Optická hustota D, miera opacity vrstvy hmoty pre svetelné lúče.

, kde

e je koeficient absorpcie (extinkcie) svetelného toku. Závisí od povahy látky a vlnovej dĺžky svetla.

C je koncentrácia látky v roztoku v m/l.

l je hrúbka vrstvy roztoku absorbujúceho svetlo.

Optická hustota roztoku je priamo úmerná koncentrácii látky absorbujúcej svetlo v roztoku a hrúbke vrstvy roztoku. Inými slovami, pri určitej hrúbke vrstvy roztoku bude optická hustota tým väčšia, čím väčšia bude koncentrácia látky v roztoku. Z toho vyplýva, že stanovením optickej hustoty roztoku možno priamo určiť koncentráciu látky v roztoku. S modernou technológiou je možné veľmi presne merať optickú hustotu. Zvýšenie hrúbky vrstvy l možno merať veľmi nízke koncentrácie látok.

Fotokolorimeter- optický prístroj na meranie koncentrácie látok v roztokoch. Pôsobenie kolorimetra je založené na vlastnosti farebných roztokov absorbovať svetlo prechádzajúce cez ne, čím silnejšie, tým vyššia je koncentrácia farbiva v nich. Na rozdiel od spektrofotometra sa merania vykonávajú v lúči nie monochromatického, ale polychromatického úzkeho spektrálneho svetla tvoreného svetelným filtrom. Použitie rôznych svetelných filtrov s úzkymi spektrálnymi rozsahmi prechádzajúceho svetla umožňuje oddelene určiť koncentrácie rôznych zložiek toho istého roztoku. Na rozdiel od spektrofotometrov sú fotokolorimetre jednoduché, lacné a napriek tomu poskytujú dostatočnú presnosť pre mnohé aplikácie.

Kolorimetre sa delia na vizuálne a objektívne (fotoelektrické) – fotokolorimetre. Vo vizuálnych kolorimetroch svetlo prechádzajúce meraným roztokom osvetľuje jednu časť zorného poľa, zatiaľ čo druhá časť je osvetlená svetlom, ktoré prešlo cez roztok tej istej látky, ktorej koncentrácia je známa. Zmenou hrúbky l vrstvy jedného z porovnávaných roztokov alebo intenzity I svetelného toku pozorovateľ dosiahne, že farebné tóny oboch častí zorného poľa sú okom nerozoznateľné, po čom sa koncentrácia t. skúmané riešenie možno určiť zo známych vzťahov medzi l, I a c.

Fotoelektrické kolorimetre (fotokolorimetre) poskytujú väčšiu presnosť merania ako vizuálne; ako prijímače žiarenia sa používajú fotobunky (selén a vákuum), fotonásobiče, fotorezistory (fotorezistory) a fotodiódy. Sila fotoprúdu prijímačov je určená intenzitou svetla dopadajúceho na ne a následne stupňom jeho absorpcie v roztoku (čím väčšia, tým vyššia koncentrácia). Okrem fotoelektrického kolorimetra (fotokolorimetra) s priamym odčítaním intenzity prúdu sú bežné kompenzačné kolorimetre, v ktorých sa rozdiel medzi signálmi zodpovedajúcimi štandardu a meraným roztokom znižuje na nulu (kompenzuje sa) elektrickým alebo optickým kompenzátorom. (napríklad fotometrický klin); údaj sa v tomto prípade odoberá zo stupnice kompenzátora. Kompenzácia umožňuje minimalizovať vplyv podmienok merania (teplota, nestabilita vlastností kolorimetrických prvkov) na ich presnosť. Hodnoty kolorimetra neposkytujú okamžite hodnoty koncentrácie testovanej látky v roztoku - na to sa používajú kalibračné grafy získané meraním roztokov so známymi koncentráciami.

Merania kolorimetrom sú jednoduché a rýchle. Ich presnosť v mnohých prípadoch nie je nižšia ako presnosť iných, zložitejších metód chemickej analýzy. Dolné limity stanovených koncentrácií sa v závislosti od typu látky pohybujú od 10 −3 do 10 −8 mol/l.

21. Schéma FEC, ktorá je založená na porovnaní 2 svetelných tokov, kde L-lampa, Z-zrkadlá, Sf-filtre, K-kondenzátory, A-článok s riadeným riešením, F1 a F2-fotobunky, EU-elektronický zosilňovač , IN- indikátor nuly, OK optický klin.

Princíp činnosti: svetelný tok zo svietidla L je rozdelený na 2 prúdy a odrazený od zrkadiel Z dopadá na tie isté fotobunky F1 a F2. Tok, ktorý prechádza horným svetelným kanálom prechádza cez svetelný filter Sf, kondenzát K a optický klin OK a svetelný tok prechádza spodným svetelným kanálom prechádza cez spodný svetelný filter Sf kondenzátu K a kyvetu A, ktorá je naplnená kontrolovanou látkou. Fotodetektory F1 a F2 sú zapojené chrbtom k sebe a v ich obvode je zahrnutý elektronický zosilňovač EU. Zmenou polôh OK (optického klinu) sa dosiahne rovnosť svetelných tokov v oboch kanáloch. Potom budú oba kanály vydávať rovnaké fotoprúdy a signál nevyváženosti na vstupe do elektronického zosilňovača sa bude rovnať nule a indikátor IN bude ukazovať nulu. Po nastavení čítania prístroja na nulu, t.j. obvod vyvážiť, umiestniť do prístroja kyvetu A s riadeným roztokom, v dôsledku zmeny rovnosti svetelných tokov vznikne nevyváženosť, ktorá bude privedená na elektrónkový zosilňovač. Pre vyrovnanie svetelných tokov je potrebné posunúť OK, kým už nebude do zosilňovača privádzaný nesymetrický signál, t.j. fotoprúdy sa vyrovnajú a šípka, ktorá je pripojená k optickému klinu, neukáže efektívnu hodnotu koncentrácie roztoku umiestneného v kyvete A.

