Оптична щільність. Фотоколориметри

Забезпечення достатньої оптичної щільності(заливання) знаків та зображень на сторінці є важливим факторому суб'єктивній оцінці якості друку. Порушення в електрофотографічному процесі можуть спричинити небажані відхилення темряви (заливання) зображення. Ці відхилення можуть бути в допустимих межах або виходити з них. Розмір цих допустимих відхилень встановлюється в технічних умовна витратні матеріали до конкретного апарату і може суттєво відрізнятись для різних апаратів. Об'єктивна оцінкащільність заливки характеризує неоднорідність процесу і визначається як межа та стандартне відхилення коефіцієнта відображення друкованого знака поперек сторінки.

Термін оптична щільність використовується для характеристики міри пропускання світла – для прозорих об'єктів та відображення – для непрозорих. Кількісно визначається, як десятковий логарифмвеличини, зворотного коефіцієнтапропускання (відображення). В електрографії цей термін використовується для оцінки якості елементів зображення на копіях, отриманих при певних умовпрояви (використання певного типу тонера, оцінки величини розмаїття прихованого електростатичного зображенняякості копій при застосуванні того чи іншого способу прояву і т. д.). У поліграфії ця характеристика використовується для оцінки видавничих оригіналів, проміжних зображень та відбитків.

Оптична густина позначається OD(Optical Density) або просто D. Мінімальне значення оптичної густини D=0 відповідає білого кольору. Чим більше світлапоглинається середовищем, тим вона темніша, тобто, наприклад, чорний колір має більшу оптичну густину, ніж сірий.

Коефіцієнт відображення пов'язаний з оптичною щільністю та щільністю розмаїття наступним чином:

D = lg (1/R pr) та D c = R pr /R pt

де D – оптична щільність зображення;

R pt - коефіцієнт відображення у точці вимірювання;

D c - щільність розмаїття;

R pr – коефіцієнт відображення паперу.

Значення оптичної щільності зображення на копіях для чорного електрографії для різних апаратів (як зазначалося вище) істотно різні. Як правило, за специфікаціями виробників тонера для лазерних принтерів ці значення (мінімально допустимі при нормальному станіапаратури) лежать у діапазоні від 1,3D до 1,45D. Для якісних тонерів оптична щільність набуває значення в діапазоні від 1,45D до 1,5D і не перевищують 1,6D. У технічних умовах прийнято встановлювати обмеження по нижньому допустимої межізі стандартним відхиленнямпо оптичній густині 0,01.

Величину оптичної щільності вимірюють спеціальним приладом - денситометром, принцип роботи якого заснований на вимірі потоку, відбитого від відбитка та перерахунку цього показника одиниці виміру оптичної щільності.

В електрографії оптичну густину зображень використовують для характеристики проявника (тонера) з метою визначення необхідних значень оптичної густини ліній встановленої ширини за певних умов прояву або характеристики електрофотографічного зображення на копіях в режимі номінального функціонування апаратури

Розширення

Дозвіл (Resolution) або роздільна здатність сканера- Параметр, що характеризує максимальну точність або ступінь детальності подання оригіналу в цифровому вигляді. Дозвіл вимірюється в пікселів на дюйм(pixels per inch, ppi). Нерідко роздільну здатність вказують у точках на дюйм (dots per inch, dpi), але ця одиниця виміру є традиційною для пристроїв виведення (принтерів). Говорячи про дозвіл, ми будемо використовувати ppi. Розрізняють апаратний (оптичний) та інтерполяційний дозвіл сканера.

Апаратний (оптичний) дозвіл

Апаратний (оптичний) дозвіл (Hardware/optical Resolution) безпосередньо пов'язаний із щільністю розміщення світло чутливих елементіву матриці сканера. Це - основний параметр сканера (точніше його оптико-електронної системи). Зазвичай вказується роздільна здатність по горизонталі та вертикалі, наприклад, 300x600 ppi. Слід орієнтуватися на меншу величину, тобто на горизонтальну роздільну здатність. Вертикальна роздільна здатність, яка зазвичай вдвічі більша за горизонтальну, виходить в кінцевому рахунку інтерполяцією (обробкою результатів безпосереднього сканування) і безпосередньо не пов'язана з щільністю чутливих елементів (це так зване дозвіл подвійного кроку). Щоб збільшити роздільну здатність сканера, потрібно зменшити розмір світлочутливого елемента. Але зі зменшенням розміру втрачається чутливість елемента до світла і, як наслідок, погіршується співвідношення сигнал/шум. Таким чином, підвищення дозволу – нетривіальне технічне завдання.

