Что измеряют на спектрофотометре

Спектрофотометр

Электронный прибор, с помощью которого определяется состав веществ и их соединений в эмульсиях, взвесях и растворах называется медицинским спектрофотометром. Устройство имеет два наиболее известных названия: фотоэлектрический фотометр и фотоэлектроколориметр. Спектрофотометры используются в различных сферах, но больше всего они нашли свое применение в медицине и фармацевтике. Приборы отличаются высокой точностью и позволяют сэкономить реактивы и время на проведения исследования.

Особенности спектрофотометров

Самые первые фотометры нуждались в участии медицинского работника для проведения исследования. Специалист должен был сравнивать и фиксировать полученные с устройства показатели. Данные сопоставлялись с общепринятыми нормативами. На смену таким приборам пришли автоматизированные фотоэлектроколориметры.

Спектрофотометры – это современное медицинское оборудование, которое предназначается для изучения и анализа свойств предметов либо веществ с помощью электромагнитного излучения. Световые лучи проходят сквозь пробу или отражаются от нее. Прибор сравнивает поток света, который первоначально направляется на биоматериал с излучением, проходящим сквозь образец либо отражающим от его поверхности.

Для проведения анализа сканируется широченный диапазон волн: начиная от 160 нм (ультрафиолет), заканчивая 3300 нм (инфракрасные лучи), с помощью чего получается максимально точная информация о веществе.

Спектрофотометрическая методика основана на том, что каждый предмет обладает особенными спектральными характеристиками. Именно поэтому во время проведения анализа не играет роли температурный режим и агрегатное состояние образца. Особенностью спектрофотометра является возможность проведения качественных и количественных исследований.

Главным плюсом фотоэлектрического фотометра есть вывод полученной информации на дисплей (лаборант может увидеть состав пробы, наличие и численность примесей). С помощью специальных световых фильтров устройство определяет в образце не менее 3-5 составляющих компонентов.

Сферы применения

Спектрофотометры используются для исследований в биохимии (анализируются липиды, электролиты, субстраты, ферменты), иммунохимии (проводится анализ ламбда, ферритин, миоглобин, микроальбумин, гаптоглобин), бактериологии. Для анализа качества еды и воды (сточной, природной и питьевой) применяется фотоэлектроколориметр. При определении качественных характеристик воды определяется мутность и цвет жидкости, наличие тяжелых металлов и поверхностно-активных компонентов, содержание нитритов, фосфатов, фенолов и сульфатов.

Спектрофотометр пригодится для проведения научных, гормональных, экологических и специальных исследований. В отделениях санитарно-эпидемиологического надзора обязательным является наличие данного прибора. Кроме медицины оборудование используется в сельском хозяйстве и промышленной отрасли.

Фотоэлектрический фотометр нужен для:

Фотоэлектроколориметр – это устройство, которое применяется для проведения различных исследований: медицинских; биологических; фармацевтических; химических. Благодаря точным результатам, которые появляются на экране оборудования, доктор может узнать характеристику реагентов и назначить пациенту эффективное лечение.

Как устроен прибор?

Абсолютно все автоматизированные фотоэлектроколориметры состоят из: источника света (вольфрамовой, дейтериевой или галогено-дейтериевой лампы); усилителя сигналов; фотоприемника; монохроматора; оптических составляющих (световодов, зеркала, призмы и стекла); отсека для реагента.

Монохроматор содержит дифракционную решетку либо призму, которые выделяют излучение определенной длины волны. В различных моделях есть от одного до четырех отсеков для проб. С помощью фотоприемников спектрофотометр фиксирует уровень светового излучения, который проходит сквозь биологический материал.

Наиболее современные приборы укомплектованы фотодиодной матрицей, в состав которой входит встроенный датчик. Чип преобразует световой сигнал в электрический, это фиксируется микроконтроллером и высвечивается на мониторе оборудования. Не достаточно мощные приборы обрабатывают волны с различной длиной постепенно, и только потом выводят результаты на дисплей. От количества фотодиодных датчиков зависит производительность и информативность спектрофотометра.

С помощью приборов с фотодиодной матрицей можно проводить оперативные исследования не отходя от производства либо во время возникновения химической реакции. Это позволяет детально проанализировать состояние реакционных веществ.

