Оптична щільність D, міра непрозорості шару речовини для світлових променів

, де

e – коефіцієнт поглинання (екстинкції) світлового потоку. Залежить від природи речовини та довжини хвилі світла.

С – концентрація речовини в розчині м/л.

l – товщина шару світлопоглинаючого розчину.

Оптична щільність розчину прямо пропорційна концентрації світлопоглинаючої речовини в розчині та товщині шару розчину. Іншими словами, при певній товщині шару розчину, оптична щільність буде тим більшою, чим більша концентрація речовини в розчині. Звідси випливає, що, визначаючи оптичну щільність розчину, можна визначати концентрацію речовини в розчині. За допомогою сучасної техніки оптична густина може бути виміряна дуже точно. Збільшуючи товщину шару lможна вимірювати дуже малі концентрації речовин.

Фотоколориметр- оптичний прилад для вимірювання концентрації речовин у розчинах. Дія колориметра заснована на властивості пофарбованих розчинів поглинати світло, що проходить через них, тим сильніше, чим вище в них концентрація з фарбуючої речовини. На відміну від спектрофотометра, вимірювання ведуться в промені не монохроматичного, а поліхроматичного вузько спектрального світла, що формується світлофільтром. Застосування різних світлофільтрів з вузькими спектральними діапазонами світла, що пропускається, дозволяє визначати окремо концентрації різних компонентів одного і того ж розчину. На відміну від спектрофотометрів, фотоколориметри прості, недорогі і при цьому забезпечують точність, достатню для багатьох застосувань.

Колориметри поділяються на візуальні та об'єктивні (фотоелектричні) – фотоколориметри. У візуальних колориметрах світло, що проходить через вимірюваний розчин, висвітлює одну частину поля зору, тоді як на іншу частину падає світло, що пройшло через розчин тієї ж речовини, концентрація якого відома. Змінюючи товщину l шару одного з порівнюваних розчинів або інтенсивність I світлового потоку, спостерігач домагається, щоб колірні тони двох частин поля зору були невідмінні на око, після чого за відомими співвідношеннями між l, I і може бути визначена концентрація досліджуваного розчину.

Фотоелектричні колориметри (фотоколориметри) забезпечують більшу точність вимірів, ніж візуальні; як приймачі випромінювання в них використовуються фотоелементи (селенові та вакуумні), фотоелектронні помножувачі, фоторезистори (фотоопір) і фотодіоди. Сила фотоструму приймачів визначається інтенсивністю падаючого на них світла і, отже, ступенем його поглинання в розчині (тим більшим, ніж вище концентрація). Крім фотоелектричного колориметра (фотоколориметра) з безпосереднім відліком сили струму, поширені компенсаційні колориметри, в яких різниця сигналів, що відповідають стандартному розчину, що змірюється, зводиться до нуля (компенсується) електричним або оптичним компенсатором (наприклад, клином фотометричним); відлік у разі знімається зі шкали компенсатора. Компенсація дозволяє мінімізувати вплив умов вимірювань (температури, нестабільності властивостей елементів колориметра) з їхньої точність. Показання колориметра не дають відразу значень концентрації досліджуваної речовини в розчині - для переходу до них використовують графіки градуювання, отримані при вимірюванні розчинів з відомими концентраціями.

Вимірювання за допомогою колориметра відрізняються простотою та швидкістю проведення. Точність їх у часто не поступається точності інших, складніших методів хімічного аналізу. Нижні межі визначених концентрацій залежно від роду речовини становлять від 10 -3 до 10 -8 моль/л.

21. Схема ФЕКа, який заснований на зіставленні 2-х світлових потоків, де Л-лампа, З-дзеркала, Сф-світлофільтри, К-конденсатори, А-кювета з контрольованим розчином, Ф1 і Ф2-фотоелементи, ЕУ-електронний підсилювач, ІН- індикатор нуля, ОК-оптичний клин.

