Upload
kiley-iddings
View
270
Download
1
Tags:
Embed Size (px)
Citation preview
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 1
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (PHOTOMETERS)
1. อธิ�บายผังองค�ปรื่ะกอบข้องเครื่��องวัดควัามเข้�มแสงแบบต่�างๆ ได�
2. อธิ�บายรื่ะบ�องค�ปรื่ะกอบส าคญและหน้�าที่&�ข้ององค�ปรื่ะกอบภายใน้เครื่��องวัดกล��มที่&�ใช้�หลกการื่วัดควัามเข้�มแสงได�
3. อธิ�บายการื่ต่รื่วัจสอบการื่ที่ างาน้เบ�+อต่�น้ข้องเครื่��อง spectrophotometer ได�
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 2
• เครื่��องวัดค�าด,ดกล�น้แสงข้องสารื่ละลาย Spectrophotometer และ Photometer• เครื่��องวัดแสงที่&�สะที่�อน้จากผั�วัวัต่ถุ� Reflectance photometer• เครื่��องวัดค�าการื่ด,ดกล�น้แสงข้องอะต่อมอ�สรื่ะ Atomic absorption spectrophotometer• เครื่��องวัดการื่เปล�งแสงข้องอะต่อมอ�สรื่ะ Atomic emission photometer• เครื่��องวัดการื่เรื่�องแสงข้องสารื่ละลาย Fluorescent photometer, Illuminometer, Chemiluminescent photometer • เครื่��องวัดแสงกรื่ะเจ�งจากโลเลก�ลสารื่ Nephelometer / Turbidimeter
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (PHOTOMETERS)
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 3
Electromagnetic energy or wave
Wavelength() Common Source of energy
Over 25 cm Radio waves Electron-spin orientation
0.4 – 25 cm Microwaves (radar) Molecular rotation
25,000 – 4,000,000 nm
Far Infrared
Molecular vibration25,000 – 25,000 nm True Infrared
800 – 2,500 nm Near Infrared
400 – 800 nm Visible light Valence electron transition10 – 400 nm Ultraviolet (UV)
0.1 – 10 nm Soft X-rays and X-rays
Inner-shell electron transition
Less than 0.1 nm Gamma rays (isotopes)
Nuclear transition
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 4
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 5
-400435
-435500
-500570
-570600
-600630
-630700
VioletBlue
GreenYell
owOrangeRed
-Green yellow
YellowRedBlue
-GreenblueGreen
Visible Spectrum
ApproximatedWavelength (nm)
Color of absorbed light
Color of solution
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 6
Incident Light [ Io ]
Transmitted Light [ It ]
- 2A = log %T
Transmittance [T] =It
I0
%Transmittance [%T] =
It
x 100 = 100TI0
Absorbance [A or O.D.] = log
1= log
I0= log
100
T It %T= log 1 – log T = - log T
Absorbance [A or O.D.] = log
100= log 100 – log %T%T
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 7
b = ควัามกวั�าง หรื่�อ รื่ะยะที่างที่&�แสงผั�าน้ ( cm )
Incident Light [ I0
] Transmitted Light [ I t
]
C = ควัามเข้�มข้�น้ข้องสารื่ละลาย หรื่�อ ควัามเข้�มข้�น้ข้องต่วัถุ,กละลาย
b
b
b b
*ต่วัที่ าละลายไม�ด,ดกล�น้คล��น้แสง ( g%)
= = a b CBeer and Lambert’s Law ===>
= C
= b
C มากข้1+น้, b คงที่&�
b มากข้1+น้, C คงที่&�
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 8
a = absorptivity coefficient (สมปรื่ะส�ที่ธิ�2การื่ด,ดกล�น้แสง)
หน้�วัยข้อง molar absorptivity ค�อ L.mol-1.cm-1 molar absorptivity ใช้�สุญญลกัษณ์�เป็�น
ถุ�า C ม&หน้�วัยเป3น้ mole/L
= = a b CBeer and Lambert’s Law ===>
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 9
0.852
Monochromator
Energy Lamp
Cuvette
Photodetector
Amplifier &
Display deviceGrating
Mirror
Entrance Slit
Exit Slit•Interference filters•Prism•Grating
เครื่��องวัดค�าด,ดกล�น้แสงข้องสารื่ละลายSpectrophotometer และ Photometer
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 10
Single beamspectrophotometer
Split beamspectrophotometer
Double beamspectrophotometer
Beam Splitter -or Half mirror
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 11
VIS spectrophotometer UV spectrophotometer
UV/VIS spectrophotometer
- Tungsten filament lamp : 320 2500 nm
Hydrogen/Deuteriu - m lamp : 160 275
nm- Tungsten halogen lamp :
Xenon arc lamp :
ช้น้�ดข้องหลอดให�พลงงาน้(Energy lamp)
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 12
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 13
MgF2
เคล�อบด�วัยSilver
GlassGlass
Reinforced wave
Interference filters
Wave not Reinforced
ช้น้�ดข้อง monochromater
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 14
1st- order spectru
m
2nd- order spectru
m
3rd- order spectrum
- Reverse order spectrum
Exit slit
Entrance slit
White Light
RefractionGrating
200 500 800
Spectrum pattern (linear scale)
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 15
Near Infrareds light(NIR)
Near UV light
NIR
Near UV
Corn type prism Littrow type prism
350400800
Glass prism spectrum pattern (log scale)
200 300800
Quartz prism spectrum pattern (log scale)
250
200 500 800
Grating spectrum pattern (linear scale)
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 16
Band pass is that range of wavel engths that pass through the exi
t slit of the wavelength selectingdevice.