22. Refraktometre sú určené na stanovenie indexu lomu testovanej látky, na základe ktorého sa urobí záver o jej zložení, prítomnosti nečistôt a stanoví sa percentuálne zloženie rozpustených pevných látok. Tieto prístroje sú určené na štúdium neagresívnych kvapalín so strednou viskozitou a tuhých látok.

Refraktometre sa používajú v chemickom priemysle,

potravinársky priemysel, na analýzu produktov a surovín, v medicíne a veterinárnej medicíne; vo farmaceutickom priemysle na štúdium vodných roztokov liečiv, ako aj v mnohých iných odvetviach.

Zvyčajne sa indexy lomu kvapalných a pevných telies určujú refraktometriou s presnosťou 0,0001 na refraktometroch, v ktorých sa merajú hraničné uhly celkového vnútorného odrazu. Najbežnejšie Abbe refraktometre s hranolovými blokmi a disperznými kompenzátormi umožňujú určiť čiary spektra v "bielom" svetle na stupnici alebo digitálnom indikátore. Maximálna presnosť absolútnych meraní (10 -10) sa dosahuje na goniometroch metódami vychyľovania lúča hranolom skúmaného materiálu. Interferenčné metódy sú najvhodnejšie na meranie indexov lomu plynov. Interferometre sa používajú aj na presné (až 10 -7) určenie rozdielov v indexoch lomu roztokov. Na ten istý účel sa používajú diferenciálne refraktometre, založené na vychyľovaní lúčov sústavou dvoch alebo troch dutých hranolov.

Automatické refraktometre na kontinuálny záznam indexov lomu v prúdoch kvapalín sa používajú vo výrobe na riadenie procesov a automatické riadenie, ako aj v laboratóriách na rektifikačné riadenie a ako univerzálne detektory pre kvapalinové chromatografy.

Refraktometria, vykonávaná pomocou refraktometrov, je jednou z najbežnejších metód na identifikáciu chemických zlúčenín, kvantitatívnu a štrukturálnu analýzu a stanovenie fyzikálno-chemických parametrov látok.

23.

1- iluminátor; 2- kolimátor; 3 - kyveta; 4, 5 -- hranoly; 6 - fotobunky.

Kyveta pozostáva z dvoch komôr oddelených priehľadnou priehradkou, z ktorých jedna je naplnená referenčným roztokom danej koncentrácie a druhá kontrolovaným roztokom. Ak sú indexy lomu referencie P a kontrolované P" kvapalín, svetelný lúč prechádza oboma komorami bez odchýlok a pri zmene koncentrácie riadeného média indikátor P" sa zmení a svetelný lúč sa vychýli. Odchýlka lúča je tým väčšia, čím je rozdiel medzi koncentráciami referenčnej a kontrolovanej kvapaliny zreteľnejší. Konštrukcia diferenciálneho článku zabezpečuje teplotnú kompenzáciu, t.j. rovnosť teplôt, pri ktorých sa nachádzajú obe kvapaliny.

24. Pri meraní hmotnostnými spektrometrami sa používa hlavný fyzikálny parameter látky - hmotnosť molekuly alebo atómu. To vám umožňuje určiť zloženie látky bez ohľadu na jej chemické a fyzikálne vlastnosti. Výhodou hmotnostnej spektrometrickej metódy je rýchla a úplná analýza viaczložkových zmesí plynov. Zároveň sú na analýzu potrebné zanedbateľné množstvá látky. "

V podmienkach vysokého vákua sa molekuly alebo atómy analytu ionizujú za vzniku kladne nabitých iónov. Ióny zrýchlené v elektrickom poli sú oddelené svojimi hmotnosťami v magnetickom poli. Súčet elektrických nábojov pohybujúcich sa iónov tvorí iónový prúd. Meranie sily iónového prúdu vytváraného časticami danej hmotnosti umožňuje posúdiť koncentráciu častíc v celkovom zložení analytu. V hmotnostnom spektrometri akejkoľvek konštrukcie je hlavnou časťou hmotnostný analyzátor, v ktorom dochádza k ionizácii, tvorbe iónového lúča, jeho rozdeleniu na jednotlivé iónové lúče zodpovedajúce presne definovaným hmotnostiam a sekvenčnému oddelenému zberu iónových lúčov na kolektore. . Podľa špecifikovaných procesov sa hmotnostný analyzátor akéhokoľvek hmotnostného spektrometra skladá zo zdroja iónov, samotného analyzátora a prijímača iónov.

Hmotnostné spektrometre sú rozdelené do štyroch skupín podľa konfigurácie a vzájomnej orientácie magnetických a elektrických polí, ako aj charakteru zmeny týchto polí v čase: s oddelením iónov v rovnomernom magnetickom poli; s oddelením iónov v nerovnomernom magnetickom poli; s oddelením iónov podľa doby letu; rádiofrekvencia.

Prevládajúce uplatnenie získali hmotnostné spektrometre s oddelením iónov v rovnomernom magnetickom poli a podľa času letu.

25. Automatický refraktometer.

26. Činnosť refraktometra

pH meter

Optická hustota D, miera opacity vrstvy hmoty pre svetelné lúče. Rovná sa desiatkovému logaritmu pomeru tok žiarenia F 0 dopadajúce na vrstvu do prúdu oslabeného v dôsledku absorpcie a rozptylu F prechádza cez túto vrstvu: D=lg( F 0 /F), inak je O. p. logaritmus prevrátenej hodnoty koeficient prenosu vrstva materiálu: D= lg(l/t). (Desatinný logaritmus lg je nahradený prirodzeným logaritmom logaritmus logaritmus lg, ktorý sa niekedy používa.) Bunsen ; používa sa na charakterizáciu útlmu optické žiarenie (svetlo) vo vrstvách a filmoch rôznych látok (farbivá, roztoky, farebné a mliečne sklá a pod.), v svetelné filtre a iné optické produkty. OP sa využíva najmä na kvantitatívne hodnotenie vyvolaných fotografických vrstiev v čiernobielej aj farebnej fotografii, kde metódy na jej meranie tvoria obsah samostatnej disciplíny - denzitometria . Existuje niekoľko druhov optického žiarenia v závislosti od charakteru dopadajúceho žiarenia a spôsobu merania prenášaných tokov žiarenia ( ryža. ).

