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          色度計(jì)(昊量光電產(chǎn)品)的研制及比爾朗伯定律的應(yīng)用分析

          來源:上海昊量光電設(shè)備有限公司   2017年12月07日 17:22  

          1比爾伯定律的介紹與積分表示比爾朗伯定律是基于物質(zhì)對光的吸收的定量關(guān)系而得到的定律,早在1 72 9年和 1760年皮埃爾,布格(Pierre Bouguer)和約翰,海因里希,朗伯(Johann Heinrich L a m b e r t)就闡明了物質(zhì)對光的吸收程度和吸收介質(zhì)厚度之間的關(guān)系。到了1 8 5 2 年,德國物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家奧古斯特,比爾(A u g u s t B e e r)又提出了光的吸收程度與吸光物質(zhì)的濃度也具有類似關(guān)系,后人將兩者結(jié)合起來就得到有關(guān)光吸收的基本定律,叫做布格一朗伯一比爾定律 (Bouguer Lambert Beer law),也叫比爾定律、比耳定律、朗伯一比爾定律,比爾朗伯定律等。

          比爾一朗伯定律是吸光光度法、比色分析法和光電比色法的定量基礎(chǔ)。這個(gè)定律表明光被吸收的量正比于光程中產(chǎn)生光吸收的分子數(shù)目 其具本描述如下:假設(shè)一束強(qiáng)度為10的平行單色光(人射光)垂直照射于一塊各向同性的均勻吸收介質(zhì)表面,在通過厚度為1的吸收層(光程)后,由于吸收層中質(zhì)點(diǎn)對光的吸收,該束人射光的強(qiáng)度降低至I t,稱為透射光強(qiáng)度。物質(zhì)對光吸收的能力大小與所有吸光質(zhì)點(diǎn)截面積的大小成正比。用微元法表述為,設(shè)想該厚度為1的吸收層可以在垂直于人射光的方向上分成厚度無限小的多個(gè)小薄層(Il,其截面積為dS,而且每個(gè)薄層內(nèi),含有吸光質(zhì)點(diǎn)的數(shù)目為d n個(gè),每個(gè)吸光質(zhì)點(diǎn)的截面積均為a。因此,此薄層內(nèi)所有吸光質(zhì)點(diǎn)的總截面積dS=adno

          假設(shè)強(qiáng)度為I的人射光照射到該薄層上后,光強(qiáng)度減弱了d I。d I是在小薄層中光被吸收程度的量度,它與薄層中吸光質(zhì)點(diǎn)的總截面積dS以及人射光的強(qiáng)度成正比I,也就

          —dl=kl*I*dS=kI*I*a*dn: ( I )

          其中負(fù)號(hào)表示光強(qiáng)度因吸收而減弱, kl為比例系數(shù)

          假設(shè)吸光物質(zhì)的濃度為c,貝刂上述薄層中的吸光質(zhì)點(diǎn)數(shù)由摩爾物質(zhì)數(shù)得到為

          :dn:NA 0 Cll.(其中NA為阿伏伽德羅常數(shù))。0)將式(2)代人式(l)得.

          —dl=kI*I*a*NA*c*S*dl:(3) 令k2=kl*a*NA*S 則(3)可寫為

          —dl=k2*c*I*dl:(4)

          整理后得

          —dl/I=k2*c*dI:巧)對式巧)進(jìn)行定積分,

          貝刂有一J@///):伏2 '產(chǎn)。們(6)

          / 0           0 由式(6)可得

           In(It/IO)=k2*c*l:(7)

          由對數(shù)換底公式可得:

          [Ig(10/It)/(lge)=k2*c*I:(8) 由此可得:lg(10/It)=(lge)*k2*c*l:(9) 令K=lge*k2:

          得lg(10/It)=K*c*I:(1 ±A=Ig(IO/It):

          T=It/10:

          貝刂(10)式可以表示為

          A=lg(IO/It)=Ig(I/T)=K*c*I:(1 0 其中A定義為吸光度,

          T定義為透射比(也叫透光度)。

          10為人射光的強(qiáng)度 It為透射光的強(qiáng)度

          K為比例系數(shù),可以是吸收系數(shù)或摩爾吸收系數(shù)。它與吸收物質(zhì)的性質(zhì)及人射光的波長入有關(guān)。與人射光的強(qiáng)度無關(guān)。

          I為吸收介質(zhì)的厚度,一般以c m為單位。

          c為吸光物質(zhì)的濃度,單位可以是g / L 或mol/L.