Band pass
1 0 0 % peakheight
50% peak height
- half band pass
Nominal band pass(width) and - half band pass(width)
R
ad
ian
tEn
erg
yIn
ten
sit
y
Wavelength, nm
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 17
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 18
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 19
วัสด�ที่&�ใช้�ที่ า cuvette=== === ===== ======= ===== P lastic Quartz
==== -==== =======
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 20
ช้น้�ดข้อง photodetector• Photocell or Barrier layer cell or Photovoltaic cell•Phototube• Photomultiplier tube•Photodiode•Phototransistor• Photodiode array
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 21
Glass window Silver lacquer
Semiconductor( selenium, cadmium )
= ==== ====(iron)
Photocell or Barrier layer cell or Photovoltaic cell
- Selenium type ต่อบสน้องต่�อแสงช้�วัง 380-700 ที่ที่, ไวัต่�อแสงช้�วัง 500-600 nm- ผัล�ต่กรื่ะแสงได� - 10100 A-ไม�เหมาะกบ spectrophotometer ที่&�ม& bandpass แคบๆ- ถุ�าถุ,กแสงน้าน้ๆ จะผัล�ต่กรื่ะแสงได�น้�อยลง เรื่&ยกวั�า fatigue
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 22
Glass envelope= ==== =======
= ====Base
+- 90 volt
90 volt จ�ายกรื่ะแสงไฟฟ6าจน้เก�ด dark current
Phototube
Photosensitive material ที่&�ใช้�ได�แก�- - cesium antimony 352 625 nm - cesium oxide 600 1000 nm
multialkaline ( Sb / K/ Na / Cs )
ผัล�ต่กรื่ะแสได�น้�อย ต่�องม&ภาคข้ยายสญญาณไฟฟ6า , ม&ควัามไวักวั�า photocell,ถุ,กแสงน้าน้ๆ เก�ด fatigue ได� , อาย�การื่ใช้�งาน้ส+น้กวั�า photocell
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 23
- Gas filled phototube
Photomultiplier tube : PMT
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 24
P N P N
P N
P N
P N
P N
P N
N
N
P
N
Photodiode
Phototransistor Photodiode array
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 25
1. Very elevated concentrations are measured.
2. Incident radiant energy is not monochromatic.
3. The solvent absorption is significant compare d to the solute absorbance.
4 . Radiant energy is transmitted by other mechanisms( stray light==
5. The sides of the cell are not parallel.
6 . The absorbance of a fluorescent solution is measured.
กรื่ณ&ที่&�การื่ด,ดกล�น้แสงข้องสารื่ไม�เป3น้ไปต่าม Beer’s Law
= = a b C
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 26
Stray light0%
Stray light 1% Stray light 5
%
Absorbency
Concentration
Linearity เม��อม& 1 % Stray l
ight
Linearity เม��อม& 5 % Stray lig
ht
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 27
การื่ปรื่บควัามถุ,กต่�องข้องควัามยาวัคล��น้แสงWavelength calibration
0.852
Monochromator
Energ y Lam
p
Cuvette
Photodetector
Amplifier &
Display device
Grating
Mirror
Entrance Slit
630
nm
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 28
Didymiumfi l ter :
Peak => 585 nm
Holmium oxide
2415. +02.2794. +03.2875. +035.333 7. + 055.360 9. + 075.418 4. + 11.453 2. + 14.5362. +23.6372. +38.