OP závisí od súboru frekvencií n (vlnové dĺžky l) charakterizujúcich počiatočný tok; jeho hodnota pre limitný prípad jedného jediného n sa nazýva monochromatické O. p. Regulárne ( ryža. , a) monochromatický O. p. vrstvy nerozptyľujúceho média (bez zohľadnenia korekcií odrazu od prednej a zadnej hranice vrstvy) je 0,4343 k n l, kde k n - prirodzený rýchlosť absorpcie prostredie, l- hrúbka vrstvy ( k n l= k cl- ukazovateľ v rovnici Booger - Lambert - Bera Law ; ak nemožno zanedbať rozptyl v médiu, k n sa nahrádza prirodzeným indikátor oslabenia ). Pre zmes nereagujúcich látok alebo súbor médií usporiadaných za sebou je OD tohto typu aditívna, t. j. rovná sa súčtu rovnakých OD jednotlivých látok alebo jednotlivých médií. To isté platí pre bežné nemonochromatické optické žiarenie (žiarenie komplexného spektrálneho zloženia) v prípade médií s neselektívnou (nezávislou od n) absorpciou. Pravidelné nemonochromatické Opp súboru médií so selektívnou absorpciou je menší ako súčet opp týchto médií. (O prístrojoch na meranie O. p. pozri články Denzitometer , Mikrofotometer , Spektrozonálna letecká fotografia , Spektrosenzitometer , Spektrofotometer , Fotometer .)

Lit.: Gorohovsky Yu. N., Levenberg T. M., Všeobecná senzitometria. Teória a prax, M., 1963; James T., Higgins J., Základy teórie fotografického procesu, prekl. z angličtiny, M., 1954.

Veľká sovietska encyklopédia M.: "Sovietska encyklopédia", 1969-1978

Akákoľvek častica, či už je to molekula, atóm alebo ión, v dôsledku absorpcie svetelného kvanta prechádza na vyššiu úroveň energetického stavu. Najčastejšie dochádza k prechodu zo základného do excitovaného stavu. To spôsobuje výskyt určitých absorpčných pásov v spektrách.

Absorpcia žiarenia vedie k tomu, že pri jeho prechode látkou sa intenzita tohto žiarenia znižuje s nárastom počtu častíc látky, ktorá má určitú optickú hustotu. Túto metódu výskumu navrhol V. M. Severgin už v roku 1795.

Táto metóda je najvhodnejšia pre reakcie, pri ktorých je analyt schopný premeniť sa na farebnú zlúčeninu, ktorá spôsobí zmenu farby testovaného roztoku. Meraním jeho absorpcie svetla alebo porovnaním farby s roztokom známej koncentrácie je ľahké nájsť percento látky v roztoku.

Základný zákon absorpcie svetla

Podstata fotometrického stanovenia spočíva v dvoch procesoch:

• prenos látky, ktorá sa má stanoviť, do zlúčeniny absorbujúcej elektromagnetické vibrácie;
• meranie intenzity absorpcie tých istých vibrácií roztokom skúmanej látky.

Zmeny v intenzite svetelného toku prechádzajúceho látkou absorbujúcou svetlo budú tiež spôsobené stratami svetla odrazom a rozptylom. Aby bol výsledok spoľahlivý, vykonávajú sa paralelné štúdie na meranie parametrov pri rovnakej hrúbke vrstvy, v rovnakých kyvetách, s rovnakým rozpúšťadlom. Takže pokles intenzity svetla závisí hlavne od koncentrácie roztoku.

Pokles intenzity svetla prechádzajúceho cez roztok je charakterizovaný (nazývaný aj jeho priepustnosť) T:

T \u003d I / I 0, kde:

• I je intenzita svetla prechádzajúceho látkou;
• I 0 je intenzita dopadajúceho svetelného lúča.

Transmisia teda ukazuje podiel neabsorbovaného svetelného toku prechádzajúceho cez skúmaný roztok. Reverzný algoritmus hodnoty prenosu sa nazýva optická hustota roztoku (D): D \u003d (-lgT) \u003d (-lg) * (I / I 0) \u003d lg * (I 0 / I).

Táto rovnica ukazuje, ktoré parametre sú hlavné pre štúdiu. Tieto zahŕňajú vlnovú dĺžku svetla, hrúbku kyvety, koncentráciu roztoku a optickú hustotu.

Bouguer-Lambert-Beerov zákon

Je to matematický výraz, ktorý odráža závislosť poklesu intenzity monochromatického svetelného toku od koncentrácie látky pohlcujúcej svetlo a hrúbky vrstvy kvapaliny, cez ktorú prechádza:

I \u003d I 0 * 10 -ε C ι, kde:

• ε je koeficient absorpcie svetla;
• C je koncentrácia látky, mol/l;
• ι je hrúbka vrstvy analyzovaného roztoku, pozri

Po transformácii je možné tento vzorec napísať: I / I 0 \u003d 10 -ε·С·ι.

Podstata zákona je nasledovná: rôzne roztoky tej istej zlúčeniny pri rovnakej koncentrácii a hrúbke vrstvy v bunke absorbujú rovnakú časť svetla dopadajúceho na ne.

Ak vezmeme logaritmus poslednej rovnice, môžeme získať vzorec: D = ε * C * ι.