Принцип роботи: світловий потік від лампи Л поділяється на 2 потоки і відбиваючись від дзеркал З потрапляє на однакові фотоелементи Ф1 і Ф2. йде через нижній світловий канал проходить через нижній світлофільтр Сф конденсату К і кювети А, яка заповнена контрольованою речовиною. Фотоприймачі Ф1 і Ф2 з'єднуються зустрічно і їх контур включається електронний підсилювач ЕУ. Змінюючи положення ОК (оптичний клин) домагаються рівності світлових потоків обох каналах. Тоді обидва канали видадуть однакові фотоструми і сигнал розбалансу на вході в електронний підсилювач дорівнюватиме нулю, і індикатор ІН покаже нуль. Після виставлення показання приладу нуль, тобто. врівноважили схему, поміщаємо кювету А з контрольованим розчином у прилад, внаслідок зміни рівності світлових потоків виникне розбаланс, який подасть на електронний підсилювач. Для того, щоб вирівняти світлові потоки необхідно переміщати ОК доти, доки перестане подаватися сигнал розбалансу на підсилювач, тобто. вирівняються фотоструми і стрілка, яка з'єднана з оптичним клином не покаже значення концентрації розчину, розміщеного в кюветі А.

22. Рефрактометри призначені для визначення показника заломлення досліджуваної речовини, на основі якої робиться висновок про його склад, наявність домішок, визначається процентний склад розчинених сухих речовин. Дані прилади призначені для вивчення неагресивних рідин середньої в'язкості та твердих тіл.

Рефрактометри застосовуються в хімічній промисловості,

харчової промисловості, для аналізу продуктів та сировини, у медицині та ветеринарії; у фармацевтичній промисловості для дослідження водних розчинів лікарських засобів, а також у багатьох інших галузях виробництва.

Зазвичай показники заломлення рідких і твердих тіл рефрактометрії визначають з точністю до 0,0001 на рефрактометрах, в яких вимірюють граничні кути повного внутрішнього відбиття. Найбільш поширені рефрактометри Аббе із призмовими блоками та компенсаторами дисперсії, що дозволяють визначати лінії спектру в "білому" світлі за шкалою або цифровим індикатором. Максимальна точність абсолютних вимірів (10 -10) досягається на гоніометрах за допомогою методів відхилення променів призмою з матеріалу, що досліджується. Для вимірювання показників заломлення газів найбільш зручні інтерференційні методи. Інтерферометри використовують для точного (до 10 -7) визначення різниць показників заломлення розчинів. Для цієї ж мети є диференціальні рефрактометри, засновані на відхиленні променів системою двох-трьох порожніх призм.

Автоматичні рефрактометри для безперервної реєстрації показників заломлення в потоках рідин використовують на виробництвах при контролі технологічних процесів та автоматичному управлінні ними, а також у лабораторіях для контролю ректифікації та як універсальні детектори рідинних хроматографів.

Рефрактометрія, що виконується за допомогою рефрактометрів, є одним із поширених методів ідентифікації хімічних сполук, кількісного та структурного аналізу, визначення фізико-хімічних параметрів речовин.

23.

1- освітлювач; 2-коліматор; 3 - кювета; 4, 5 -- призми; 6 - Фотоелементи.

Кювета складається із двох камер, розділених прозорою перегородкою, одна з яких заповнена еталонним розчином заданої концентрації, а інша - контрольованим розчином. За рівності показників заломлення еталонної п та контрольованою п" рідин промінь світла проходить через обидві камери без відхилень, а при зміні концентрації контрольованого середовища, показник п" змінюється та промінь світла відхиляється. Відхилення променя тим більше, чим помітніша різниця між концентраціями еталонної та контрольованої рідин. Конструкція диференціальної кювети забезпечує температурну компенсацію, т. е. рівність температур, у яких перебувають обидві рідини.