Інтерполяційний дозвіл

Інтерполяційна роздільна здатність (Interpolated Resolution) - роздільна здатність зображення, отриманого в результаті обробки (інтерполяції) відсканованого оригіналу. Цей штучний прийомЗбільшення роздільної здатності зазвичай не призводить до збільшення якості зображення. Уявіть собі, що реально відскановані пікселі зображення розсунуті, а у проміжки, що утворилися, вставлені «обчислені» пікселі, схожі в якомусь сенсі на своїх сусідів. Результат такої інтерполяції залежить від її алгоритму, але не сканера. Однак цю операцію можна виконати засобами графічного редактора, наприклад, Photoshop, причому навіть краще, ніж власним програмним забезпеченнямсканера. Інтерполяційний дозвіл, як правило, у кілька разів більший за апаратний, але практично це нічого не означає, хоча може ввести в оману покупця. Значним параметром є апаратне (оптичне) дозвіл.

У технічному паспорті сканера іноді вказується просто дозвіл. У цьому випадку мається на увазі апаратний (оптичний) дозвіл. Нерідко вказуються і апаратний, і інтерполяційний дозвіл, наприклад, 600х 1200 (9600) ppi. Тут 600 – апаратний дозвіл, а 9600 – інтерполяційний.

Розрізняльність ліній

Розрізняльність ліній (Line detectability) - максимальна кількістьпаралельних ліній на дюйм, які відтворюються за допомогою сканера як роздільні лінії (без злипань). Цей параметр характеризує придатність сканера до роботи з кресленнями та іншими зображеннями, що містять багато дрібних деталей. Його значення вимірюється лініях на дюйм (lines per inch, Ipi).

Яку роздільну здатність сканера слід вибрати

Це питання найчастіше задають при виборі сканера, оскільки роздільна здатність - один з найголовніших параметрів сканера, від якого істотно залежить можливість отримання високоякісних результатів сканування. Однак це зовсім не означає, що слід прагнути максимального дозволу, тим більше, що воно дорого коштує.

Виробляючи вимоги до роздільної здатності сканера, важливо усвідомити загальний підхід. Сканер є пристроєм, що перетворює оптичну інформаціюпро оригінал у цифрову форму і, отже, що здійснює її дискретизацію. На даному етапі розгляду здається, що чим дрібніша дискретизація (більше дозвіл), тим менше втрат вихідної інформації. Однак результати сканування призначені для відображення за допомогою деякого пристрою виводу, наприклад монітора або принтера. Ці пристрої мають власну роздільну здатність. Нарешті, око людини має здатність згладжувати зображення. Крім того, друковані оригінали, отримані друкарським способом або за допомогою принтера, також мають дискретну структуру (друкований растр), хоча це може бути не помітно для неозброєного ока. Такі оригінали мають власний дозвіл.
Отже, є оригінал із власним дозволом, сканер зі своєю роздільною здатністю та результат сканування, якість якого має бути якомога вищою. Якість результуючого зображення залежить від встановленої роздільної здатності сканера, але до певної межі. Якщо встановити роздільну здатність сканера більше власної роздільної здатності оригіналу, то від цього якість результату сканування, взагалі кажучи, не покращиться. Ми не хочемо сказати, що сканування з вищим, ніж у оригіналу, дозволом марно. Є низка причин, коли це потрібно робити (наприклад, коли ми збираємося збільшувати зображення при виведенні на монітор або принтер або коли треба позбутися муара). Тут ми звертаємо увагу на те, що покращення якості результуючого зображення за рахунок підвищення роздільної здатності сканера не безмежне. Можна збільшувати роздільну здатність сканування, не домагаючись при цьому поліпшення якості результуючого зображення, зате збільшуючи його обсяг і час сканування.

Про вибір дозволу сканування ми ще неодноразово говоритимемо в цьому розділі. Дозвіл сканера - це максимальна роздільна здатність, яку можна встановити під час сканування. То яка ж величина дозволу нам потрібна? Відповідь залежить від того, які зображення ви збираєтеся сканувати та на які пристрої виводити. Нижче ми наведемо лише орієнтовні значення.
Якщо ви збираєтеся сканувати зображення для подальшого виведення на екран монітора, то зазвичай достатньо роздільної здатності 72-l00ppi. Для виведення на звичайний офісний або домашній струменевий принтер – 100-150 ppi, на високоякісний струменевий принтер – від 300 ppi.

При скануванні текстів з газет, журналів та книг з метою подальшої обробки програмами оптичного розпізнавання символів (OCR - Optical Character Recognition) зазвичай потрібна роздільна здатність 200-400 ppi. Для виведення на екран або принтер цю величину можна зменшити кілька разів.

Для аматорських фотографійзазвичай потрібно 100-300 ppi. Для ілюстрацій з розкішних друкарських альбомів та буклетів – 300-600ppi.