Je zrejmé, že optická hustota priamo závisí od koncentrácie roztoku a hrúbky jeho vrstvy. Fyzikálny význam molárneho absorpčného koeficientu je jasný. Rovná sa D pre jeden molárny roztok a pre hrúbku vrstvy 1 cm.

Obmedzenia uplatňovania zákona

Táto sekcia obsahuje nasledujúce položky:

1. Platí len pre monochromatické svetlo.
2. Koeficient ε súvisí s indexom lomu média, obzvlášť silné odchýlky od zákona možno pozorovať pri analýze vysoko koncentrovaných roztokov.
3. Teplota pri meraní optickej hustoty musí byť konštantná (v rozmedzí niekoľkých stupňov).
4. Svetelný lúč musí byť rovnobežný.
5. pH média musí byť konštantné.
6. Zákon sa vzťahuje na látky, ktorých stredy pohlcujúce svetlo sú častice rovnakého typu.

Metódy stanovenia koncentrácie

Stojí za to zvážiť metódu kalibračnej krivky. Na jej vytvorenie pripravte sériu roztokov (5 – 10) s rôznymi koncentráciami testovanej látky a zmerajte ich optickú hustotu. Podľa získaných hodnôt sa vynesie graf D versus koncentrácia. Graf je priamka od začiatku. Umožňuje vám jednoducho určiť koncentráciu látky na základe výsledkov meraní.

Existuje aj aditívna metóda. Používa sa menej často ako predchádzajúci, ale umožňuje vám analyzovať riešenia komplexného zloženia, pretože zohľadňuje vplyv ďalších komponentov. Jeho podstatou je stanovenie optickej hustoty média D x obsahujúceho analyt neznámej koncentrácie C x s opakovanou analýzou toho istého roztoku, ale s prídavkom určitého množstva testovanej zložky (C st). Hodnota C x sa zistí pomocou výpočtov alebo grafov.

Podmienky výskumu

Aby fotometrické štúdie poskytli spoľahlivý výsledok, je potrebné splniť niekoľko podmienok:

• reakcia musí byť dokončená rýchlo a úplne, selektívne a reprodukovateľne;
• farba výslednej látky musí byť stabilná v priebehu času a nesmie sa meniť pôsobením svetla;
• testovaná látka sa odoberie v množstve dostatočnom na jej premenu na analytickú formu;
• merania optickej hustoty sa uskutočňujú v rozsahu vlnových dĺžok, pri ktorom je rozdiel v absorpcii počiatočných činidiel a analyzovaného roztoku najväčší;
• absorpcia svetla referenčného roztoku sa považuje za optickú nulu.

Telesá, ktoré prepúšťajú a pohlcujú svetlo (okrem matných a zakalených médií), sa vyznačujú optickými priehľadnosť θ, nepriehľadnosť O a optickú hustotu D.

Často sa namiesto koeficientov prenosu a odrazu používa optická hustota. D.

Vo fotografii sa optická hustota najčastejšie používa na vyjadrenie spektrálnych vlastností filtrov a miery sčernenia (tmavnutia) negatívov a pozitívov. Hodnota hustoty závisí od takých súčasne pôsobiacich faktorov: od štruktúry dopadajúceho svetelného toku (zbiehavé, divergentné, paralelné lúče alebo rozptýlené svetlo) od štruktúry prenášaného alebo odrazeného toku (integrálny, pravidelný, difúzny).

Optická hustota D, miera opacity vrstvy hmoty pre svetelné lúče. Rovná sa desiatkovému logaritmu pomeru toku žiarenia F0 dopadajúceho na vrstvu k toku F, ktorý prešiel touto vrstvou, oslabený v dôsledku absorpcie a rozptylu: D = lg (F0/F), inak, optická hustota je logaritmus hodnoty prevrátenej priepustnosti ku koeficientu vrstvy látky: D = lg(1/t).

V definícii optickej hustoty sa niekedy dekadický logaritmus lg nahrádza prirodzeným ln.

Koncept optickej hustoty zaviedol R. Bunsen; používa sa na charakterizáciu útlmu optického žiarenia (svetla) vo vrstvách a filmoch rôznych látok (farbivá, roztoky, farebné a mliečne sklá a pod.), vo svetelných filtroch a iných optických produktoch.

Optická hustota je široko používaná najmä na kvantifikáciu vyvolaných fotografických vrstiev v čiernobielej aj farebnej fotografii, kde metódy jej merania tvoria náplň samostatnej disciplíny - denzitometrie. Existuje niekoľko typov optickej hustoty v závislosti od charakteru dopadajúceho žiarenia a spôsobu merania prenášaných tokov žiarenia.

Hustota sa líši D pre biele svetlo monochromatické Dλ pre jednotlivé vlnové dĺžky a pásmový D zóny vyjadrujúce zoslabenie svetelného toku v modrej, zelenej alebo červenej zóne spektra (D c 3, D3 3 , D K 3).

Hustota transparentných médií(filtre, negatívy) sa určuje v prechádzajúcom svetle dekadickým logaritmom prevrátenej hodnoty priepustnosti τ:

D τ = lg(1/τ) = -lgτ

Povrchová hustota je vyjadrená veľkosťou odrazeného svetla a je určená dekadickým logaritmom koeficientu odrazu ρ:

D ρ = log(1/ ρ ) = -lgρ .

Hodnota hustoty D = l zoslabuje svetlo 10-násobne.

Rozsah optických hustôt transparentných médií je prakticky neobmedzený: od celkovej priepustnosti svetla (D= 0) až do jeho úplnej absorpcie (D = 6 alebo viac, zoslabenie miliónkrát). Rozsah povrchových hustôt predmetov je limitovaný obsahom v ich odrazenom svetle zložky odrazenej od povrchu rádovo 4-1% (čierna tlačiarenská farba, čierna látka). Prakticky obmedzujúce hustoty D= 2,1 ... 2,4 majú čierny zamat a čiernu srsť, obmedzenú povrchovou odrazenou zložkou rádovo 0,6-0,3 %.

