossingslaag met de concentratie van de gekleurde stof C 2 .

Op het moment van gelijkheid van kleuren is de verhouding van de dikten van de lagen van de twee vergeleken oplossingen omgekeerd evenredig met de verhouding van hun concentraties.

Op basis van de bovenstaande vergelijking kan men, door de dikte van de lagen van twee identiek gekleurde oplossingen te meten en de concentratie van een van deze oplossingen te kennen, eenvoudig de onbekende concentratie van de gekleurde stof in de andere oplossing berekenen.

Om de dikte te meten van de laag waar de lichtstroom doorheen gaat, kunnen glazen cilinders of reageerbuizen worden gebruikt, en bij meer precieze definities speciale apparaten - colorimeters.

Volgens de tweede optie, om de kleuren van twee oplossingen met verschillende concentraties van de gekleurde substantie gelijk te maken, gaat u door lagen oplossingen van dezelfde dikte lichte stromen wisselende intensiteit.

In dit geval hebben beide oplossingen dezelfde kleur als de verhouding van de logaritmen van de intensiteiten van de invallende lichtstromen gelijk is aan de verhouding van de concentraties.

Op het moment dat de twee vergeleken oplossingen dezelfde kleur krijgen, met een gelijke dikte van hun lagen, zijn de concentraties van de oplossingen recht evenredig met de logaritmen van de intensiteiten van het licht dat erop valt.

Volgens de tweede optie kan de bepaling alleen met een colorimeter worden uitgevoerd.

Optische dichtheid

D, een maat voor de ondoorzichtigheid van een laag materie voor lichtstralen. Gelijk aan de logaritme met grondtal 10 van de stralingsfluxverhouding (Zie stralingsflux) F 0 invallend op de laag tot een stroom verzwakt als gevolg van absorptie en verstrooiing F door deze laag gaan: D=lg( F 0 /F), anders is O. p. de logaritme van het omgekeerde van de transmissiecoëfficiënt van de substantielaag: D= lg(1/τ). (De decimale logaritme lg wordt vervangen door de natuurlijke logaritme logaritme logaritme logaritme lg, die soms wordt gebruikt.) Het concept van een natuurlijke limiet werd geïntroduceerd door R. Bunsen; het wordt gebruikt om de verzwakking van optische straling (licht) in lagen en films van verschillende stoffen (kleurstoffen, oplossingen, gekleurde en melkachtige glazen en vele andere) in lichtfilters en andere optische producten te karakteriseren. Densitometrie wordt vooral veel gebruikt voor de kwantitatieve evaluatie van ontwikkelde fotografische lagen in zowel zwart-wit- als kleurenfotografie, waarbij meetmethoden de inhoud vormen van een aparte discipline, densitometrie. Er zijn verschillende soorten optische straling, afhankelijk van de aard van de invallende straling en de methode voor het meten van de uitgezonden stralingsfluxen ( rijst. ).

De OP hangt af van de reeks frequenties ν (golflengten λ) die de initiële stroom kenmerkt; de waarde ervan voor het grensgeval van één enkele ν wordt monochromatisch op genoemd. rijst. , a) de monochromatische O. p. van een laag van een niet-verstrooiend medium (zonder rekening te houden met correcties voor reflectie van de voor- en achtergrenzen van de laag) is 0,4343 k ν ik, Waar k ν - natuurlijke absorptie-index van de omgeving, ik- laagdikte ( k ν ik= κ kl- indicator in de vergelijking van Bouguer - Lambert - Beer law a; als verstrooiing in het medium niet kan worden verwaarloosd, kν wordt vervangen door de natuurlijke verzwakkingsindex). Voor een mengsel van niet-reagerende stoffen of een set media die achter elkaar zijn gerangschikt, is de OD van dit type additief, d.w.z. het is gelijk aan de som van dezelfde OD van respectievelijk individuele stoffen of individuele media. Hetzelfde geldt voor reguliere niet-monochromatische optische straling (straling met een complexe spectrale samenstelling) in het geval van media met niet-selectieve absorptie (onafhankelijk van ν). Regelmatig niet-monochromatisch De opp van een set media met selectieve absorptie is kleiner dan de som van de opp van deze media. (Voor apparaten voor het meten van O. p., zie de artikelen Densitometer, Microfotometer, Spectrozonale luchtfotografie, spectrosensitometer, spectrofotometer, fotometer.)