Якщо ви збираєтеся збільшувати зображення для виведення на екран або принтер без втрати якості (чіткості), то роздільну здатність сканування слід встановити з деяким запасом, тобто збільшити його в 1,5-2 рази в порівнянні з наведеними вище значеннями.

Рекламним агентствам, наприклад, потрібне високоякісне сканування слайдів та паперових оригіналів. При скануванні слайдів для виведення на друк у форматі 10x15 см потрібна роздільна здатність 1200 ppi, а у форматі А4 - 2400 ppi.
Узагальнюючи викладене вище, можна сказати, що в більшості випадків апаратного дозволу сканера 300 ppi достатньо. Якщо ж сканер має роздільну здатність 600 ppi, це дуже добре.

Мета роботи – визначення концентрації речовин колориметричним методом.

I. Терміни та визначення

Стандартний розчин (пор.)- це розчин, що містить в одиниці обсягу певну кількість досліджуваної речовини або її хіміко-аналітичного еквівалента (ГОСТ 12.1.016 – 79).

Досліджуваний розчин (ір) - це розчин, у якому необхідно визначити вміст досліджуваної речовини або її хіміко-аналітичного еквівалента (ГОСТ 12.1.016 – 79).

Градуювальний графік- графічне вираження залежності оптичної щільності сигналу від концентрації досліджуваної речовини (ГОСТ 12.1.016 – 79).

Гранично допустима концентрація (ГДК) шкідливої ​​речовини - Це концентрація, яка при щоденній (крім вихідних днів) роботі по 8 годин або при іншій тривалості робочого дня, але не більше 40 годин на тиждень протягом усього робочого стажу не може викликати захворювань або відхилень у стані здоров'я, які виявляються сучасними методами досліджень, у процесі роботи або у віддалені терміни життя сьогодення чи наступних поколінь (ГОСТ 12.1.016 – 79).

Колориметрія -це метод кількісного аналізу вмісту якогось іона в прозорому розчині, заснований на вимірюванні інтенсивності його забарвлення.

ІІ. Теоретична частина

Колориметричний метод аналізу заснований на зв'язку двох величин: концентрації розчину та його оптичної щільності (ступеня забарвленості).

Забарвлення розчину може бути викликане як присутністю самого іону (MnO 4 - ,Cr 2 O 7 2- ), так і утворенням забарвленої сполуки в результаті хімічної взаємодії досліджуваного іона з реактивом.

Наприклад, слабозабарвлений іон Fe 3 + дає криваво-червоне з'єднання при взаємодії з іонами роданіду SCH-, іон міді Cu 2+ утворює яскраво-синій комплексний іон 2 + при взаємодії з водяним розчином аміаку.

Забарвлення розчину обумовлена ​​вибірковим поглинанням променів світла певної довжини хвилі: забарвлений розчин поглинає промені, довжина хвилі яких відповідає додатковому кольору. Наприклад: додатковими називають синьо-зелений та червоний кольори, синій та жовтий.

Розчин роданіду заліза здається червоним, тому що він поглинає переважно зелені промені.  5000A) та пропускає червоні; навпаки, розчин зеленого забарвлення пропускає зелені промені та поглинає червоні.

Колориметричний метод аналізу заснований на здатності пофарбованих розчинів поглинати світло в діапазоні хвиль від ультрафіолетового до інфрачервоного. Поглинання залежить від властивостей речовини та її концентрації. При цьому методі аналізу досліджувана речовина входить до складу водного розчину, що поглинає світло, яке кількість визначається по світловому потоку, що пройшов через розчин. Ці виміри проводяться за допомогою фотоколориметрів. Дія цих приладів ґрунтується на зміні інтенсивності світлового потоку при проходженні через розчин залежно від товщини шару, ступеня фарбування та концентрації. Мірою концентрації є оптична щільність (D). Чим вище концентрація речовини в розчині, тим більша оптична щільність розчину і менша його світлопроникність. Оптична щільність забарвленого розчину прямо пропорційна концентрації речовини в розчині. Вона повинна вимірюватися при довжині хвилі, на якій речовина, що досліджується, має максимальне світлопоглинання. Це досягається підбором світлофільтрів та кювет для розчину.

Попередній вибір кювет виробляють візуально відповідно до інтенсивності фарбування розчину. Якщо розчин інтенсивно забарвлений (темний), користуються кюветами з малої робочою довжиноюхвилі. У разі слабко пофарбованих розчинів рекомендуються кювети з більшою довжиноюхвилі. У попередньо підібрану кювету наливають розчин, вимірюють його оптичну густину, включивши в хід світлопрофільтрів. При вимірі низки розчинів кювету заповнюють розчином середньої концентрації. Якщо отримане значення оптичної густини становить приблизно 0,3-0,5, дану кювету вибирають для роботи з цим розчином. Якщо оптична щільність більше 0,5-0,6, беруть кювету з меншою довжиною робочої, якщо оптична щільність менше 0,2-0,3, вибирають кювету з більшою робочою довжиною хвилі.