24. При вимірі мас-спектрометрами використовують основний фізичний параметр речовини – масу молекули чи атома. Це дозволяє визначати склад речовини незалежно від її хімічних та фізичних властивостей. Перевага мас-спектрометричного методу - швидкий та повний аналіз багатокомпонентних газових сумішей. При цьому для аналізу потрібні дуже малі кількості речовини. "

В умовах глибокого вакууму молекули або атоми речовини, що аналізується, іонізуються з утворенням позитивно заряджених іонів. Іони, що отримали прискорення в електричному полі, поділяються за своїми масами в магнітному полі. Сума електричних зарядів іонів, що рухаються, утворює іонний струм. Вимірювання сили іонного струму, створюваного частинками тієї чи іншої маси, дозволяє судити про концентрацію частинок у загальному складі речовини, що аналізується. У мас-спектрометрі будь-якої конструкції основною частиною є мас-аналізатор, в якому відбуваються іонізація, формування іонного променя, поділ його на складові іонні промені, що відповідають строго певним масам, і послідовне роздільне збирання іонних променів на колекторі. Відповідно до зазначених процесів мас-аналізатор будь-якого мас-спектрометра складається з джерела іонів, власне аналізатора та приймача іонів.

За конфігурацією та взаємною орієнтацією магнітних і електричних полів, а також за характером зміни цих полів у часі мас-спектрометри діляться на чотири групи: з поділом іонів у однорідному магнітному полі; з поділом іонів у неоднорідному магнітному полі; з розподілом іонів за часом прольоту; радіочастотні.

Переважне застосування отримали мас-спектрометри з поділом іонів у однорідному магнітному полі та за часом прольоту.

25. Автоматичний рефрактометр.

26. Дія рефрактометра

РН метрія

Оптична щільність D, міра непрозорості шару речовини для світлових променів дорівнює десятковому логарифму відносини потоку випромінювання F 0 , падаючого на шар, до ослабленого в результаті поглинання та розсіювання потоку F, що пройшов через цей шар: D= lg ( F 0 /F), інакше, О. п. є логарифм величини, зворотної пропускання коефіцієнта шару речовини: D= lg (1/t). (У визначенні натуральної О. п., що використовується іноді, десятковий логарифм lg замінюється натуральним ln.) Поняття О. п. введено Р. Бунзеном ; воно залучається для характеристики ослаблення оптичного випромінювання (світла) у шарах і плівках різних речовин (барвників, розчинів, пофарбованих та молочних стекол та багато іншого), в світлофільтри та інших оптичних виробах. Особливо широко О. п. користуються для кількісної оцінки проявлених фотографічних шарів як в чорно-білій, так і в кольоровій фотографії, де методи її вимірювання складають зміст окремої дисципліни. денситометрії . Розрізняють кілька типів О. п. залежно від характеру падаючого і способу вимірювання потоків випромінювання ( Мал. ).

О. п. залежить від набору частот n (довжин хвиль l), що характеризує вихідний потік; її значення для граничного випадку однієї єдиної n називається монохроматичної О. п. Регулярна ( Мал. а) монохроматична О. п. шару нерозсіюючого середовища (без урахування поправок на відображення від передньої та задньої меж шару) дорівнює 0,4343 k n l, де k n - натуральний поглинання показник середовища, l- Товщина шару ( k n l= k cl- показник у рівнянні Бугера-Ламберта-Бера закону ; якщо розсіюванням у середовищі не можна знехтувати, k n замінюється на натуральний послаблення показник ). Для суміші нереагуючих речовин або сукупності розташованих одна за одною середовищ О. п. цього типу адитивна, тобто дорівнює сумі таких же О. п. окремих речовин або окремих середовищ відповідно. Те ж справедливо і для регулярної немонохроматичної О. п. (випромінювання складного спектрального складу) у разі середовищ з неселективним (не залежним від n) поглинанням. Регулярна немонохроматична. О. п. сукупності середовищ із селективним поглинанням менше суми О. п. цих середовищ. (Про прилади для вимірювання О. п. див. Денситометр , Мікрофотометр , Спектрозональна аерофотозйомка , Спектросенситометр , Спектрофотометр , Фотометр .)

Літ.:Горохівський Ю. Н., Левенберг Т. М., Загальна сенсітометрія. Теорія та практика, М., 1963; Джеймс Т., Хіггінс Дж., Основи теорії фотографічного процесу, пров. з англ., М., 1954.