Особенности работы устройства

Спектрофотометрическая методика основана на измерении степени отражения или поглощения монохроматических световых лучей. Во время исследования посторонние факторы не могут влиять на результативность анализа. Все приборы работают на двух разновидностях схем. В первом случае на пробу попадает монохроматический световой луч с определенной длиной волны, который после прохождения через образец направляется на фотоприемник, измеряющий разницу между потоками.

Суть второй схемы заключается в том, что на реагент попадает световой поток прямо от лампы, затем монохроматор выделяет небольшой пучок и направляет его к фотоприемнику.

Спектрофотометры бывают однолучевыми и двухлучевыми. В приборах с одним лучом для измерения применяются коэффициенты коррекции. В случае двухлучевой диагностики один луч попадает на пробу, а второй – на эталонное значение. Оборудование с двумя лучами более точное, информативное и менее чувствительное к окружающим факторам.

Правила выбора спектрофотометра

При подборе устройства необходимо учитывать сферу его применения и выполняемые задачи. Фотоэлектрические фотометры бывают переносными и стационарными. Портативные аппараты имеют небольшой вес, компактные и легкие в использовании. Стационарные приборы устанавливаются в медицинских учреждениях и диагностических центрах. С помощью этих устройств проводятся более сложные измерения. Такие спектрофотометры могут подключаться к персональному компьютеру с помощью кабеля, а полученные данные подлежат архивированию, обработке и распечатке на принтере.

При выборе медицинского аппарата нужно учитывать: спектр действия (диапазон); длину волны; многофункциональность устройства; габариты; цену; вероятность проведения определенных исследований; количество секций для реагентов; способ получения результатов. Также необходимо обратить внимание на штатную комплектацию модели спектрометра, потому как практически все современные приборы продаются с кюветом и чашкой Петри.

Источник

Что такое спектрофотометр

Спектрофотометр – это высокотехнологичный прибор, необходимый для измерения спектральной зависимости степени поглощения, пропускания, оптической плотности и концентрации растворов, веществ посредством различных видов электромагнитного излучения: видимого, инфракрасного, ультрафиолетового.

Принцип работы

Методы спектрометрии предполагают анализ спектрального состава разных биологических материалов с помощью отраженного или прошедшего через них электромагнитного излучения в оптическом диапазоне по их способности отражать (поглощать) различные длин волн. Для этого проводится сравнение двух фотопотоков оптического излучения: падающего на образец и прошедшего или отраженного от/через образец.

Эффективность данного анализа состоит в том, что все вещества по-разному поглощают свет при разной длине волны. По количеству поглощенного света можно установить концентрацию вещества, изучить состав его элементов. Анализ можно проводить в количественном и в качественном аспектах.

Устройство спектрофотометра

Спектральные анализаторы разных видов состоят из следующих основных элементов:

Схема прибора

В состав схемы спектрального анализатора входят источник непрерывного спектра, узел исследуемого материала, спектральный узел и система регистрации.

Существует 2 основных конструктивных типа спектрофотометров:

Преимущество двухлучевых спектральных анализаторов очевидно: они более точны и менее чувствительны к изменяющимся условиям окружающей среды.

Что измеряет

Спектрофотометры имеют широкий масштаб возможностей. Они применяются для измерения концентрации веществ, их плотности, наличия различных включений, выявления примесей. Также они определяют возможности и скорость изменения показателей при модифицировании состава. Нередко используются для точной классификации цветов, спектрального анализа.

Спектрофотометры необходимы для следующих измерений:

Области применения

Возможности спектрофотометрии нашли применение в самых разных сферах жизнедеятельности человека:

Благодаря высокой скорости и точности проведения анализа спектрофотометры востребованы в разных сферах контроля качества, прежде всего научно-исследовательских, пищевых, нефтехимических, производственных, металлургических, биохимических лабораториях, а также в лабораториях проверки состава воды. На производственных линиях используются крупногабаритные стационарные установки, которые обладают многофункциональностью и подходят для самых сложных разноплановых исследований.

Портативный вариант приборов позволяет использовать их для исследований в полевых условиях, например, для анализа состава воздуха, воды, грунта, почвы. Спектрофотометры умеют измерять спектры отражения и вычислять наличие пигментов в цвете, эти свойства нашли практическое применение при колорировании красок и эмалей в типографиях, при покраске автомобилей, предметов интерьера.