Optická hustota je spojená jednoduchými závislosťami s koncentráciou látky pohlcujúcej svetlo a s vizuálnym vnemom pozorovaného objektu - jeho svetlosťou, čo vysvetľuje široké využitie tohto parametra.

Nahradením optických koeficientov tokmi žiarenia - dopadajúcimi na médium (Ф 0) a vychádzajúcimi z neho (Фτ alebo Фρ), získame výrazy

Čím viac svetla médium absorbuje, tým je tmavšie a tým vyššia je jeho optická hustota v prechádzajúcom aj odrazenom svetle.

Optická hustota sa dá určiť zo svetelných koeficientov. V tomto prípade ide o tzv vizuálny.

vizuálna hustota v prechádzajúcom svetle sa rovná logaritmu prevrátenej hodnoty priepustnosti svetla:

Vizuálna hustota v odrazenom svetle je určená vzorcom

Pre neutrálne šedé optické médiá. tie. pre sivé filtre, odtiene sivej, čiernobiele obrázky sú optické a svetelné koeficienty rovnaké, takže optické hustoty sú rovnaké:

Ak je známe, o akú hustotu ide, index pri D znížená. popísané vyššie optické hustoty - integrované, odrážajú zmenu výkonových charakteristík bieleho (zmiešaného) žiarenia. Ak sa optická hustota meria pre monochromatické žiarenie, potom sa nazýva monochromatické(spektrálne). Stanovuje sa pomocou monochromatických tokov žiarenia Fλ podľa vzorca

Vo vyššie uvedených vzorcoch môžu byť žiarivé toky Ф nahradené svetelnými tokmi F λ, čo vyplýva z výrazu

Preto môžeme napísať:

Pre farebné médiá sa integrálna optická a vizuálna hustota nezhodujú, pretože sa vypočítavajú pomocou rôznych vzorcov:

Pre fotografické materiály s priehľadným substrátom sa optická hustota určuje bez hustoty substrátu a neexponovanej emulznej vrstvy po spracovaní, súhrnne označované ako "nulová" hustota alebo hustota závoja D 0 .

Celková optická hustota dvoch alebo viacerých vrstiev absorbujúcich svetlo (napríklad svetelné filtre) sa rovná súčtu optických hustôt každej vrstvy (filtra). Graficky je absorpčná charakteristika vyjadrená krivkou absorbancie D na vlnovej dĺžke bieleho svetla λ, nm.

Optická priehľadnosť Θ – charakteristika látky s hrúbkou 1 cm, ktorá ukazuje, aká časť žiarenia daného spektra vo forme paralelných lúčov ňou prechádza bez zmeny smeru: Θ \u003d Ф τ /Ф .

Optická transparentnosť nie je spojená s prenosom žiarenia vo všeobecnosti, ale s jeho smerový priechod, a charakterizuje absorpciu aj rozptyl. Napríklad matné sklo, ktoré je opticky nepriehľadné, prepúšťa rozptýlené svetlo; UV filtre sú priehľadné pre viditeľné svetlo a nepriehľadné pre UV žiarenie; čierne IR filtre prepúšťajú IR žiarenie a blokujú viditeľné svetlo.

Optická priehľadnosť je určená spektrálnou priepustnou krivkou pre vlnové dĺžky optického rozsahu žiarenia. Transparentnosť šošoviek pre biele svetlo sa zvyšuje nanesením antireflexných vrstiev na šošovky. Priehľadnosť atmosféry závisí od prítomnosti malých častíc prachu, plynu, vodných pár, ktoré sú v suspenzii a ovplyvňujú charakter osvetlenia a obrazového vzoru pri snímaní. Priehľadnosť vody závisí od rôznych suspenzií, zákalu a hrúbky jej vrstvy.

Optická nepriehľadnosť O- pomer dopadajúceho svetelného toku k toku, ktorý prejde vrstvou - prevrátená hodnota priehľadnosti: O = F/F τ= l/Θ. Nepriehľadnosť sa môže meniť od jednej (celkový prenos) do nekonečna a udáva, koľko svetla sa zníži pri prechode cez vrstvu. Nepriehľadnosť charakterizuje hustotu média. Prechod na optickú hustotu je vyjadrený dekadickým logaritmom opacity:
D\u003d lg O \u003d lg (l / τ) \u003d - lg τ.

Spektrálne rozdiely telies. Podľa povahy žiarenia a absorpcie svetelného toku sa všetky telesá líšia od čiernych telies a sú podmienene rozdelené na selektívne a sivé, ktoré sa líšia selektívnou a neselektívnou absorpciou, odrazom a priepustnosťou. Selektívne telesá sú chromatické telesá, ktoré majú nejakú farbu, sivé telesá sú achromatické. Pojem „šedá“ je charakterizovaný dvoma znakmi: povahou žiarenia a absorpcie v porovnaní s čiernymi dierami a farbou povrchu pozorovanou v každodennom živote. Druhý znak sa široko používa pri vizuálnom určovaní farby achromatických telies - bielej, šedej a čiernej, ktoré odrážajú spektrum bieleho svetla od jednoty po nulu.

Šedé teleso má stupeň absorpcie svetla blízky stupňu čierneho telesa. Absorpčný koeficient čierneho telesa je 1, a sivého telesa je blízky 1 a tiež nezávisí od vlnovej dĺžky žiarenia alebo absorpcie. Rozloženie energie emitovanej v spektre pre sivé telesá pre každú danú teplotu je podobné rozloženiu energie čiernej diery pri rovnakej teplote, ale intenzita žiarenia je niekoľkonásobne menšia (obr. 23).

