Фотометричні дослідження проводять за допомогою фотоколориметрів і спектрофотометрів. Вимірювання оптичної щільності стандартного і досліджуваного забарвлених розчинів завжди виробляють по відношенню до розчину порівняння (нульового розчину). Як розчин порівняння можна використовувати частину досліджуваного розчину, що містить всі додаються компоненти, крім реагенту, що утворює з певним речовиною забарвлене з'єднання. Якщо розчин порівняння при цьому залишається безбарвним і, отже, не поглинає променів у видимій області спектра, то як розчин порівняння можна використовувати дистильовану воду.
Пристрій і принцип дії фотометричних приладів розглянемо на прикладі колориметра фотоелектричного концентраційного КФК-2 і спектрофотометра СФ-46.
Однопроменевий фотометр КФК-2 призначений для вимірювання пропускання, оптичної щільності і концентрації забарвлених розчинів, які розсіюють суспензій, емульсій і колоїдних розчинів в області спектра 315-980 нм. Межі вимірювання пропускання 100-5% (D = 0-1,3). Основна абсолютна похибка вимірювання пропускання 1%.
Принципова оптична схема фотоколориметр КФК-2 представлена на рис. 2.2.
Світло від галогенних малогабаритної лампи (1) проходить послідовно через систему лінз, теплозахисний (2), нейтральний (3), обраний кольоровий (4) світлофільтри, кювету з розчином (5), потрапляє на пластину (6), яка ділить світловий потік на два: 10% світла направляється на фотодіод при вимірах в області спектра 590-540 нм) і 90% - на фотоелемент (при вимірах в області спектра 315-540 нм).
Характеристики світлофільтрів представлені в табл. 2.1.
Фотометр фотоелектричний КФК-3 призначений для вимірювання коефіцієнтів пропускання і оптичної щільності прозорих рідинних розчинів і прозорих твердих зразків, а також для вимірювання швидкості зміни оптичної щільності речовини і визначення концентрації речовини в розчинах після попереднього градуювання фотометра. Принципова оптична схема фотометра КФК-3 представлена на рис. 2.3.
Нитка лампи (1) зображується конденсором (2) в площині діафрагми Д1 (0,8 х 4,0), заповнюючи світлом щілину діафрагми. Далі діафрагма Д1 зображається увігнутими дифракційними гратами (4) і увігнутим дзеркалом (5) в площині такої ж щілинної діафрагми Д2 (0,8 х 4,0). Дифракційна решітка (6) і дзеркало створюють в площині діафрагми Д2 розтягнуту картину спектра. Повертаючи дифракційну решітку навколо осі паралельної штрихами решітки, виділяють щілиною діафрагми Д2 випромінювання будь-якої довжини хвилі від 315 до 990 нм. Об'єктив (7, 8) створює в кюветном відділенні слабо світиться пучок світла і формує збільшене зображення щілини Д2 перед лінзою (10). Лінза (10) зводить пучок світла на приймачі (11) у вигляді рівномірно освітленого світлового гуртка. Для зменшення впливу розсіяного світла в ультрафіолетовій області спектра за діафрагмою Д1 встановлено світловий фільтр (3), який працює в схемі при вимірах в спектральної області 315-400 нм, а потім автоматично виводиться. У кюветноє відділення (між об'єктивом 7, 8 і лінзою 10) встановлюються прямокутні кювети (9).
Фотометр призначений для застосування в сільському господарстві, медицині, на підприємствах водопостачання, в металургійній, хімічній, харчовій промисловості та інших областях. Межі вимірювання коефіцієнта пропускання - 0,1-100%, оптичної щільності - 0-3%.
Спектрофотометр СФ-46 призначений для вимірювання спектральних коефіцієнтів пропускання рідких і твердих речовин в області спектра від 190-1100 нм.
Спектрофотометр СФ-46 - стаціонарний прилад, розрахований на експлуатацію в лабораторних приміщеннях, без підвищеної небезпеки ураження електричним струмом.
Діапазон вимірювання спектральних коефіцієнтів пропускання від 1 до 100%.
Абсолютна похибка вимірювання не перевищує 1%, а стандартне відхилення пропускання - не більше 0,1%.
В основу роботи спектрофотометра СФ-46 покладено принцип вимірювання відносини двох світлових потоків: потоку, що пройшов через досліджуваний зразок, і потоку, що падає на досліджуваний зразок (або що пройшов через контрольний зразок).
Світловий пучок від освітлювача потрапляє в монохроматор через вхідну щілину і розкладається дифракційними гратами в спектр. У монохроматический потік випромінювання, що надходить з вихідної щілини в кюветноє відділення, по черзі вводяться контрольний і досліджуваний зразки. Випромінювання, що пройшло через зразок, потрапляє на катод фотоелемента в приймально-усилительном блоці. Електричні сигнали на резисторі, включеному в анодний ланцюг фотоелемента, пропорційні потокам випромінювання, що падає на фотокатод.
Підсилювач постійного струму з коефіцієнтом посилення, близьким до одиниці, забезпечує передачу сигналів на вхід мікропроцесорної системи (МПС), яка по команді оператора по черзі вимірює і запам'ятовує напруги Uт, U0 і U, пропорційні Темнова току фотоелемента, потоку, який пройшов через досліджуваний зразок. Після вимірювання МПС розраховує коефіцієнт пропускання досліджуваного зразка за формулою
У режимі визначення оптичної щільності зразка МПС нарахує оптичну щільність за формулою
Значення вимірюваної величини висвічується на цифровому фотометрическом табло.
На рис. 2.4 представлена структурна схема, а на рис. 2.5 - оптична схема спектрофотометра СФ-46.
Випромінювання від джерела (1 або Г) падає на дзеркальний конденсатор (2), який направляє його на плоске поворотне дзеркало (3) і дає зображення джерела випромінювання в площині лінзи (4), розташованої поблизу вхідної щілини (5) монохроматора.
Минуле через вхідну щілину випромінювання падає на увігнуту дифракційну решітку (6) зі змінним кроком і криволінійним штрихом. Решітка виготовляється на сферичної поверхні, тому, крім диспергуючих властивостей, вона має властивість фокусувати спектр. Застосування змінного кроку і криволінійного штриха значно зменшує абераційні спотворення увігнутою дифракційної решітки і дозволяє отримати високу якість спектра в усьому робочому спектральному діапазоні.
Дифракційний пучок фокусується в площині вихідний щілини (7) монохроматора, розташованої над вхідною щілиною (5). Сканування здійснюється поворотом дифракційних грат, при цьому монохроматичне випромінювання різних довжин хвиль проходить через вихідну щілину (7) і лінзу (8), контрольний або досліджуваний зразок, лінзу (9) і за допомогою поворотного дзеркала (10) потрапляє на світлочутливий шар одного з фотоелементів (11 або 12).
Для забезпечення роботи спектрофотометра в широкому діапазоні спектра використовуються два фотоелементи два джерела випромінювання суцільного спектра.
Сурм'яно-цезієвий фотоелемент з вікном з кварцового скла застосовується для вимірювання в області спектра від 186 до 700 нм, киснево-цезієвого фотоелемент - для вимірювання в області спектра від 600 до 1100 нм. Довжина хвилі, при якій слід переходити від вимірювань з одним фотоелементом до вимірювань з іншим фотоелементом, вказується в паспорті.