В нашем интернет-магазине можно приобрести модели спектрофотометров высокого качества отечественных и зарубежных производителей, в том числе из США. Мы предлагаем широкий модельный ряд приборов различной оснащенности, отличающихся по спектральным диапазонам, погрешностью и воспроизводимостью установки длины волны, наличием сканирования спектров, комплектацией, видом установки длины волны (ручная, автоматическая). Наши консультанты помогут в выборе и подберут необходимый вам вариант под любой бюджет и задачи.

Источник

Спектрофотометр, что это и зачем он нужен?

Для мебельных фабрик, которые производят крашеные фасады или автосервисам, оказывающим услуги окраски автомобиля, частей кузова, точное измерение цвета и проверка его соответствия эталонам, образцам становится приоритетным в оценке качества работы по покраске.

Для решения этой задачи были разработаны приборы, которые способны измерять цвет и сравнивать цвета между собой, то есть, если коротко, контролировать цвет. Называются такие приборы спектрофотометрами.

Без теории, пускай муторной и тяжело воспринимаемой, не обойтись. Мы постараемся изложить её коротко и доступно.

В каких единицах измерения оценивают цвет и, что измеряет спектрофотометр?

Понятие «колориметрическая система» относится к системам RGB, XYZ МКО 1931 г. и XYZ МКО 1964 г.

Спектрофотометр это и есть тот самый прибор, который отражает его характеристики во всех известных колориметрических системах.

Какая точность измерения цвета у спектрофотометра?

Точность измерения цвета определяется шагом измерения.

У колориметра меньшая точность измерения, потому что используются три фотодетектора: красный, зеленый и синий.

А вот у спектрофотометра, который измеряет спектр отражения с интервалом 10 нм и для 31-го канала, получается полная спектральная кривая, что позволяет получить более точные координаты цвета.

Таблица 1

Чем отличается колориметр от спектрофотометра

Как точно подобрать цвет краски Точность подбора цвета и стабильность цвета ЛКМ для эмалей обеспечивается применением следующего оборудования: спектрофотометров и колеровочных автоматов. Какую формулу используют для оценки цветового отклонения Подбор формулы происходит в соответствии со стандартами конкретной отрасли. Что значат эти формулы, эта информация достойна целой статьи, но она сложная и вряд ли будет интересна. Спектрофотометры с высокой точностью измерения рассчитывают и отображают отклонения по вышеуказанным формулам, позволяют установить допустимые отклонения. Нужно ли учитывать текстуру измеряемой поверхности при выборе типа спектрофотометра? При выборе типа спектрофотометра важно учитывать текстуру поверхности, а именно глянцевая она или матовая, текстурированность, потому что это влияет на выбор типа спектрофотометра и размер апертуры прибора. Выбор апертуры спектрофотометра основывается на размере измеряемого участка и линиатуры растра : Какое освещение используется для измерения цвета спектрофотометром? На измерение прибора не оказывает влияние окружающее освещение, в современных спектрофотометрах можно выбрать любой стандартизированный источник (A, C, D50, D65, F2, F7 и F11 т.д.) освещения, которые находятся в приборе в виде интегральных кривых, что позволяет наиболее точно измерять цвета, адаптируя их к нужным условиям освещения. При смене источника освещения многие цвета могут выглядеть по-разному, этот эффект называется метамеризм. Выбирая тот или иной источник освещения в спектрофотометре, можно увидеть, как изменится цвет.

Рис. 3. Эффект метамеризма

Типы спектрофотометров

Для измерения цвета с высокой точностью используется любой из трех типов спектрофотометров:

Такие спектрофотометры одинаково точно могут измерять цвет глянцевой, матовой или текстурированной поверхности.

Существую ручные и настольные варианты приборов. Ручные сферические спектрофотометры удобны в работе, мобильны, быстро окупаемы и обеспечивают быстрое и точное измерение цвета.

Рис. 5. Новая серия Ci6x портативных спектрофотометров со сферической геометрией измерения. Модели: Ci60, Ci62, Ci64 и Ci64UV

Cпектрофотометры с геометрией измерения 0/45° измеряют цвет так, как видит его человеческий глаз, то есть с учетом влияния текстуры измеряемой поверхности и глянца.