На точність вимірювань впливає чистота робочих граней кювет. Під час роботи кювети беруть руками лише за неробочі грані, а після заповнення розчином уважно стежать за відсутністю на стінках кювету навіть найдрібніших бульбашок повітря.

Згідно Закону Бугера-Ламберта-Бера, частка поглиненого світла залежить від товщини шару розчину hконцентрації розчину Cта інтенсивності падаючого світла I 0

де I - Інтенсивність світла, що пройшло через аналізований розчин;

I- інтенсивність падаючого світла;

h – товщина шару розчину;

C – концентрація розчину;

Коефіцієнт поглинання - величина, постійна даного пофарбованого сполуки.

Логарифмуючи цей вислів, отримуємо:

(2)

де D - оптична густина розчину, є постійною величиною для кожної речовини.

Оптична густина D характеризує здатність розчину поглинати світло.

Якщо розчин не поглинає світло, то D = 0 і I t =I, оскільки вираз (2) дорівнює нулю.

Якщо розчин поглинає промені світла повністю, то D дорівнює нескінченності і I = 0, оскільки вираз (2) дорівнює нескінченності.

Якщо розчин поглинає 90 % падаючого світла, D = 1 і

I t =0,1, оскільки вираз (2) дорівнює одиниці.

При точних колориметричних розрахунках зміна оптичної щільності має виходити за інтервал 0,1 - 1.

Для двох розчинів різної товщини шарів та концентрації, але однакової оптичної щільності можна записати:

D = h 1 C 1 = h 2 C 2

Для двох розчинів однакової товщини, але різної концентрації можна написати:

D 1 = h 1 C 1 і D 2 = h 2 C 2

Як видно з виразів (3) та (4), практично для визначення концентрації розчину колориметричним методом необхідно мати стандартний розчин, тобто розчин з відомими параметрами (C, D).

Визначення можна проводити по-різному:

1. Можна зрівняти оптичні щільності досліджуваного та стандартного розчинів, змінюючи їх концентрацію або товщину шару розчину;

2. Можна виміряти оптичну щільність цих розчинів і розрахувати концентрацію за виразом (4).

Для реалізації першого методу застосовують спеціальні прилади – колориметри. Вони засновані на візуальній оцінці інтенсивності світла, що проходить, і тому їх точність порівняно невелика.

Другий метод – вимірювання оптичної щільності – здійснюється за допомогою значно більш точних приладів – фотоколориметрів та спектрофотометрів і саме він використовується в даній лабораторній роботі.

При роботі на фотоколориметрі частіше використовують прийом побудови градуювального графіка: вимірюють оптичну щільність кількох стандартних розчинів та будують графік у координатах D = f(C).Потім вимірюють оптичну щільність досліджуваного розчину і за градуювальним графіком визначають потрібну концентрацію.

Рівняння Бугера – Ламберта – Берасправедливо тільки для монохроматичного світла, тому точні колориметричні вимірювання проводять із застосуванням світлофільтрів - кольорових пластинок, що пропускають промені світла у певному діапазоні довжин хвиль. Для роботи вибирають світлофільтр, який забезпечує максимальну оптичну густину розчину. Світлофільтри, встановлені на фотоколориметр, пропускають промені не певної довжини хвилі, а в деякому обмеженому діапазоні. Внаслідок цього похибка вимірювань на фотоколориметрі не більше ±3 % від ваги аналізованої речовини. Строго монохроматичне світло застосовується у спеціальних приладах - спектрофотометрах, у яких точність вимірів вища.

Точність колориметричних вимірів залежить від концентрації розчину, наявності домішок, температури, кислотності середовища розчину, часу визначення. Цим методом можна аналізувати лише розведені розчини, тобто такі, для яких залежність D = f(C)-пряма.

При аналізі концентрованих розчинів їх попередньо розбавляють, а при розрахунку концентрації, що шукається, вносять поправку на розведення. Проте точність вимірів у своїй знижується.

Домішки можуть впливати на точність вимірювань тим, що самі дають забарвлене з'єднання з реактивом, що додається або ускладнюють утворення забарвленого з'єднання досліджуваного іона.

Метод колориметричного аналізу нині застосовується щодо аналізів у різних галузях науки. Він дозволяє точно і швидко проводити вимірювання, використовуючи мізерно малі кількості речовини, недостатні для об'ємного або вагового аналізу.