Lett.: Gorohovsky Yu.N., Levenberg T.M., Algemene sensitometrie. Theorie en praktijk, M., 1963; James T., Higgins J., Grondbeginselen van de theorie van het fotografische proces, vert. uit het Engels, M., 1954.

LN Kaporsky.

Soorten optische dichtheid van de mediumlaag afhankelijk van de geometrie van het incident en de methode voor het meten van de uitgezonden stralingsflux (in het sensitometrische systeem dat in de USSR is aangenomen): , die de oorspronkelijke richting behielden; b) om de integrale optische dichtheid D s te bepalen, wordt een parallelle stroom loodrecht op de laag gericht, wordt de gehele voorbije stroom gemeten; c) en d) twee meetmethoden die worden gebruikt om twee soorten diffuse optische dichtheid D ≠ (invallende flux - ideaal verstrooid) te bepalen. Het verschil D II - D ε dient als maat voor de lichtverstrooiing in de gemeten laag.


Grote Sovjet-encyclopedie. - M.: Sovjet-encyclopedie. 1969-1978 .

Zorgen voor voldoende optische densiteit (opvulling) van tekens en afbeeldingen op de pagina is een belangrijke factor bij de subjectieve beoordeling van de afdrukkwaliteit. Onregelmatigheden in het elektrofotografische proces kunnen ongewenste donkere variaties (fills) in het beeld veroorzaken. Deze afwijkingen kunnen binnen aanvaardbare limieten liggen of daarbuiten. De waarde van deze toegestane afwijkingen is ingesteld specificaties voor verbruiksartikelen voor een specifiek apparaat en kan aanzienlijk variëren voor verschillende apparaten. Objectieve beoordeling vuldichtheid kenmerkt de heterogeniteit van het proces en wordt gedefinieerd als de limiet en standaarddeviatie van de reflectiecoëfficiënt van het afgedrukte teken over de pagina.

De term optische dichtheid wordt gebruikt om de mate van lichttransmissie te karakteriseren - voor transparante objecten en reflectie - voor ondoorzichtig. Het wordt gekwantificeerd als de decimale logaritme van het omgekeerde van de transmissie (reflectie). In de elektrografie wordt deze term gebruikt om de kwaliteit van beeldelementen te evalueren op kopieën die onder bepaalde ontwikkelingsomstandigheden zijn verkregen (met een bepaald type toner, schatting van de contrastwaarde van een elektrostatisch latent beeld, kopieerkwaliteit met een bepaalde ontwikkelingsmethode, enz.) . In de grafische industrie wordt dit kenmerk gebruikt om het publiceren van originelen, tussentijdse afbeeldingen en afdrukken te evalueren.

Optische dichtheid wordt aangeduid met OD (Optical Density) of simpelweg D. De minimale waarde van optische dichtheid D=0 komt overeen met witte kleur. Hoe meer licht door het medium wordt geabsorbeerd, hoe donkerder het is, d.w.z. zwart heeft bijvoorbeeld een hogere optische dichtheid dan grijs.

Reflectie is als volgt gerelateerd aan optische dichtheid en contrastdichtheid:

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

waarbij D de optische dichtheid van het beeld is;

R pt - reflectiecoëfficiënt op het meetpunt;

D c - contrastdichtheid;

R pr - papierreflectie.