Рис. 6. Бесконтактный настольный спектрофотометр X-Rite VS450 с геометрией 45/0°, разработанный для измерения цвета и глянца на различных типах влажных и сухих образцов, включая измерения краски, порошков и изделий из пластика. Встроенный сенсорный датчик для измерения глянца дает возможность измерения 60-градусных коррелированных значений глянца, а универсальный форм фактор прибора облегчает измерения двух- и трехмерных объектов.

Мультиугловые спектрофотометры широко используются производителями автомобилей и их поставщиками для контроля «металликов» и «перламутров». Только эти приборы способны контролировать покрытия подобного рода.

Свет, попадая на покрытия с металлизированным или перламутровым пигментом, отражается в нескольких направлениях, и только мультиугловой прибор способен учесть изменения цвета под углами 15°, 25°, 45°, 75° и/или 110°.

Как и бесконтактные спектрофотометры на 0/45°, мультиугловые спектрофотометры способны измерять цвет, не прикасаясь к поверхности.

Рис. 7. X-Rite MA98 мультиугловой спектрофотометр

Смотрите видео о многоугловом спектрофотометре X-Rite МА98

Источник

Спектрофотометр. Виды и работа. Применение и особенности

Спектрофотометр – это электронный оптический прибор для измерения цвета твердых поверхностей и жидких веществ путем их спектрального анализа. Устройство является более точным и универсальным в применении чем колориметр, поскольку не просто сравнивает цвета для определения их схожести, а дает конкретные параметры спектра, то есть полное название. При подборе цветов оперировать такими данными гораздо удобней, чем просто сравнивая эталон и образец, постоянно корректируя оттенок последнего под необходимые параметры.

Как работает спектрофотометр

Прибор направляет на измеряемый предмет или вещество пучок света, который отражается с поверхности либо пропускается сквозь нее (у жидкостей и пленок).

Принцип его работы позволяет проводить анализ различных поверхностей и веществ:

Спектрофотометр оснащается встроенной лампой освещения, которая излучает свет с установленными параметрами яркости и температуры. Свет отражается от анализируемой поверхности и попадает на фоточувствительный элемент. Тот воспринимает длину отраженных лучей. Матрица прибора проводит анализ исходных данных, в результате которого электронная часть выдает информацию о характеристиках отраженных и поглощенных лучей. В результате эти данные переводятся в коэффициент отражения либо пропускания. Коэффициент у каждого цвета уникален, поэтому зная его можно точно определить оттенок.

Виды спектрофотометров по источнику света и площади измерения

Разные спектрофотометры работают от разных источниках света. Определить какой именно установлен на том или ином устройстве можно по буквенной маркировке:

Кроме источника света при анализе спектра цвета предмета или вещества важна и его площадь измерения. Этот показатель отвечает за величину области, которая поддается сканированию. Чем она больше, тем точнее результат, поскольку берутся данные с большего количества точек, и выводится средний показатель. Устройства с малой площадью измерения являются тоже точными, но только при анализе ровных однородных по цвету поверхностей. Если же нужно определить цвет порошка, гранул, природного камня и прочих сложных поверхностей, то нужна большая площадь измерения.

Стационарные и мобильные приборы

Спектрофотометры отличаются между собой по габаритам, точности и удобству использования. Они бывают:

Стационарный спектрофотометр является на порядок точнее. Он используется для лабораторного анализа спектра, также применяется на производствах. Такие устройства имеют крупную измерительную головку, но для них характерны большие габариты, поэтому их сложно транспортировать. Их питание осуществляется от электрической сети, поэтому такие спектрометры не могут использоваться как аппараты для полевых исследований. Данные устройства подразумевают необходимость использования для анализа малого образца. Они совершенно не подходят, к примеру, для определения цвета краски на детали кузова автомобиля, так как ее просто не получится приложить к устройству.

Мобильные или портативные приборы отличаются малым весом. Они питаются от аккумулятора или батареек. Благодаря этому их можно использовать в любом месте, вне зависимости от наличия там электросети. Результаты измерения устройства выводятся сразу в реальном времени на его ЖК-дисплей. Кроме этого данные приборы обладают собственной внутренней памятью, поэтому результаты замеров не нужно отдельно выписывать сразу же после исследования. Портативные устройства просто прикладываются сканирующей головкой к поверхности, цвет которой нужно определить. Это позволяет их применять для анализа крупных объектов.