Peak(nm) Potassium dichromate solution
0004 05. g/L in . N KOH
Peak=> 374+ 4nm
Peak=> 540+ 4 nm
576+ 4 nm
Oxyhemoglobin solution
Red cell in 0.05% NH4
OH
Cobalt chloride solution
4 4 1. g/L in % HCl
Peak=> 512+ 5nm
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 29
Absorbance accuracy
Potassium dichromate solution
Copper sulfate solution
Cobalt sulfate solution
120 001mg/L in . N H2
SO4
4 1g%i n %H2
SO4
4 g% CoSO4
.(HN4
)2
SO4
.6H
2 O in 1%
H2
SO4
257 1738nm => . + 003. Abs. 357 nm =>1288. + 002. Abs.
การื่ต่รื่วัจสอบควัามถุ,กต่�องข้องการื่ด,ดกล�น้แสง
650 0448nm => . Abs.
510 048nm => . Abs.
Neutral density filters
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 30
Absorbance linearity
การื่ต่รื่วัจสอบควัามเป3น้เส�น้ต่รื่งข้องค�าการื่ด,ดกล�น้แสง
Potassium dichromate solution 05in . N KOH
Copper sulfate solution == =12
SO4
02, 3, 4 5 6 7 8, , , , , 9 10, g%
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 31
Stray light checking
การื่ต่รื่วัจสอบแสงรื่บกวัน้Stray light filter ม&ค�ณสมบต่�ด,ดกล�น้คล��น้แสงได�หมด
=> 0 %T หรื่�อ ต่วัเลข้ Abs. กรื่ะพรื่�บ NaI 10g/l 220nm
= == =2
50g/l 340 nm=2
Cr2
=7
025 005. g/l in . N KOH 370 nm=2
Cr2
=7
050 005. g/l in . N KOH 400 nmCuSO
4 350 g/l 680nm
* Stray light ไม�ควัรื่เก�น้ 1 %T
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 32
Light Sourc
e
Photo detector
Readout device
Sample surface
เครื่��องวัดแสงที่&�สะที่�อน้จากผั�วัวัต่ถุ�Reflectance photometerวิดค่�าค่วิามเข้�มแสุงท#$สุะท�อนจากัผิ�วิวิตถุ�เป็ร#ยบเท#ยบกับค่�าค่วิามเข้�มแสุงกั�อนกัระทบผิ�วิวิตถุ�
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 33
Reflection density (DR ) = Log ( RO = = test )
= O = Intensity of light reflected by standard
reflector
= test = Intensity of light reflected by test sample
- Barium sulface coated surface
A = log ( 1 / T ) or A = log ( Io = I t )
Transmittion density / Absorption / Opitical density
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 34
Kubelka-Munk-Theory
R is the absolute reflectance of sampled layerk is the molar absorption coefficient of the sample surfaces is the scattering coefficient of the sample surface
The theory works best for optically thick materials where >50% of light is reflected and <20% of light is transmitted.
dX
Xx
iTiR
Backing Reflectance
Paper Reflectance
I0
IR
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 35
Vaporized atoms in the group state (Ao ) absorb light at very narrowly defined wavelengths. [ 0.0
- 01 0.01 nm ]
A+ vapor + e- ------ > Ao vapor
Compounds ( A+ Cl- )heat สามารื่ถุด,ดกล�น้ hv
A* vapor
Ground state
Excited state ( unstable )
hv heat
Combustion process
OxygenOxide
High temperature
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 36
-Hollowcathod
e lampChopper
Burner
Monochromator
Photomultipliertube
Readout device
Samplesolutio
n
Atomization = convert chemicals to atomic vapor Nebulization= convert solution to a fine spray or aerosol
Burner
Line spectrum light
เครื่��องวัดค�าการื่ด,ดกล�น้แสงข้องอะต่อมอ�สรื่ะAtomic absorption spectrophotometerกัระต��นโมเลกั�ลสุารให้�อย��ในร�ป็อะตอมอ�สุระแล�วิวิดค่�าด�ดกัล.นแสุงข้องอะตอมอ�สุระ ห้ลอดให้�พลงงานแสุงข้องระบบกัารวิดเป็�นห้ลอดท#$ให้�แสุงค่วิามยาวิค่ล.$นเด#ยวิ ซึ่1$งเร#ยกัวิ�า Hollow cathode lamp
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 37
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 38
Electrodes Discharge Lamp( )
Hollow cathode lamp
200-400Volt
200-400Volt
Specific metal Specific metal salt
===== === Electrical coil===== ===
Energy lamp for Atomic absorption spectrophotometer
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 39