Pre nesivé telesá je absorpcia selektívna a závisí od vlnovej dĺžky, preto sa za šedé považujú len v určitých, úzkych intervaloch vlnových dĺžok, pre ktoré je koeficient absorpcie približne konštantný. Vo viditeľnej oblasti spektra má uhlie vlastnosti sivého telesa (α = 0,8)< сажа (α = 0,95) и платиновая чернь (α = 0,99).

Selektívne (selektívne) telesá majú farbu a vyznačujú sa krivkami závislosti koeficientov odrazu, priepustnosti alebo absorpcie na vlnovej dĺžke dopadajúceho žiarenia. Pri osvetlení bielym svetlom je farba povrchu takýchto telies určená maximálnymi hodnotami krivky spektrálneho odrazu alebo minimálnou hodnotou krivky spektrálnej absorpcie. Farba priehľadných telies (svetelných filtrov) je určená hlavne absorpčnou krivkou (hustotou D) alebo krivka prenosu τ. Spektrálne krivky absorpcie a priepustnosti charakterizujú látku selektívnych telies len pre biele svetlo. Pri osvetlení farebným svetlom sa menia krivky spektrálneho odrazu alebo priepustnosti.

Biele, sivé a čierne telesá sú vizuálnym vnemom achromatičnosti použiteľným na odraz povrchov a prenos priehľadných médií. Achromatickosť je graficky vyjadrená vodorovnou priamkou alebo sotva viditeľnou vlnovkou rovnobežnou s osou x a umiestnenou na rôznych úrovniach osi y v rozsahu vlnových dĺžok svetla (obr. 24, a B C). Pocit bielej farby vytvárajú povrchy s najvyšším jednotným koeficientom

odrazy cez spektrum (ρ = 0,9 ... 0,7 - biele papieriky). Sivé povrchy majú jednotný koeficient odrazu p = 0,5 ... 0,05. Čierne povrchy majú ρ = 0,05...0,005 (čierna látka, zamat, kožušina). Rozlíšenie je približné a podmienené. Pre priehľadné médiá (napríklad neutrálne sivé filtre) je charakteristika achromatičnosti vyjadrená aj horizontálnou absorpčnou čiarou (hustota D, ukazujúci stupeň zoslabenia bieleho svetla).

Ľahkosť povrchu- ide o relatívny stupeň zrakového vnemu, ktorý je výsledkom pôsobenia farby odrazeného žiarenia na tri centrá zraku vnímajúce farbu. Graficky je svetlosť vyjadrená celkovou hustotou tohto žiarenia v rozsahu bieleho svetla. Vo všeobecnom svetelnom inžinierstve sa svetlosť nesprávne používa na vizuálne kvantifikovanie rozdielu medzi dvoma susednými povrchmi, ktoré sa líšia jasom.

Svetlosť bieleho povrchu osvetleného bielym svetlom . Svetlosť ideálne bieleho povrchu (potiahnutého síranom bárnatým alebo síranom horečnatým) s ρ = 0,99 sa považuje za 100 %. Zároveň oblasť, ktorá ju charakterizuje na grafe (obr. 24, a) obmedzená čiarou svetlosti na úrovni ρ = ​​1 alebo 100 %. V praxi sa povrchy považujú za biele, ktorých svetlosť zodpovedá 80-90% (ρ = 0,8 ... 0,9). Čiara svetlosti šedých plôch sa blíži k osi x (obr. 24, e), pretože odrážajú časť bieleho svetla. Línia ľahkosti čierneho zamatu, ktorý prakticky neodráža svetlo, je kombinovaná s osou x.

Svetlosť farebných plôch osvetlených bielym svetlom , je určená na grafe plochou ohraničenou krivkou spektrálnej odrazivosti. Keďže beztvará plocha nemôže odrážať kvantitatívny stupeň svetlosti, prevedie sa na plochu obdĺžnika so základňou na osi x (obr. 24, kde). Výška obdĺžnika definuje svetlosť v percentách. .

Svetlosť farebných plôch osvetlených farebným svetlom, je vyjadrená na grafe s plochou ohraničenou výslednou krivkou získanou vynásobením spektrálnej charakteristiky osvetlenia spektrálnou charakteristikou odrazu, povrchu. Ak sa farba osvetlenia nezhoduje s farbou povrchu, odrazené svetlo zmení svoj odtieň, sýtosť a svetlosť.

Dôležitým faktorom pri subjektívnom hodnotení kvality tlače je zabezpečenie dostatočnej optickej hustoty (výplne) znakov a obrázkov na stránke. Nepravidelnosti v elektrofotografickom procese môžu spôsobiť nežiaduce tmavé variácie (výplne) v obraze. Tieto odchýlky môžu byť v prijateľných medziach alebo mimo nich. Hodnota týchto prípustných odchýlok je stanovená v technických špecifikáciách spotrebného materiálu pre konkrétne zariadenie a môže sa pre rôzne zariadenia výrazne líšiť. Objektívne posúdenie hustoty výplne charakterizuje heterogenitu procesu a je definované ako limit a štandardná odchýlka koeficientu odrazu tlačeného znaku naprieč stranou.

Termín optická hustota sa používa na charakterizáciu miery priepustnosti svetla - pre priehľadné predmety a odrazu - pre nepriehľadné. Kvantifikuje sa ako desatinný logaritmus prevrátenej hodnoty priepustnosti (odrazu). V elektrografii sa tento pojem používa na hodnotenie kvality prvkov obrazu na kópiách získaných za určitých podmienok vyvolávania (použitie určitého typu tonera, odhad hodnoty kontrastu elektrostatického latentného obrazu, kvalita kópie pomocou konkrétnej vyvolávacej metódy atď.) . V polygrafickom priemysle sa táto charakteristika používa na hodnotenie vydavateľských originálov, medziobrazov a tlačovín.

Optická hustota sa označuje OD (Optical Density) alebo jednoducho D. Minimálna hodnota optickej hustoty D=0 zodpovedá bielej farbe. Čím viac svetla médium absorbuje, tým je tmavšie, t.j. napríklad čierna má vyššiu optickú hustotu ako šedá.