De waarden van de optische beelddichtheid op kopieën voor zwart in elektrografie voor verschillende apparaten (zoals hierboven vermeld) zijn aanzienlijk verschillend. Over het algemeen volgens de specificaties van de tonerfabrikanten voor laserprinters deze waarden (het minimaal toegestane in de normale toestand van de apparatuur) liggen in het bereik van 1,3D tot 1,45D. Voor kwaliteitstoners neemt de optische dichtheid waarden aan in het bereik van 1,45D tot 1,5D en is niet hoger dan 1,6D. In specificaties is het gebruikelijk om grenzen te stellen aan de ondergrens met een standaarddeviatie in optische densiteit van 0,01.

De waarde van optische dichtheid wordt gemeten met een speciaal apparaat - een densitometer, waarvan het werkingsprincipe is gebaseerd op het meten van de door de afdruk gereflecteerde stroom en het omzetten van deze indicator in eenheden van optische dichtheid.

Bij elektrografie wordt de optische densiteit van afbeeldingen gebruikt om de ontwikkelaar (toner) te karakteriseren om onder bepaalde omstandigheden de vereiste waarden van de optische densiteit van lijnen met een vaste breedte te bepalen voor het ontwikkelen of karakteriseren van een elektrofotografisch beeld op kopieën in de modus van nominale werking van de apparatuur

concept optische dichtheid(Optical Density) verwijst voornamelijk naar het origineel dat wordt gescand. Deze parameter kenmerkt het vermogen van het origineel om licht te absorberen; het wordt aangeduid als D of OD. De optische densiteit wordt berekend als de logaritme van de verhouding van de intensiteit van het invallende licht en de intensiteit van gereflecteerd (in het geval van ondoorzichtige originelen) of doorgelaten (in het geval van transparante originelen). De minimale optische dichtheid (D min) komt overeen met het lichtste (transparante) gebied van het origineel en de maximale dichtheid (D max) komt overeen met het donkerste (minst transparante) gebied. Het bereik van mogelijke optische dichtheidswaarden ligt tussen 0 (perfect wit of volledig transparant origineel) en 4 (zwart of volledig ondoorzichtig origineel).

Typische optische densiteitswaarden voor sommige typen originelen worden weergegeven in de volgende tabel:

Het dynamische bereik van een scanner wordt bepaald door de maximale en minimale waarden van optische dichtheid en kenmerkt zijn vermogen om mee te werken verschillende types originelen. Het dynamisch bereik van een scanner is gerelateerd aan zijn bitdiepte (kleurbitdiepte): hoe hoger de bitdiepte, hoe groter het dynamisch bereik en vice versa. Voor veel flatbed scanners, voornamelijk voor kantoorwerk, is deze parameter niet opgegeven. In dergelijke gevallen wordt aangenomen dat de waarde van de optische dichtheid ongeveer 2,5 is (typische waarde voor 24-bits kantoorscanners). Voor een 30-bits scanner is deze parameter gelijk aan 2.6-3.0 en voor een 36-bits scanner - vanaf 3.0 en hoger.

Naarmate het dynamische bereik toeneemt, reproduceert de scanner de helderheidsgradatie beter in zeer lichte en zeer donkere delen van het beeld. Integendeel, als het dynamische bereik onvoldoende is, gaan beelddetails en vloeiende kleurovergangen in donkere en lichte gebieden verloren.

Toestemming

Resolutie of scannerresolutie- een parameter die de maximale nauwkeurigheid of mate van detail kenmerkt in de weergave van het origineel in digitale vorm. Resolutie wordt gemeten in pixels per centimeter(pixels per inch, ppi). Vaak wordt de resolutie aangegeven in dots per inch (dpi), maar deze eenheid is traditioneel voor uitvoerapparaten (printers). Over resolutie gesproken, we zullen ppi gebruiken. Onderscheid hardware (optisch) en interpolatieresolutie van de scanner.