Колориметрія

З оптичних методіваналізу на практиці аналітичних лабораторій найширше застосовуються колориметричні методи (від лат. color- Колір та грец. μετρεω - вимірюваю). Колориметричні методи ґрунтуються на вимірі інтенсивності світлового потоку, що пройшов через забарвлений розчин.

У колориметричному методі використовуються хімічні реакції, що супроводжуються зміною кольору аналізованого розчину Вимірюючи світлопоглинання такого забарвленого розчину або порівнюючи отримане забарвлення з забарвленням розчину відомої концентрації, визначають вміст забарвленої речовини у випробуваному розчині.

Існує залежність між інтенсивністю фарбування розчину та вмістом у цьому розчині забарвленої речовини. Ця залежність, яка називається основним законом світлопоглинання (або законом Бугера-Ламберта-Бера), виражається рівнянням:

I = I 0 10 - ε c l

де I - інтенсивність світла, що пройшов через розчин; I 0 - інтенсивність падаючого розчин світла; ε-коефіцієнт світлопоглинання, постійна величинадля кожної забарвленої речовини, яка залежить від її природи; З - молярна концентраціяпофарбованої речовини у розчині; l - товщина шару світлопоглинаючого розчину, див.

Фізичний змістцього закону можна висловити в такий спосіб. Розчини однієї й тієї ж пофарбованої речовини при однаковій концентрації цієї речовини та товщині шару розчину поглинають рівну кількість світлової енергії, тобто світлопоглинання таких розчинів однакове.

Для пофарбованого розчину, укладеного в скляну кювету з паралельними стінками, можна сказати, що в міру збільшення концентрації і товщини шару розчину його фарбування збільшується, а інтенсивність світла I, що пройшов через розчин, що поглинає, зменшується в порівнянні з інтенсивністю падаючого світла I 0 .

Рис.1 Проходження світла через кювету з досліджуваним розчином.

Оптична густина розчину.

Якщо прологарифмувати рівняння основного закону світлопоглинання та змінити знаки на зворотні, то рівняння набуває вигляду:

Величина є дуже важливою характеристикоюпофарбованого розчину; її називають оптичною щільністю розчину та позначають буквою A:

A = ε C l

З цього рівняння випливає, що оптична щільність розчину прямо пропорційна концентрації забарвленої речовини та товщині шару розчину.

Іншими словами, при однаковій товщині шару розчину даної речовиниоптична щільність цього розчину буде тим більшою, чим більше в ньому міститься забарвленої речовини. Або, навпаки, за однієї й тієї концентрації даного пофарбованого речовини оптична щільність розчину залежить від товщини його шару. Звідси може бути зроблений наступний висновок: якщо два розчини однієї й тієї ж пофарбованої речовини мають різну концентрацію, однакова інтенсивність забарвлення цих розчинів буде досягнута при товщинах їх шарів, пропорційних назад концентраціям розчинів. Цей висновок дуже важливий, оскільки на ньому ґрунтуються деякі методи колориметричного аналізу.

Таким чином, щоб визначити концентрацію (С) забарвленого розчину, необхідно виміряти оптичну його щільність (A). Щоб виміряти оптичну густину, слід виміряти інтенсивність світлового потоку.

Інтенсивність фарбування розчинів можна вимірювати різними методами. Розрізняють суб'єктивні (або візуальні) методи колориметрії та об'єктивні (або фотоколориметричні).

Візуальними називають такі методи, при яких оцінку інтенсивності забарвлення випробуваного розчину роблять неозброєним оком.

При об'єктивних методах колориметричного визначення вимірювання інтенсивності забарвлення випробуваного розчину замість безпосереднього спостереження користуються фотоелементами. Визначення у разі проводять у спеціальних приладах - фотоколориметрах, звідки і метод отримав назву фотоколориметрического.

Візуальні методи

До візуальним методамвідносяться:

1) метод стандартних серій;

2) метод дублювання (колориметричне титрування);

3) метод вирівнювання.

Спосіб стандартних серій.При виконанні аналізу методом стандартних серій інтенсивність забарвлення аналізованого забарвленого розчину порівнюють із забарвленнями серії спеціально приготовлених стандартних розчинів (при однаковій товщині шару, що поглинає).

Розчини в колориметрії зазвичай мають інтенсивне забарвлення, тому є можливість визначати невеликі концентрації або кількості речовин. Однак це може супроводжуватися певними труднощами: так навішування для приготування стандартних серії розчинів можуть бути дуже малі. Для подолання цих труднощів готують стандартний розчин досить високої концентрації, наприклад 1 мг/мл. Після цього шляхом розведення з розчину А готують стандартний розчин значно меншої концентрації, а з нього в свою чергу готують серію стандартних розчинів.