Odrazivosť súvisí s optickou hustotou a hustotou kontrastu nasledovne:

D = lg (1/R pr) a Dc = Rpr / Rpt

kde D je optická hustota obrazu;

R pt - koeficient odrazu v bode merania;

D c - hustota kontrastu;

R pr - odrazivosť papiera.

Hodnoty optickej hustoty obrazu na kópiách čiernej v elektrografii pre rôzne zariadenia (ako je uvedené vyššie) sú výrazne odlišné. Podľa špecifikácií výrobcov tonerov pre laserové tlačiarne sú tieto hodnoty (minimálne prípustné v normálnom stave zariadenia) spravidla v rozsahu od 1,3D do 1,45D. Pri kvalitných toneroch nadobúda optická hustota hodnoty v rozsahu od 1,45D do 1,5D a nepresahuje 1,6D. V špecifikáciách je zvykom stanoviť limity na spodnej prípustnej hranici so štandardnou odchýlkou ​​optickej hustoty 0,01.

Hodnota optickej hustoty sa meria špeciálnym prístrojom - hustomerom, ktorého princíp činnosti je založený na meraní prietoku odrazeného od odtlačku a prepočte tohto indikátora na jednotky optickej hustoty.

V elektrografii sa optická hustota obrázkov používa na charakterizáciu vývojky (tonera) s cieľom určiť požadované hodnoty optickej hustoty čiar nastavenej šírky za určitých podmienok na vyvolanie alebo charakterizáciu elektrofotografického obrazu na kópiách. v režime nominálnej prevádzky zariadenia

koncepcie optická hustota(Optical Density) sa týka predovšetkým skenovaného originálu. Tento parameter charakterizuje schopnosť originálu absorbovať svetlo; označuje sa ako D alebo OD. Optická hustota sa vypočíta ako logaritmus pomeru intenzít dopadajúceho a odrazeného (v prípade nepriehľadných originálov) alebo preneseného (v prípade priehľadných originálov) intenzity svetla. Minimálna optická hustota (D min) zodpovedá najsvetlejšej (priehľadnej) oblasti originálu a maximálna hustota (D max) zodpovedá najtmavšej (najmenej priehľadnej) oblasti. Rozsah možných hodnôt optickej hustoty je medzi 0 (dokonale biely alebo úplne priehľadný originál) a 4 (čierny alebo úplne nepriehľadný originál). Typické hodnoty optickej hustoty pre niektoré typy originálov sú uvedené v nasledujúcej tabuľke: Dynamický rozsah skenera je určený maximálnymi a minimálnymi hodnotami optickej hustoty a charakterizuje jeho schopnosť pracovať s rôznymi typmi originálov. Dynamický rozsah skenera súvisí s jeho bitovou hĺbkou (farebná bitová hĺbka): čím vyššia je bitová hĺbka, tým väčší je dynamický rozsah a naopak. Pre mnohé ploché skenery, predovšetkým tie, ktoré sú určené na kancelársku prácu, toto nastavenie nie je určené. V takýchto prípadoch sa za hodnotu optickej hustoty považuje približne 2,5 (typická hodnota pre kancelárske 24-bitové skenery). Pre 30-bitový skener sa tento parameter rovná 2,6-3,0 a pre 36-bitový skener - od 3,0 a vyššie. Keď sa dynamický rozsah zvyšuje, skener lepšie reprodukuje gradáciu jasu vo veľmi svetlých a veľmi tmavých oblastiach obrázka. Naopak, pri nedostatočnom dynamickom rozsahu sa strácajú obrazové detaily a plynulosť farebných prechodov v tmavých a svetlých oblastiach.

Povolenie

Rozlíšenie resp rozlíšenie skenera- parameter, ktorý charakterizuje maximálnu presnosť alebo mieru detailu pri zobrazení originálu v digitálnej podobe. Rozlíšenie sa meria v pixelov na palec(pixely na palec, ppi). Rozlíšenie sa často uvádza v bodoch na palec (dpi), ale táto jednotka je tradičná pre výstupné zariadenia (tlačiarne). Keď už hovoríme o rozlíšení, budeme používať ppi. Rozlišujte hardvérové ​​(optické) a interpolačné rozlíšenie skenera.

Hardvérové ​​(optické) rozlíšenie

Hardvérové ​​(optické) rozlíšenie (Hardware/optical Resolution) priamo súvisí s hustotou umiestnenia fotocitlivých prvkov v matrici skenera. Toto je hlavný parameter skenera (presnejšie jeho opticko-elektronického systému). Zvyčajne je špecifikované horizontálne a vertikálne rozlíšenie, napríklad 300 x 600 ppi. Mali by ste sa zamerať na menšiu hodnotu, teda na horizontálne rozlíšenie. Vertikálne rozlíšenie, ktoré je zvyčajne dvojnásobkom horizontálneho, sa v konečnom dôsledku získa interpoláciou (spracovaním výsledkov priameho snímania) a nesúvisí priamo s hustotou snímacích prvkov (ide o tzv. dvojkrokové rozlíšenie). Ak chcete zvýšiť rozlíšenie skenera, musíte zmenšiť veľkosť fotocitlivého prvku. Ale ako sa veľkosť zmenšuje, citlivosť prvku na svetlo sa stráca a v dôsledku toho sa zhoršuje pomer signálu k šumu. Zvýšenie rozlíšenia je teda netriviálnym technickým problémom.