Hardware (optische) resolutie

Hardware (optische) resolutie (hardware/optische resolutie) is direct gerelateerd aan de plaatsingsdichtheid van lichtgevoelige elementen in de scannermatrix. Dit is de belangrijkste parameter van de scanner (meer bepaald het optisch-elektronische systeem). Meestal wordt de horizontale en verticale resolutie gespecificeerd, bijvoorbeeld 300x600 ppi. U moet zich concentreren op een kleinere waarde, d.w.z. op de horizontale resolutie. De verticale resolutie, die meestal het dubbele is van de horizontale resolutie, wordt uiteindelijk verkregen door interpolatie (het verwerken van de resultaten van direct scannen) en is niet direct gerelateerd aan de densiteit van de sensorelementen (dit is de zogenaamde dubbele stap resolutie). Om de resolutie van de scanner te verhogen, moet u de grootte van het lichtgevoelige element verkleinen. Maar naarmate de grootte kleiner wordt, gaat de gevoeligheid van het element voor licht verloren en als gevolg daarvan verslechtert de signaal-ruisverhouding. Het verhogen van de resolutie is dus een niet-triviaal technisch probleem.

Interpolatie resolutie

Geïnterpoleerde resolutie - resolutie van het beeld verkregen als resultaat van verwerking (interpolatie) van het gescande origineel. Deze kunstmatige resolutie-opschaling verbetert de beeldkwaliteit meestal niet. Stel je voor dat de daadwerkelijk gescande afbeeldingspixels uit elkaar worden bewogen en dat "berekende" pixels in de resulterende openingen worden ingevoegd, in zekere zin vergelijkbaar met hun buren. Het resultaat van een dergelijke interpolatie hangt af van het algoritme, maar niet van de scanner. Deze bewerking kan echter worden uitgevoerd met behulp van een grafische editor, zoals Photoshop, en zelfs beter dan die van uzelf. software scanner. De interpolatieresolutie is in de regel meerdere malen groter dan die van de hardware, maar in de praktijk betekent dit niets, hoewel het de koper kan misleiden. Een belangrijke parameter is juist de hardware (optische) resolutie.

Het technisch paspoort van de scanner geeft soms gewoon de resolutie aan. In dit geval bedoelen we hardware (optische) resolutie. Vaak wordt zowel hardware- als interpolatieresolutie aangegeven, bijvoorbeeld 600x 1200 (9600) ppi. Hier is 600 de hardwareresolutie en 9600 de interpolatie.

Lijn zichtbaarheid

Detecteerbaarheid van lijnen - maximaal aantal parallelle lijnen per inch, die door de scanner als afzonderlijke lijnen worden weergegeven (zonder plakken). Deze parameter kenmerkt de geschiktheid van de scanner voor het werken met tekeningen en andere afbeeldingen die veel kleine details bevatten. De waarde wordt gemeten in lijnen per inch (lijnen per inch, Ipi).

Welke scannerresolutie moet ik kiezen?

Deze vraag wordt het vaakst gesteld bij het kiezen van een scanner, aangezien resolutie een van de belangrijkste parameters van een scanner is, waarvan de mogelijkheid om scanresultaten van hoge kwaliteit te verkrijgen in hoge mate afhangt. Dit betekent echter helemaal niet dat men moet streven naar de hoogst mogelijke resolutie, vooral omdat het duur is.