Burner head
Fuel gas
Oxidant
Sample capillary
Nebulizer
Nebulizer oxidant
Flow spoiler
Flow spoilerretainin
g screw
Nebulizer adjusting knob
Burnerhead lockingring
Pressure relief vents
To waste
Type ofburner
Total consumption burner
- Premix burner ( laminar flow burner )
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 40
-Hollow cathode
lamp Chopper Burner
Monochromator
Photomultipliertube
Readout device
Samplesolutio
n
Line spectrum light
Emission interference
Ao + heat ---------------------> A*
hv
80 20%
ช้�วัยแก�ไข้ป8ญหา emission interference
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 41
Flame atomic absorption spectrophotometer
Flameless atomic absorption spectrophotometer
Hydride generated atomic absorption spectrophotom eter
HgH2
-Hollow
cathodelamp
Chopper
Monochromator
Photomultipliertube
Readout device
Samplesolutio
n
Line spectrum light
Hydridegenerato
r Carrier gas
Cell
Temperature up to 2,300o C
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 42
-Hollow cathode
lampChopper
Monochromator
Photomultipliertube
Readout device
Samplesolutio
n applyto
Line spectrum light
High Voltage apply ( temperature up to 2,700o C )
Graphite furnace atomic absorption spectrophotometer
Platform or tube m ade form carbon
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 43
Burner
Wavelength selector( filters)
Photomul tiplier
tube
Readout device
Samplesolutio
n
Emission light
ใช้�วัด Na / K / Ca
เครื่��องวัดการื่เปล�งแสงข้องอะต่อมอ�สรื่ะAtomic emission photometerวิดค่วิามเข้�มแสุงท#$เป็ล�งออกัมาจากัอะตอมอ�สุระท#$ถุ�กัเผิาด�วิยเป็ลวิไฟ
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 44
Direct type and Internal standard type of flame photometer
Internal standard : lithium or cesium
Sample and standard are diluted with a const ant concentration of internal standard
Readout device
burner
filters
detectors
Coincident device
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 45
ScatteredAbsorbed
TransmittedLight
No loss of energy
No change ofenergy same wavelength before
and after it interacts wit h the matter
Energy loss Some energy loss and
Reemitted lightFluorescence and Phosphorescence
เครื่��องวัดการื่เรื่�องแสงข้องสารื่ละลายFluorescent photometerIlluminometer or Chemiluminescent photometer
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 46
First monochromato
r
Second monochromator
Lightsource
Excitation slit
Emission slit
Sample in cuvette
Detector
Readout device
Fluorescent photometer or Fluorometerวิดค่วิามเข้�มแสุงท#$เป็ล�งออกัมาข้องสุารละลายห้ลงจากัถุ�กักัระต��นด�วิยค่ล.$นแสุง
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 47
Illuminometer or Chemiluminescent photometer วิดค่วิามเข้�มข้องแสุงท#$เป็ล�งออกัมากัห้ลงจากัเกั�ดป็ฏิ�กั�ร�ยาเค่ม#
monochromator
Emission slit
Sample in cuvette
Readout device
Photo Detector
Luminol- - - -(5 amino 2,3 dihydro 1,4 phthalazinedione)
peroxidase
hv - 400 450 nm
- Luciferin ( 6 hydroxybenzothiazole )
Oxidized Luminol Enhancer เช้�น้
จะที่ าให� Intensity ข้อง emitted light มากข้1+น้
Low intensity
เครื่��องวัดควัามเข้�มแสง (วิ�สุ�ทธิ์�� กังวิานตระกั�ล) 48
Particle diameters of - Antigen antibodies complex : - 2501500, nm
ควัามยาวัคล��น้ที่&�ใช้�วัด => - 320 650 nm
-= 15 90
Light source
Collimatin g len
Slit
Filter
Sample Cuvette
Stray light traps
DetectorSignal
q
Monochromator
เครื่��องวัดแสงกรื่ะเจ�งจากโลเลก�ลสารื่Nephelometer : วิดค่วิามเข้�มแสุงท#$กัระเจ�งไป็จากัแนวิระนาบเด#ยวิกับค่ล.$นแสุงท#$กัระต�นป็ระมาณ์ - 15 90 องศาTurbidimeter : วิดค่วิามเข้�มแสุงท#$กัระเจ�งในแนวิระนาบเด#ยวิกับค่ล.$นแสุงท#$กัระต�น