Перед использованием прибора любого типа для достижения максимальной точности необходимо провести очистку сканируемой поверхности. Наличие пыли или грязных разводов существенно снизит точность конечного результата. Также нужно отметить, что поскольку мобильное устройство часто применяется на улице, то следует учитывать, что точность измерения во многом зависит от окружающей температуры. Если она больше +30°С, то измерения нужно отложить, пока поверхность образца не остынет.

Геометрия измерения спектрофотометром

Очень важным параметром прибора, влияющим на его точность, является геометрия измерения. Она состоит из двух значений. Первое указывает на то как осуществляется освещение образца, а второй как тот наблюдается.

Спектрофотометр может работать по следующим геометриям измерений:

Точность измерения напрямую зависит от применяемой геометрии освещения. В связи с этим в современных спектрофотометрах используются только схемы 45/0 и D/0. Геометрия 45/0 наиболее бюджетная в производстве приборов и позволяет добиться быстрого анализа результатов. Поэтому ее применяют в портативных устройствах.

Однако приборы с геометрией 45/0 дают погрешность. Дело в том, что цвет образца воспринимается по-разному, в зависимости от того с какой стороны его анализировать. Особенно это характерно для красок с мелкими частицами, типа металлик. Это заметно даже визуально невооруженным глазом. В связи с этим для более точных измерений применяется спектрофотометр работающий по схеме D/0. Он направляет много пучков света, создавая на поверхности образца световое кольцо. Благодаря этому осуществляется множественный анализ.

Существует модификация приборов с интегрирующей сферой, работающей от светодиодного источника света. Она обозначается как D/0:с. Это очень точные устройства, но не применимые для исследования цвета на глянцевых и металлизированных поверхностях.

Обычные приборы D/0 исключают зеркальную составляющую, поскольку они имеют ловушку блеска. Она позволяет компенсировать блики и получить нормальный обзор поверхности для определения ее фактического цвета.

Когда какой прибор использовать

В зависимости от того какую геометрию измерения имеет спектрофотометр, зависит его фактическая себестоимость производства. Самыми дорогими являются устройства, работающие по схеме D/0. Однако их высокая точность не всегда нужна, поэтому существует масса задач, которые можно успешно решать аппаратами других типов. При этом получаемая в результате погрешность во многих ситуациях не является критичной.

Так если нужно проанализировать цвет образца с флуоресцентными свойствами или если он имеет эффект отбеливания, то оптимально применять спектрофотометр работающий по схеме D/0. Этот же прибор будет самым эффективным и для измерения светопропускной способности жидкости или тонкой пленки. Устройства этого типа способны рассчитать рецепт цвета, чтобы потом точно его воссоздать.

Если нужно просто проконтролировать цвет, чтобы убедиться что он соответствует эталону, то достаточно использования прибора работающего с геометрией 45/0. Это, как правило, портативные устройства, которые предусматривают возможность подключения к компьютеру. На последний устанавливается одно из многих доступных программных обеспечений. ПО используя данные от спектрофотометра сравнивает их с базой цветов. Это позволяет проверить идентичность цветов, или даже узнать точное название цвета, в том числе маркировку и бренд краски, которая полностью ему соответствует.

Где применяются спектрофотометры

Это сугубо профессиональный и достаточно дорогостоящий прибор, применение которого для любительских задач совершенно нерентабельно. Его используют на производствах для контроля сырья, чтобы готовая продукция разных партий полностью соответствовала друг другу. Именно благодаря использованию спектрофотометров колоранты, краски, мебель и многие другие товары всегда имеют одинаковый заявленный цвет, даже если относятся к партиям продукции произведенной в разные годы.

Портативный спектрофотометр в основном предназначен для контроля попадания в цвет при выполнении реставрационных работ. Если нужно сделать частичную перекраску поверхности, с целью экономии краски, то используя прибор можно узнать какой тон использовать, чтобы избежать видимого перехода между подкрасами и старым покрытием.

Это особенно актуально при покраске поврежденных деталей кузова автомобилей. Специально для этой задачи под многие спектрофотометры разработано программное обеспечение с каталогом красок разных производителей. Благодаря этому проведя сканирование очищенной поверхности кузова автомобиля со старой краской, можно ввести данные спектра в поиск программы. В результате она выдаст список красок с указанием названия бренда и тона, которые дадут такой же цвет. При этом они будут упорядочены по порядку попадания в цвет. Сначала указываются краски полностью соответствующие по тону, потом с погрешностью 1%, 1, 5% и т.д.

Источник