Bij het ontwikkelen van vereisten voor scannerresolutie is het belangrijk om de algemene aanpak te begrijpen. De scanner is een apparaat dat optische informatie over het origineel omzet in digitale vorm en daarom de bemonstering uitvoert. In dit stadium van overweging lijkt het erop dat hoe fijner de discretisatie (hoe groter de resolutie), hoe lager het verlies van de oorspronkelijke informatie. Scanresultaten zijn echter bedoeld om te worden weergegeven met behulp van een uitvoerapparaat, zoals een monitor of printer. Deze apparaten hebben hun eigen resolutie. Ten slotte heeft het menselijk oog de mogelijkheid om beelden glad te strijken. Daarnaast hebben gedrukte originelen verkregen door middel van druk of door middel van een printer ook een discrete structuur (gedrukte zeefdruk), hoewel dit met het blote oog misschien niet waarneembaar is. Deze originelen hebben hun eigen resolutie.
Er is dus een origineel met een eigen resolutie, een scanner met een eigen resolutie en een scanresultaat waarvan de kwaliteit zo hoog mogelijk moet zijn. De kwaliteit van het resulterende beeld is afhankelijk van de ingestelde resolutie van de scanner, maar tot een bepaalde grens. Als u de resolutie van de scanner hoger instelt dan de oorspronkelijke resolutie van het origineel, zal de kwaliteit van het scanresultaat over het algemeen niet verbeteren. Dit wil niet zeggen dat scannen met een hogere resolutie dan het origineel nutteloos is. Er zijn een aantal redenen waarom dit moet worden gedaan (bijvoorbeeld wanneer we het beeld gaan vergroten bij uitvoer naar een monitor of printer, of wanneer we moiré moeten verwijderen). Hier vestigen we de aandacht op het feit dat de verbetering van de kwaliteit van het resulterende beeld door de resolutie van de scanner te verhogen niet onbeperkt is. U kunt de scanresolutie verhogen zonder de kwaliteit van de resulterende afbeelding te verbeteren, maar de grootte en scantijd te vergroten.

We zullen het in dit hoofdstuk meer dan eens hebben over de keuze van de scanresolutie. Scannerresolutie is de maximale resolutie die kan worden ingesteld bij het scannen. Dus wat voor soort resolutie hebben we nodig? Het antwoord hangt af van welke afbeeldingen u gaat scannen en van welke apparaten u wilt uitvoeren. Hieronder geven we alleen indicatieve waarden.
Ga je afbeeldingen scannen om ze later op een beeldscherm weer te geven, dan is 72-100ppi meestal voldoende. Voor uitvoer naar een normaal kantoor of thuis straal printer- 100-150 ppi, voor een hoogwaardige inkjetprinter - vanaf 300 ppi.

Bij het scannen van teksten uit kranten, tijdschriften en boeken voor verdere verwerking door programma's voor optische tekenherkenning (OCR - Optical Character Recognition) is meestal een resolutie van 200-400 ppi vereist. Voor uitvoer naar het scherm of de printer kan deze waarde meerdere malen worden verlaagd.

Voor amateurfotografie is meestal 100-300 ppi vereist. Voor illustraties uit luxe gedrukte albums en boekjes - 300-600ppi.

Als u de afbeelding gaat vergroten voor weergave op het scherm of de printer zonder kwaliteitsverlies (duidelijkheid), dan moet de scanresolutie met enige marge worden ingesteld, d.w.z. deze 1,5-2 keer verhogen in vergelijking met de bovenstaande waarden.

Reclamebureaus hebben bijvoorbeeld hoogwaardige scans van dia's en papieren originelen nodig. Bij het scannen van dia's voor afdrukken in formaat 10x15 cm is een resolutie van 1200 ppi vereist en in A4-formaat - 2400 ppi.
Samenvattend kunnen we zeggen dat in de meeste gevallen de hardwareresolutie van de scanner van 300 ppi voldoende is. Als de scanner een resolutie heeft van 600 ppi, dan is dit erg goed.

GEKLEURDE OPLOSSINGEN MET BEHULP VAN EEN CONCENTRATIE

FOTO-ELEKTRISCHE CALORIMETER KFK-2

Doel van het werk: om het fenomeen van lichtverzwakking te bestuderen bij het passeren van een stof en de fotometrische eigenschappen van een stof, om het apparaat van de foto-elektrische calorimeter KFK-2 en de methode om ermee te werken te bestuderen, om de optische dichtheid en concentratie van een stof te bepalen gekleurde oplossing met KFK-2.