Велика Радянська Енциклопедія М.: "Радянська енциклопедія", 1969-1978

Будь-яка частка, чи то молекула, атом чи іон, в результаті поглинання кванта світла переходить на більш високий рівень енергетичного стану. Найчастіше здійснюється перехід із основного у збуджений стан. Це спричиняє появу в спектрах певних смуг поглинання.

Поглинання випромінювання призводить до того, що при пропусканні його через речовину інтенсивність цього випромінювання знижується зі збільшенням кількості частинок речовини, що має деяку оптичну щільність. Цей метод дослідження запропонував В. М. Севергін ще 1795 року.

Найкращим чином цей метод годиться для реакцій, де обумовлена ​​речовина здатна переходити в пофарбовану сполуку, що викликає зміну забарвлення розчину, що досліджується. Вимірявши його світлопоглинання чи порівнявши забарвлення з розчином відомої концентрації, нескладно знайти відсоток вмісту речовини у розчині.

Основний закон світлопоглинання

Суть фотометричного визначення полягає у двох процесах:

• переведення визначається речовини в поглинаючу електромагнітні коливання з'єднання;
• вимір інтенсивності поглинання цих коливань розчином досліджуваного речовини.

Зміни в інтенсивності потоку світла, що проходить через світлопоглинаючу речовину, будуть викликатися також втратами світла через відбиття та розсіювання. Щоб результат був достовірним, проводять паралельні дослідження вимірювання параметрів при тій же товщині шару, в ідентичних кюветах, з тим же розчинником. Так зниження інтенсивності світла залежить головним чином концентрації розчину.

Зменшення інтенсивності світла, пропущеного через розчин, характеризують (також прийнято називати його пропущенням) Т:

Т = I / I 0 де:

• I – інтенсивність світла, пропущеного через речовину;
• I 0 - інтенсивність падаючого пучка світла.

Таким чином, пропускання показує частку непоглиненого світлового потоку, що проходить через розчин, що вивчається. Зворотний алгоритм значення пропускання називають оптичною густиною розчину (D): D = (-lgT) = (-lg) * (I / I 0) = lg * (I 0 / I).

Це рівняння показує, які параметри є основними для дослідження. До них відноситься довжина хвилі світла, товщина кювети, концентрація розчину та оптична щільність.

Закон Бугера-Ламберта-Бера

Він є математичним виразом, що відображає залежність зменшення інтенсивності монохроматичного потоку світла від концентрації світлопоглинаючої речовини та товщини рідинного шару, через який він пропущений:

I = I 0 * 10 -ε · С · ι де:

• ε - коефіцієнт поглинання світла;
• С - концентрація речовини, моль/л;
• -товщина шару аналізованого розчину, див.

Перетворивши цю формулу можна записати: I / I 0 = 10 -ε · С · ι .

Суть закону зводиться до наступного: різні розчини однієї і тієї ж сполуки при рівній концентрації і товщині шару в кюветі поглинають однакову частину світла, що падає на них.

Прологарифмувавши останнє рівняння, можна отримати формулу: D = ε * С * ι.

Очевидно, що оптична щільність безпосередньо залежить від концентрованості розчину та товщини його шару. Стає зрозумілим фізичний зміст молярного коефіцієнта поглинання. Він дорівнює D для одномолярного розчину та при товщині шару в 1 см.

Обмеження застосування закону

Цей розділ містить такі пункти:

1. Він справедливий виключно для монохроматичного світла.
2. p align="justify"> Коефіцієнт ε пов'язаний з показником заломлення середовища, особливо сильні відхилення від закону можуть спостерігатися при аналізі висококонцентрованих розчинів.
3. Температура при вимірюванні оптичної щільності має бути постійною (у межах кількох градусів).
4. Світловий пучок має бути паралельним.
5. рН середовища має бути постійним.
6. Закон застосовується для речовин, світлопоглинаючими центрами яких є частки одного виду.

Методи визначення концентрації

Варто розглянути метод градуювального графіка. Для його побудови готують ряд розчинів (5-10) з різною концентрацією речовини, що досліджується, і заміряють їх оптичну щільність. За отриманими значеннями вибудовують графік залежності D концентрації. Графік є прямою лінією, що йде від початку координат. Він дозволяє легко визначити концентрацію речовини за наслідками проведених вимірювань.