Для цього в пробірки або кювети однакового розміру і кольору скла піпеткою додаються необхідні обсяги розчинів реагентів в потрібній послідовності. Порції розчинів речовини, що визначається, доцільно додавати з бюретки, т.к. їх обсяги будуть різні задля забезпечення різних концентрацій у серії стандартних розчинів. При цьому початковий розчин повинен містити всі компоненти, крім речовини, що визначається. (нульовий розчин). Досліджуваний розчин додають розчини необхідних реагентів. Всі розчини доводять до постійного об'єму, а потім порівнюють візуально інтенсивність забарвлення досліджуваного розчину з розчинами серії стандартних розчинів. Можливий збіг інтенсивності фарбування з будь-яким розчином серії. Тоді вважається, що сто досліджуваний розчин має таку ж концентрацію або містить стільки ж визначається речовини. Якщо ж інтенсивність забарвлення здасться проміжною між сусідніми розчинами серії, концентрація або вміст компонента, що визначається, вважають середнім арифметичним між розчинами серії.

Колориметричне титрування (Метод дублювання). Цей метод заснований на порівнянні забарвлення аналізованого розчину з забарвленням іншого розчину - контрольного. Для приготування контрольного розчину готують розчин, що містить всі компоненти досліджуваного розчину, за винятком визначеної речовини, і всі реактиви, що вживалися при підготовці проби, і до нього додають з бюретки стандартний розчин визначається речовини. Коли цього розчину буде додано стільки, що інтенсивності забарвлення контрольного і аналізованого розчину зрівняються, вважають, що в аналізованому розчині міститься стільки ж речовини, що визначається, скільки його було введено в контрольний розчин.

Метод урівнювання.Цей метод заснований на вирівнюванні забарвлень аналізованого розчину і розчину з відомою концентрацією речовини, що визначається - стандартного розчину. Існують два варіанти виконання колориметричного визначення цим методом.

За першим варіантом вирівнювання забарвлень двох розчинів з різною концентрацією забарвленої речовини проводять шляхом зміни товщини шарів цих розчинів при однаковій силі проходить через розчини світлового потоку. При цьому, незважаючи на відмінність концентрацій аналізованого та стандартного розчинів, інтенсивність світлового потоку, що проходить через обидва шари цих розчинів, буде однаковою. Співвідношення між товщинами шарів і концентраціями забарвленої речовини в розчинах в момент вирівнювання забарвлень буде виражатися рівнянням:

l 1= C 2

де l 1 - Товщина шару розчину з концентрацією забарвленої речовини C 1 , а l 2 -товщина шару розчину з концентрацією забарвленої речовини C 2 .

У момент рівності забарвлень відношення товщин шарів двох порівнюваних розчинів обернено пропорційно відношенню їх концентрацій.

На підставі наведеного рівняння, вимірявши товщину шарів двох однаково забарвлених розчинів і знаючи концентрацію одного з цих розчинів, легко можна розрахувати невідому концентрацію забарвленої речовини в іншому розчині.

Для вимірювання товщини шару, через який проходить світловий потік, можна застосовувати скляні циліндри або пробірки, а при більш точних визначенняхспеціальні прилади – колориметри.

За другим варіантом, для вирівнювання забарвлень двох розчинів з різною концентрацією забарвленої речовини, через шари розчинів однакової товщини пропускають світлові потокирізної інтенсивності.

В цьому випадку обидва розчини мають однакову забарвлення, коли відношення логарифмів інтенсивностей світлових потоків, що падають, дорівнює відношенню концентрацій.

У момент досягнення однакового забарвлення двох порівнюваних розчинів, при рівній товщині їх шарів, концентрації розчинів прямо пропорційні логарифм інтенсивності падаючого на них світла.

За другим варіантом визначення може бути виконане лише за допомогою колориметра.

Методика призначена для вимірювання на зображеннях оптичних параметрів об'єктів – середньої яскравості, відхилення яскравості, мінімальної яскравості, максимальної яскравості, інтервалу яскравості, інтегральної яскравості, середньої та інтегральної оптичної густини.

За способом розрахунку оптичної щільності методика представлена ​​у трьох модифікаціях:

Розрахунок оптичної щільності проводиться щодо фону, який вказується на зображенні вручну за допомогою миші;

Оптична щільність розраховується з урахуванням темнового поля камери та поля, чистого скла препарату.

Перед вимірами проводиться калібрування системи за зразками з відомою оптичною щільністю.

Методика може використовуватись для гістохімічних досліджень.