Instrumenten en toebehoren: KFK-2 concentratie foto-elektrische calorimeter, testoplossing, set standaard concentratieoplossingen.

Theorie van het werk

Wanneer licht op het grensvlak tussen twee media valt, wordt licht gedeeltelijk gereflecteerd en dringt het gedeeltelijk door van de eerste substantie in de tweede. Lichte elektromagnetische golven brengen zowel de vrije elektronen van de substantie als de gebonden elektronen op de buitenste schillen van atomen (optische elektronen) in oscillerende beweging, die secundaire golven uitzenden met een frequentie van het incident elektromagnetische golf. Secundaire golven vormen een gereflecteerde golf en een golf die de substantie binnendringt.

In stoffen met een hoge dichtheid aan vrije elektronen (metalen) genereren secundaire golven een sterk gereflecteerde golf, waarvan de intensiteit 95% van de intensiteit van de invallende golf kan bereiken. Hetzelfde deel van de lichtenergie dat in het metaal doordringt, wordt daarin sterk geabsorbeerd en de energie van de lichtgolf wordt omgezet in warmte. Daarom reflecteren metalen het licht dat erop valt sterk en zijn ze praktisch ondoorzichtig.

In halfgeleiders is de dichtheid van vrije elektronen kleiner dan in metalen, en ze absorberen zichtbaar licht in mindere mate en zijn over het algemeen transparant in het infrarode gebied. Diëlektrica absorberen licht selectief en zijn alleen transparant voor bepaalde delen van het spectrum.

IN algemeen geval wanneer licht op een stof valt, de invallende lichtstroom F 0 kan worden weergegeven als de som van lichtstromen:

Waar F r- weerspiegeld, F een- geabsorbeerd t is de lichtstroom die door de stof gaat.

Het fenomeen van de interactie van licht met materie wordt beschreven door dimensieloze grootheden, die de reflectie-, absorptie- en transmissiecoëfficiënten worden genoemd. voor dezelfde stof

r+a +T = 1. (2)

Voor ondoorzichtige lichamen T= 0; voor perfect witte lichamen r= 1; voor absoluut zwarte lichamen A = 1.

Waarde wordt de optische dichtheid van de stof genoemd.

Kansen Rat karakteriseren de fotometrische eigenschappen van een stof en worden bepaald door fotometrische methoden.

Fotometrische analysemethoden worden veel gebruikt in de diergeneeskunde, dierkunde, bodemkunde en materiaaltechnologie. Bij de studie van stoffen die zijn opgelost in een praktisch niet-absorberend oplosmiddel, zijn fotometrische methoden gebaseerd op het meten van de absorptie van licht en op de relatie tussen absorptie en concentratie van oplossingen. Apparaten die zijn ontworpen voor absorptie (absorptie - absorptie) analyse van transparante media worden spectrofotometers en fotocalorimeters genoemd. Daarin worden met behulp van fotocellen de kleuren van de bestudeerde oplossingen vergeleken met de standaard.

De relatie tussen de absorptie van licht door een gekleurde oplossing en de concentratie van een stof volgt de gecombineerde wet van Bouguer-Lambert-Beer:

, (3)

Waar I 0 is de intensiteit van de lichtstroom die op de oplossing valt; I is de intensiteit van de lichtstroom die door de oplossing gaat; C is de concentratie van de gekleurde stof in de oplossing; ik- de dikte van de absorberende laag in de oplossing; k- absorptiecoëfficiënt, die afhangt van de aard van de opgeloste stof, het oplosmiddel, de temperatuur en de golflengte van het licht.