Також є метод добавок. Застосовується рідше ніж попередній, але дозволяє проаналізувати розчини складного складу, оскільки враховує вплив додаткових компонентів. Суть його полягає у визначенні оптичної щільності середовища D x , що містить визначувану речовину невідомої концентрації х, з повторним аналізом того ж розчину, але з додаванням певної кількості досліджуваного компонента (С ст). Величину С х знаходять, використовуючи розрахунки чи графіки.

Умови проведення дослідження

Щоб фотометричні дослідження давали достовірний результат, необхідно дотримуватись кількох умов:

• реакція повинна закінчуватися швидко і повністю, вибірково та відтворно;
• забарвлення речовини, що утворюється, повинна бути стійка в часі і не змінюватися під дією світла;
• досліджувану речовину беруть у кількості, якої достатньо для переведення його в аналітичну форму;
• виміри оптичної щільності проводять у тому інтервалі довжин хвиль, при якому відмінність у поглинанні вихідних реагентів та аналізованого розчину найбільша;
• світлопоглинання розчину порівняння прийнято вважати оптичним банкрутом.

Тіла, що пропускають і поглинають світло (крім матових і каламутних середовищ), характеризуються оптичною прозорістю θ, непрозорістю Про та оптичною щільністю D.

Часто замість коефіцієнтів пропускання та відображення використовують оптичну щільність D.

У фотографії оптична щільність найбільш поширена для вираження спектральних властивостей світлофільтрів та міри почорніння (потемніння) негативів та позитивів. Величина щільності залежить від таких одночасно діючих факторів: структури падаючого світлового потоку (збіжних, розбіжних, паралельних променів або розсіяного світла) структури минулого або відбитого потоку (інтегрального, регулярного, дифузного).

Оптична густина D, міра непрозорості шару речовини для світлових променів. Рівна десятковому логарифму відношення потоку випромінювання F0, що падає на шар, до ослабленого в результаті поглинання і розсіювання потоку F, що пройшов через цей шар: D = lg (1/t).

У визначенні оптичної густини іноді десятковий логарифм lg замінюється натуральним ln.

Поняття Оптична щільність запроваджено Р. Бунзеном; воно використовується для характеристики ослаблення оптичного випромінювання (світла) у шарах та плівках різних речовин (барвників, розчинів, пофарбованих та молочних стекол та багато іншого), у світлофільтрах та інших оптичних виробах.

Особливо широко оптична щільність використовуються для кількісної оцінки проявлених фотографічних шарів як у чорно-білій, так і кольорової фотографії, де методи її вимірювання складають зміст окремої дисципліни - денситометрії. Розрізняють кілька типів Оптична щільність в залежності від характеру падаючого та способу вимірювання потоків випромінювання, що пройшло

Відрізняється щільність Dдля білого світла, монохроматична Dλдля окремих довжин хвиль та зональна D зон, що виражаєослаблення світлового потоку в синій, зеленій або червоній зоні спектру (D c 3 D 3 3 , D K 3).

Щільність прозорих середовищ(світлофільтрів, негативів) визначається в світлі, що проходить, десятковим логарифмом величини, зворотної коефіцієнту пропускання τ:

D τ = lg(1/τ) = -lgτ

Щільність поверхоньвиражається величиною відбитого світла та визначається десятковим логарифмом коефіцієнта відображення ρ:

D ρ = lg (1/ ρ ) = - lgρ .

Розмір щільності D = l послаблює світло вдесятеро.

Інтервал оптичних густин прозорих середовищ практично необмежений: від повного пропускання світла (D= 0) до повного поглинання (D = 6 і більше, ослаблення в мільйони разів). Інтервал щільностей поверхонь предметів обмежений вмістом у їхньому відбитому світлі поверхнево відображеної складової порядку 4-1% (чорна друкарська фарба, чорне сукно). Практично граничні щільності D = 2,1...2,4 мають чорний оксамит і чорне хутро, що обмежуються поверхнево відображеною складовою порядку 0,6-0,3%.