Як працює методика

На отриманому зображенні яскравості автоматично виділяються об'єкти. Попередньо (залежно від обраного способу розрахунку оптичної щільності) вказується фон, вводяться з камери зображення темнового поля і чистого скла або оптичне калібрування системи введення по оптичним еталонам

При необхідності проводиться додаткова підготовка до вимірювань: видалення із зображення невеликих сторонніх деталей, згладжування кордонів, заповнення порожнин, автоматичний поділ об'єктів, що контактують.

Автоматичні виміри проводяться за набором параметрів, що характеризують оптичні властивості виділених об'єктів. Користувач також може увімкнути необхідні додаткові параметри (розміри, форма)

За результатами вимірювань проводиться класифікація об'єктів за параметром «Оптична густина», будується гістограма розподілу, та розраховуються статистичні параметри вибірки. Умови побудови гістограми та набір параметрів, що розраховуються, визначає користувач.

2. Медична оптика

2.3 Хід променів в оптичному мікроскопі. Характеристики зображень. Збільшення мікроскопа. Теорія Аббе.

2.4 Основні положення теорії Аббе. Межа дозволу. Роздільна здатність мікроскопа.

Дифракційна теорія роздільної здатності оптичних приладів була розроблена Аббе.Если як об'єкт використовувати дифракційну решітку,а її зображення отримувати за допомогою лінзи,то в фекальній площині цієї лінзи буде утворюватися дифракційна картина у вигляді чергуються максимумів і мінімумів освітленості.Ця картина є . На певній відстані від первинного буде перебувати вторинне дійсне, яке і є власне зображенням грати. зображення виникають в результаті інтерференції когерентних променів, і тому можуть розглядатися як самостійні точкові та когерентні джерела. Роздільна здатність мікроскопа залежить від довжини світлової хвилі та значення апертурного кута. шию відстань між двома точками предмета, коли ці точки помітні, тобто сприймаються як дві точки в мікроскопі. всі елементи структури об'єкта. Безкорисне збільшення-очей не здатне розрізнити всі елементи структури об'єкта.

2.5 Іммерсійна мікроскопія. Числова апертура. Апертурний кут. Хід променів.

Роздільна здатність мікроскопа можна дещо підвищити, використовуючи об'єктив з імерсією. Показник заломлення кедрового масла практично збігається зі значенням показника заломлення скла. Іммерсія збільшує кут розкриття, а значить і роздільну здатність мікроскопа A = n * Sin (u / 2).

2.10 Метод темного поля. Ультрамікроскопія. УФ-мікроскопія та її переваги.

Велику групу мікрокопіювання складають об'єкти, що містять структурні елементи розмірами близько декількох сотень ангстрем, що істотно менше межі роздільної здатності звичайного світлового мікроскопа зі світлим полем. Прикладами можуть бути порошинки в повітрі, сукупність твердих частинок в рідині. за допомогою звичайного світлового мікроскопа як однорідні. Для виявлення таких частинок використовують звичайний мікроскоп, в якому здійснюється принцип темного поля. В основі цього методу лежить розсіювання світла на ультрамалих частинках. поля можна здійснити за допомогою кружечка чорного паперу, вкладаючи його між лінзами звичайного конденсора. ними частинками, що зберігаються, що і дозволяє їх виявити. Істотний недолік методу темного поля - неможливість вивчення з його допомогою структури ультрамалих частинок, що виявляються.

2.11 Метод фазового розмаїття.

В даний час структури неконтрастних об'єктів часто вивчають за допомогою звичайного світлового мікроскопа, забезпеченого фазовою приставкою. , зокрема з бактерією, відбуваються два явища зміни фаз коливань світлових хвиль та їх дифракція. Відбувається вплив на основні та додаткові хвилі. Для цього використовуються пластинки різних конструкцій. Вони називаються фазовими. Сутність методу зводиться до створення розмаїття інтенсивностей в остаточному зображенні неконтрастного об'єкта, шляхом впливу на його первинне зображення. За допомогою цього методу можливо проводити спостереження живих мікроорганізмів-бактерій.

2.12 Пристрій та принцип роботи електронного мікроскопа. Хід променів, магнітні лінзи та їх будова.