Als Met uitgedrukt in mol/l, en ik- in centimeters k wordt de molaire absorptiecoëfficiënt en wordt aangeduid met e l , dus:

. (4)

Als we de logaritme van (4) nemen, krijgen we:

De linkerkant van uitdrukking (5) is de optische dichtheid van de oplossing. Rekening houdend met het concept van optische dichtheid, zal de wet van Bouguer - Lambert - Beer de vorm aannemen:

d.w.z. de optische dichtheid van de oplossing onder bepaalde omstandigheden is recht evenredig met de concentratie van de gekleurde stof in de oplossing en de dikte van de absorberende laag.

In de praktijk zijn er gevallen van afwijking van de gecombineerde absorptiewet. Dit komt omdat sommige gekleurde verbindingen in oplossing veranderingen ondergaan als gevolg van de processen van dissociatie, solvatatie, hydrolyse, polymerisatie en interactie met andere componenten van de oplossing.

Type afhankelijkheidsgrafiek D = f(c) weergegeven in afb. 1.

Gekleurde verbindingen vertonen selectieve absorptie van licht, d.w.z. de optische dichtheid van de gekleurde oplossing is verschillend voor verschillende golflengten van het invallende licht. De meting van de optische dichtheid om de concentratie van de oplossing te bepalen, wordt uitgevoerd in het gebied van maximale absorptie, d.w.z. bij een golflengte

invallend licht dichtbij ik max.

Om de concentratie van een oplossing fotometrisch te bepalen, wordt eerst een kalibratiegrafiek gebouwd D = f(c). Bereid hiervoor een reeks standaardoplossingen voor. Vervolgens worden de waarden van hun optische dichtheid gemeten en wordt een afhankelijkheidsgrafiek uitgezet

D = f(c). Om het te bouwen, moet je 5 - 8 punten hebben.

Nadat u de optische dichtheid van de testoplossing experimenteel hebt bepaald, zoekt u de waarde op de y-as van de kalibratiegrafiek D = f(c), en vervolgens wordt de bijbehorende concentratiewaarde op de abscis-as afgelezen Met X.

De KFK-2 foto-elektrische concentratiecalorimeter die in het werk wordt gebruikt, is ontworpen om de verhouding van lichtstromen in afzonderlijke secties van golflengten in het bereik van 315 - 980 nm te meten die worden uitgezonden door lichtfilters, en stelt u in staat de doorlaatbaarheid en optische dichtheid van vloeistof te bepalen oplossingen en vaste stoffen, evenals de concentratie van stoffen in oplossingen methode voor het maken van kalibratiegrafieken D = f(c).

Het principe van het meten van de optische eigenschappen van stoffen met de KFK-2 fotocalorimeter is dat lichtstromen afwisselend naar de fotodetector (fotocel) worden geleid - vol I 0 en ging door het bestudeerde medium I en de verhouding van deze stromen wordt bepaald.

Verschijning fotocalorimeter KFK-2 wordt getoond in Fig. 2. Het omvat

zelf een lichtbron, een optisch onderdeel, een set filters, fotodetectoren en een opnameapparaat, waarvan de schaal is gekalibreerd voor lichttransmissie en optische dichtheidsmetingen. Op het voorpaneel van de KFK-2 fotocalorimeter bevinden zich:

1 - microampèremeter met een schaal gedigitaliseerd in termen van de coëfficiënt van pro-

releases T en optische dichtheid D;

2 - verlichting;

3 - filterschakelknop;

4 - schakelcel in de lichtbundel;

5 - schakelaar van fotodetectoren "Gevoeligheid";

6 - knoppen "Installatie 100": "Ruw" en "Exact";

7 - cuvettencompartiment.

Werkorder

1. Schakel het apparaat in het netwerk in. Opwarmen gedurende 10 - 15 minuten.

2. Met het celcompartiment open, zet u de wijzer van de microampèremeter op "0"

op de "T"-schaal.

3. Stel de minimale gevoeligheid in, hiervoor is de “Gevoeligheid-

schakel naar stand “1”, schakel “Instelling 100” “Grof” naar de meest linkse stand.