Оптична щільність пов'язана простими залежностями з концентрацією світлопоглинаючої речовини і з зоровим сприйняттям об'єкта, що спостерігається, - його світлотою, чим і пояснюється широке використання цього параметра.

Замінивши оптичні коефіцієнти на потоки випромінювання - впав на середовище (Ф 0) і вийшов з неї (Фτ або Фρ), отримаємо вирази

Чим більше світла поглинається середовищем, тим вона темніша і тим вища її оптична щільність як у проходить так і у відбитому світлі.

Оптична густина може бути визначена за світловими коефіцієнтами. У цьому випадку її називають візуальної.

Візуальна щільністьу світлі дорівнює логарифму величини, зворотної світловому коефіцієнту пропускання:

Візуальна щільність у відбитому світлі визначається за формулою

Для нейтрально-сірих оптичних середовищ. тобто. для сірих світлофільтрів, сірих шкал, чорно-білих зображень, оптичні та світлові коефіцієнти збігаються, тому збігаються і оптичні щільності:

Якщо відомо, про яку щільність йдеться, індекс при Dопускають. Описані вище оптичні щільності – інтегральні, вони відображають зміну потужних характеристик білого (змішаного) випромінювання. Якщо оптична щільність вимірюється для монохроматичного випромінювання, її називають монохроматичної(спектральної). Вона визначається з використанням монохроматичних потоків випромінювання Фλ за формулою

У наведених вище формулах променисті потоки Ф можуть бути замінені на світлові потоки F λ , що випливає з виразу

Тому можна записати:

Для кольорових середовищ інтегральні оптична та візуальна щільності не збігаються, оскільки вони розраховуються за різними формулами:

Для фотоматеріалів з прозорою підкладкою оптична щільність визначається без щільності підкладки та неекспонованого емульсійного шару після обробки, яка називається в сукупності "нульової" щільністю або щільністю вуалі D 0 .

Сумарна оптична щільність двох і більше світлопоглинаючих шарів (наприклад, світлофільтрів) дорівнює сумі оптичних густин кожного шару (фільтру). Графічно характеристика поглинання виражається кривою залежності оптичної густини Dвід довжини хвилі білого світла, нм.

Оптична прозорість Θ – характеристика речовини товщиною 1 см, що показує, яка частка випромінювання заданого спектра у вигляді паралельних променів проходить через нього без зміни напряму: Θ = Ф τ /Ф .

Оптична прозорість пов'язана не з пропусканням випромінювання взагалі, а з його спрямованим пропусканням,і характеризує одночасно поглинання та розсіювання. Наприклад, матове скло, оптично непрозоре, пропускає розсіяне світло; УФ фільтри прозорі для видимого світла та непрозорі для УФ випромінювання; чорні ІЧ фільтри пропускають ІЧ випромінювання та не пропускають видиме світло.

Оптичну прозорість визначає крива спектрального пропускання довжин хвиль оптичного діапазону випромінювань. Прозорість об'єктивів для білого світла збільшується при нанесенні на лінзи покриттів, що просвітлюють. Прозорість атмосфери залежить від наявності в ній дрібних частинок пилу, газу, водяної пари, що знаходяться у зваженому стані та впливають на характер освітлення та малюнок зображення під час зйомки. Прозорість води залежить від різних суспензій, каламуті та товщини її шару.

Оптична непрозорість- Відношення падаючого світлового потоку до пройшов через шар - величина, зворотна прозорості: О = Ф/Ф τ= l/Θ. Непрозорість може змінюватися від одиниці (повне пропускання) до нескінченності і показує, скільки разів зменшується світло, проходячи через шар. Непрозорість характеризує густину середовища. Перехід до оптичної щільності виражається десятковим логарифмом непрозорості:
D= lg = lg (l/τ) = - lg τ .