Дуже поширені об'єкти, структурні елементи яких мають розміри кілька десятків ангстрем, що значно менше роздільної здатності звичайного світлового мікроскопа. електронів і можливість їх фокусування.Будь-яка рухома частинці, в томучислі і електрону, властиві хвильові властивості (заломлення, відображення, дифракція та інтерфернція). Для вільного руху електронів необхідно створення магнітного поля. Магнітне поле дозволяє фокусувати електронні промені і отримувати рівні за величиною електронні зображення предметів. користуються сильним неоднорідним магнітним полем, отриманого від короткого соленоїда з струмом, що має велику кількість витків. Великим збільшенням володіє панцирна магнітна лінза з полюсними наконечниками. Являє собою соленоїд, що знаходиться всередині двох залізних циліндрів, внутрішнього і зовнішнього, 0 з'єднаних 0. раз.Електронний мікроскоп складається з оптичної системи, вакуумної установки, установки електричного живлення і пульта управління. ка проміжного зображення.ла розроблена Аббе.Якщо як об'єкт використовувати дифракційну решітку,а їїзображення марне збільшення.Межа

Для визначення готують еталонний розчин речовини відомої концентрації, яка наближається до концентрації досліджуваного розчину. Визначають оптичну щільність цього розчину при певної довжинихвилі. Потім визначають оптичну щільність досліджуваного розчину за тієї ж довжини хвилі і за тієї ж товщини шару. Для еталонного розчину згідно з рівнянням (17) маємо:

де - Молярний коефіцієнт поглинання досліджуваного розчину; - Товщина шару, див.

Оптична щільність досліджуваного розчину виражається такою ж формулою:

де - Концентрація досліджуваного розчину, .

Кількість визначеної речовини (мг) з урахуванням розведення розчину знаходимо за формулою:

де - загальний обсяг досліджуваного розчину; - об'єм забарвленого досліджуваного розчину;

Визначення до онцентрації та речовини в розчині за значенням молярного коефіцієнта поглинання

Визначивши значення оптичної щільності-розчину при довжині хвилі дознаючи значення молярного коефіцієнта поглинання. визначається речовини для променів довжини хвилі X, знаходимо за формулою (17) значення концентрації досліджуваної речовини:

Кількість речовини, що визначається (в г), знаходимо за формулою:

де - молекулярна (атомна) вага визначається речовини (іона).

Значення молярного коефіцієнта поглинання. встановлюють в такий спосіб. Готують еталонний розчин досліджуваної речовини певної концентрації і вимірюють значення оптичної щільності цього розчину при довжині хвилі до значення. обчислюють за формулою:

Якщо речовина важко отримати в чистому вигляді, то можна користуватися табличним значенням.

Визначення концентрації речовини за допомогою калібрувального графіка

Функціональна залежність між оптичною щільністю розчину та концентрацією поглинаючої речовини може бути встановлена ​​графічно. Для цього попередньо готують серію розчинів речовини, що визначається різної концентрації (еталонні розчини). Вимірюють значення оптичної густини цих розчинів для променів з довжиною хвилі X і за отриманими даними будують криву залежності оптичної густини розчину від концентрації (калібрувальний графік). На вісь ординат наносять значення оптичної щільності еталонних розчинів, але в вісь абсцис - відповідні значення концентрацій цих розчинів (). Для отримання більш точних результатів розраховують, користуючись методом найменших квадратіврівняння для калібрувального графіка.

Визначивши значення оптичної щільності досліджуваного розчину при тій же товщині шару, можна знайти концентрацію речовини, що визначається за отриманим калібрувальним графіком. Якщо розчин не підпорядковується закону Бугера-Ламберта-Бера, то прямолінійна залежністьпорушується на деякій ділянці кривої або по всій кривій. І тут необхідно збільшити кількість еталонних розчинів. Концентрацію еталонних розчинів зазвичай виражають у . Кількість речовини, що визначається в міліграмах, визначають за формулою (23).

Визначення концентрації речовини методом «зрівнювання» або методом зміни товщини шару, що поглинає.

Оптичну густину досліджуваного розчину визначають за формулою:

де - Молярний коефіцієнт поглинання досліджуваного розчину; - Концентрація визначається речовини, ; - Товщина шару, див.

На використанні цієї рівності засновано влаштування колориметра занурення (колориметр Дюбоска), в якому тотожність кольору досягається зміною товщини шару розчинів. Оптична схема колориметра занурення дана на рис. 96. Один світловий потік від дзеркала 1 проходить через шар досліджуваного розчину кюветі 2, циліндр 4, призму 6, лінзи 8 і 9 і потрапляє в окуляр, висвітлюючи праву половину оптичного поля. Інший світловий потік проходить через шар стандартного розчину кюветі 3, циліндр 5, призму 7, лінзи 8 і 9, потрапляє в окуляр, освітлюючи ліву половинуоптичного поля. Кювети 2 і 3 встановлені на тримачах, які за допомогою шестерень і рейок пересуваються вертикально. Скляні циліндри 4 та 5 з відшліфованими кінцями укріплені нерухомо. Переміщуючи кювети 2 і 3 по вертикалі, змінюють висоту стовпів розчину та домагаються зникнення меж розділу в окулярі оптичного поля. Висоти стовпів еталонного розчину та досліджуваного розчину відраховують за міліметровою шкалою.