          比爾定律的適用范圍為:人射光為平行單色光垂直照射。吸光物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)之間無相互作用 吸光物質(zhì)為均勻非散射體系 輻射與物質(zhì)之間的作用于光吸收,無熒光和光化學(xué)現(xiàn)象發(fā)生。比爾定律的物理意如比爾定律表明當(dāng)一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時(shí),其吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度c及吸收層厚度

          I成正比。當(dāng)吸收層的厚度I為定值時(shí)(使用同一個(gè)比色皿),吸光度A的變化只與吸光物質(zhì)的濃度c成正比。(這一點(diǎn)我們將在后面的實(shí)驗(yàn)中用數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。)比爾定律是光吸收的基本定律,適用于所有的電磁輻射和所有的吸光物質(zhì),包括氣體、固體、液體、分子、原子和離子限于我們的實(shí)驗(yàn)與工程要求,我們用液體(溶液)進(jìn)行驗(yàn)證

          2色度計(jì)(昊量光電產(chǎn)品)的研制

          由比爾朗伯定律可知,我們要測量吸光物質(zhì)的吸光度(A)或透射比(T),必須知道兩個(gè)變量,(即人射光強(qiáng)度10,透射光強(qiáng)度 It. )。由于吸光度(A)或透射比(T)都只與人射光與透射光的強(qiáng)度的比值有關(guān),而與他們的單一具本真實(shí)值無關(guān),由此我們可以簡化處理只要保證這兩個(gè)值的比值是準(zhǔn)確的,而這兩個(gè)值的具本單位我們可以不用管,這也可以說明物質(zhì)的吸光度或透射比只與物質(zhì)的濃度和光程相關(guān),而比例系數(shù)與光的波長相關(guān),而與光的強(qiáng)度無關(guān)?,F(xiàn)在我們架構(gòu)我們的測量系統(tǒng)。對于發(fā)光源的選擇,是選用指向性好的,色彩單一的激光發(fā)光源,但是激光發(fā)光本由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,本積較大,不便于攜帶,我們采用單一的L E D發(fā)光體

          由于LED自身的特點(diǎn),不論是單個(gè)封裝好的L E D還是由多個(gè)L E D組成的L E D光源,他們都不是物理學(xué)上zui容易理解和描述的點(diǎn)光源或朗伯光源,而是由多個(gè)等效點(diǎn)光源所組成的分散的點(diǎn)光源的集合。多個(gè)點(diǎn)光源是LED芯片,熒光粉及反射碗經(jīng)環(huán)氧樹脂所組成的像,他們位于從L E D外殼出射光線的反向延長線的匯聚區(qū)域,如圖1所示,因此,要得到人射光與平行光且垂直照射溶液,我們將比色皿罩住,僅留小孔讓光通過,近似等效為平行光.

          由于光源問題解決,我們就要測量透射光強(qiáng)度(I t)與人射光強(qiáng)度(10)的比值。我們

          的平均值江就是占空比與高電平電壓的乘積。從理論上講,因?yàn)槲覀僀 P U的工作電

          表2 高錳酸鉀溶液進(jìn)行了測量(用相同的比色皿),得到透光度T的數(shù)據(jù)如下:(如表0。

          3研制的色度計(jì)(昊量光電產(chǎn)品)的驗(yàn)證色度計(jì)(昊量光電產(chǎn)品)研制完成后,我們使用蒸餾水對色度計(jì)(昊量光電產(chǎn)品)進(jìn)行標(biāo)定,在四種色度下,我們把蒸餾水標(biāo)定為T= It / 10:1 0 0%,

          我們配置的平均值江就是占空比與高電平電壓的乘積。從理論上講,因?yàn)槲覀僀 P U的工作電

          表2 高錳酸鉀溶液進(jìn)行了測量(用相同的比色皿),得到透光度T的數(shù)據(jù)如下:(如表0。

          3研制的色度計(jì)(昊量光電產(chǎn)品)的驗(yàn)證色度計(jì)(昊量光電產(chǎn)品)研制完成后,我們使用蒸餾水對色度計(jì)(昊量光電產(chǎn)品)進(jìn)行標(biāo)定,在四種色度下,我們把蒸餾水標(biāo)定為T= It / 10:1 0 0%

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