4. Plaats een cuvet met oplosmiddel of controleoplossing in de lichtstraal.

rum waartegen de meting wordt uitgevoerd.

5. Sluit het deksel van het cellencompartiment.

6. Gebruik de "Sensitivity" en "Setting 100" knoppen "Coarse" en "Fine" om in te stellen

lezing 100 op de schaal van de fotocalorimeter. De knop "Gevoeligheid" kan in een van de drie standen "1", "2" of "3" staan.

7. Door aan knop "4" te draaien, vervangt u de cuvet met het oplosmiddel door de cuvet met de test

oplossing.

8. Lees af op de schaal van de microampèremeter, overeenkomend met de pro- coëfficiënt

afgifte van de testoplossing in procenten, op de "T"-schaal of op de "D"-schaal - in eenheden van optische dichtheid.

9. Voer 3-5 keer metingen uit en de uiteindelijke waarde van de gemeten waarde is

Bepaal als rekenkundig gemiddelde van de verkregen waarden.

10. Bepaal de absolute meetfout van de gewenste waarde.

Taak nummer 1. Bestuderen van de afhankelijkheid van optische dichtheid van lengte

Golven van invallend licht

1.1. Bepaal voor een standaardoplossing de optische dichtheid bij verschillende frequenties van het invallende licht.

1.2. Vul de gegevens in tabel 1 in.

1.3. Plot absorptie versus golflengte ik vader-

licht geven D = f(l).

1.4. Definiëren ik en filternummer voor D max .

tafel 1

Taak nummer 2. Controle van de afhankelijkheid van optische dichtheid van dikte

absorberende laag

2.1. Gebruik voor een standaardoplossing een lichtfilter met ik D voor cuvetten van verschillende afmetingen.

2.2. Vul de gegevens in tabel 2 in.

tafel 2

2.3. Plot afhankelijkheidsgrafiek D = f(l).

Taak nummer 3. Een kalibratiegrafiek maken en de concentratie bepalen

Walkietalkies van een onbekende oplossing

3.1. Gebruik voor een reeks standaardoplossingen met een bekende concentratie vers

mee filteren ik max (zie opgave nummer 1), bepaal D.

3.2. Voer de meetgegevens in tabel 3 in.

tafel 3

3.3. Maak een kalibratiegrafiek D = f(s).

3.4. Op schema D = f(s) bepaal de concentratie van de onbekende oplossing.

Controle vragen

1. Het fenomeen van verzwakking van licht bij het passeren van een substantie, het mechanisme van absorptie

voor verschillende soorten stoffen.

2. Parameters die de fotometrische eigenschappen van een stof karakteriseren.

3. Leg de essentie van fotometrische analysemethoden uit.

4. Formuleer de gecombineerde absorptiewet van Bouguer-Lambert-Beer.

5. Wat zijn de redenen voor de mogelijke afwijkingen van de eigenschappen van oplossingen van de gecombineerde

overname paard?

6. Molaire absorptiecoëfficiënt, de definitie ervan en de factoren waaruit deze bestaat

7. Hoe is de keuze van de golflengte van geabsorbeerde straling in het geval van fotocalorieën?

Rimetrische metingen?

1. Hoe wordt een kalibratiegrafiek opgebouwd?

2. Leg het apparaat en het werkingsprincipe van de KFK-2 fotocalorimeter uit.

3. Waar en waarom wordt absorptieanalyse gebruikt?

Literatuur

1. T. I. Trofimova, cursus natuurkunde. M.: Hoger. school, 1994. Deel 5, hfdst. 24, § 187.

2. I.V. Savelyev, cursus algemene natuurkunde. M.: Nauka, 1977. Deel 2, deel 3, hfst. XX,

3. R. I. Grabovsky, cursus natuurkunde. Sint-Petersburg: Lan. 2002. Deel P, hoofdstuk. VI, § 50.

LABO #4–03