Rozlíšenie interpolácie

Interpolované rozlíšenie - rozlíšenie obrazu získaného ako výsledok spracovania (interpolácie) naskenovaného originálu. Toto umelé zvýšenie rozlíšenia zvyčajne nezlepší kvalitu obrazu. Predstavte si, že skutočne naskenované obrazové body sa od seba oddialia a do výsledných medzier sa vložia „vypočítané“ obrazové body, podobne ako v istom zmysle ich susedia. Výsledok takejto interpolácie závisí od jej algoritmu, ale nie od skenera. Túto operáciu však možno vykonať pomocou grafického editora, akým je napríklad Photoshop, a dokonca lepšie ako vlastný softvér skenera. Rozlíšenie interpolácie je spravidla niekoľkonásobne väčšie ako hardvérové, no v praxi to nič neznamená, hoci to môže kupujúceho zavádzať. Významným parametrom je práve hardvérové ​​(optické) rozlíšenie.

Technický pas skenera niekedy jednoducho označuje rozlíšenie. V tomto prípade máme na mysli hardvérové ​​(optické) rozlíšenie. Často sa uvádza hardvérové ​​aj interpolačné rozlíšenie, napríklad 600 x 1 200 (9 600) ppi. Tu je 600 hardvérové ​​rozlíšenie a 9600 je rozlíšenie interpolácie.

Viditeľnosť čiary

Detegovateľnosť čiar – maximálny počet paralelných čiar na palec, ktoré skener reprodukuje ako samostatné čiary (bez zlepenia). Tento parameter charakterizuje vhodnosť skenera pre prácu s kresbami a inými obrázkami obsahujúcimi veľa malých detailov. Jeho hodnota sa meria v riadkoch na palec (riadky na palec, Ipi).

Aké rozlíšenie skenera mám zvoliť?

Táto otázka je najčastejšie kladená pri výbere skenera, keďže rozlíšenie je jedným z najdôležitejších parametrov skenera, od ktorého výrazne závisí možnosť získania kvalitných výsledkov skenovania. To však vôbec neznamená, že sa treba snažiť o čo najvyššie rozlíšenie, najmä preto, že je to drahé.

Pri vývoji požiadaviek na rozlíšenie skenera je dôležité pochopiť všeobecný prístup. Skener je zariadenie, ktoré prevádza optickú informáciu o origináli do digitálnej podoby a teda vykonáva jej vzorkovanie. V tejto fáze úvah sa zdá, že čím jemnejšia je diskretizácia (čím väčšie rozlíšenie), tým nižšia je strata pôvodnej informácie. Výsledky skenovania sú však určené na zobrazenie pomocou nejakého výstupného zariadenia, ako je monitor alebo tlačiareň. Tieto zariadenia majú svoje vlastné rozlíšenie. Napokon, ľudské oko má schopnosť vyhladzovať obrazy. Okrem toho vytlačené originály získané tlačou alebo pomocou tlačiarne majú tiež diskrétnu štruktúru (tlačený raster), aj keď to nemusí byť viditeľné voľným okom. Tieto originály majú svoje rozlíšenie.
Existuje teda originál s vlastným rozlíšením, skener s vlastným rozlíšením a výsledok skenovania, ktorého kvalita by mala byť čo najvyššia. Kvalita výsledného obrázku závisí od nastaveného rozlíšenia skenera, avšak do určitej hranice. Ak nastavíte rozlíšenie skenera na vyššie ako prirodzené rozlíšenie originálu, kvalita výsledku skenovania sa vo všeobecnosti nezlepší. Tým nechcem povedať, že skenovanie vo vyššom rozlíšení ako je originál je zbytočné. Existuje niekoľko dôvodov, prečo by sa to malo robiť (napríklad keď sa chystáme zväčšiť obrázok pri výstupe na monitor alebo tlačiareň, alebo keď sa potrebujeme zbaviť moaré). Tu upozorňujeme na fakt, že zlepšenie kvality výsledného obrázku zvýšením rozlíšenia skenera nie je neobmedzené. Rozlíšenie skenovania môžete zvýšiť bez toho, aby ste zlepšili kvalitu výsledného obrázka, ale zvýšili jeho veľkosť a čas skenovania.

O voľbe rozlíšenia skenovania si v tejto kapitole povieme viackrát. Rozlíšenie skenera je maximálne rozlíšenie, ktoré je možné nastaviť pri skenovaní. Aké rozlíšenie teda potrebujeme? Odpoveď závisí od toho, aké obrázky sa chystáte skenovať a na akých zariadeniach chcete vytlačiť. Nižšie uvádzame len orientačné hodnoty.
Ak sa chystáte naskenovať obrázky na neskoršie zobrazenie na obrazovke monitora, potom zvyčajne postačuje 72-100 ppi. Pre výstup na bežnú kancelársku alebo domácu atramentovú tlačiareň - 100-150 ppi, na vysokokvalitnú atramentovú tlačiareň - od 300 ppi.

Pri skenovaní textov z novín, časopisov a kníh na ďalšie spracovanie programami na optické rozpoznávanie znakov (OCR - Optical Character Recognition) je zvyčajne potrebné rozlíšenie 200-400 ppi. Pre výstup na obrazovku alebo tlačiareň je možné túto hodnotu niekoľkokrát znížiť.

Pre amatérsku fotografiu je zvyčajne potrebných 100-300 ppi. Pre ilustrácie z luxusných tlačených albumov a bookletov - 300-600ppi.

Ak sa chystáte zväčšiť obrázok pre zobrazenie na obrazovke alebo tlačiarni bez straty kvality (čistoty), rozlíšenie skenovania by sa malo nastaviť s určitou rezervou, t. j. zvýšiť ho 1,5-2 krát v porovnaní s vyššie uvedenými hodnotami.

Reklamné agentúry napríklad vyžadujú kvalitné skenovanie diapozitívov a papierových originálov. Pri skenovaní diapozitívov na tlač vo formáte 10 x 15 cm je potrebné rozlíšenie 1200 ppi a vo formáte A4 - 2400 ppi.
Zhrnutím vyššie uvedeného môžeme povedať, že vo väčšine prípadov je hardvérové ​​rozlíšenie skenera 300 ppi dostačujúce. Ak má skener rozlíšenie 600 ppi, je to veľmi dobré.