Спектральні відмінності тел.За характером випромінювання та поглинання світлового потоку всі тіла відрізняються від ЧТ і умовно поділяються на селективні та сірі, що відрізняються виборчим та невиборним поглинанням, відображенням та пропусканням. До селективних відносяться хроматичні тіла, які мають будь-яку кольоровість, до сірих - ахроматичні. Термін «сірий» характеризується двома ознаками: характером випромінювання та поглинання щодо ЧТ та кольором поверхні, що спостерігається в побуті. Друга ознака широко використовується при візуальному визначенні кольору ахроматичних тіл – білих, сірих та чорних, що відбивають спектр відповідно білого світла від одиниці до нуля.

Сіре тіло має рівень поглинання світла, близький до поглинання ЧТ. Коефіцієнт поглинання ЧТ дорівнює 1, а сірого тіла близький до 1 і також не залежить від довжини хвилі випромінювання або поглинання. Розподіл енергії, що випромінюється за спектром, у сірих тіл для кожної даної температури подібний до розподілу енергії ЧТ при тій же температурі, але інтенсивність випромінювання менша в кілька разів (рис. 23).

Для несірих тіл поглинання вибірково і залежить від довжини хвилі, тому вони вважаються сірими лише у певних, вузьких інтервалах довжин хвиль, котрим коефіцієнт поглинання приблизно постійний. У видимій області спектра властивостями сірого тіла мають вугілля (α = 0,8)< сажа (α = 0,95) и платиновая чернь (α = 0,99).

Селективні (виборчі) тіла мають колір і характеризуються кривими залежності коефіцієнтів відбиття, пропускання чи поглинання від довжини хвилі падаючого випромінювання. При освітленні білим світлом колір поверхні таких тіл визначається за максимальними величинами кривої спектрального відображення або мінімальною величиною кривої спектрального поглинання. Колір прозорих тіл (світлофільтрів) визначається в основному кривою поглинання (щільністю) D)або кривою пропускання? Криві спектрального поглинання та пропускання характеризують речовину селективних тіл лише для білого світла. При їх висвітленні кольоровим світлом криві спектрального відображення чи пропускання змінюються.

Білий, сірий і чорний колір тіл – це візуальне відчуття ахроматичності, яке застосовується до відображення поверхонь та пропускання прозорих середовищ. Ахроматичність графічно виражається горизонтальною прямою або ледь помітною хвилястою лінією, паралельної осі абсцис і розташованої на рівні осі ординат у світловому діапазоні довжин хвиль (рис. 24, а Б В).Відчуття білого кольору створюють поверхні із найбільшим рівномірним коефіцієнтом

відображення за спектром (ρ = 0,9...0,7 – білі папери). Поверхні сірого кольору мають рівномірний коефіцієнт відбиття р = 0,5...0,05. Чорні поверхні мають ρ = 0,05...0,005 (чорне сукно, оксамит, хутро). Розмежування це приблизно та умовно. Для прозорих середовищ (наприклад, нейтральних сірих світлофільтрів) характеристика ахроматичності також виражається горизонтальною лінією поглинання (щільністю) D,показує якою мірою послаблюється біле світло).

Світлота поверхні– це відносний ступінь зорового відчуття, що виникає в результаті дії кольору відбитого випромінювання на три кольорочутливі центри зору. Графічно світло виражається сумарною щільністю цього випромінювання в діапазоні білого світла. У загальній світлотехніці світлолота неправильно використовується для зорової кількісної оцінки відмінності двох суміжних поверхонь, що відрізняються яскравістю.

Світлота білої поверхні, освітленої білим світлом . В якості 100%-ної приймається світло ідеально білої поверхні (покритої сірчанокислим барієм або магнієм) з ρ = 0,99. При цьому характеризує її площу на графіку (рис. 24, а)обмежується лінією світлоти на рівні ρ = 1 або 100%. Насправді білими вважаються поверхні, світлоти яких відповідає 80-90 % (ρ = 0,8...0,9). Лінія світлоти сірих поверхонь наближається до осі абсцис (рис. 24, е), оскільки вони відбивають частину білого світла. Лінія світлоти чорного оксамиту, що практично не відбиває світла, поєднується з віссю абсцис.

Світлота кольорових поверхонь, освітлених білим світлом , визначається на графіку площею, обмеженою кривою спектрального коефіцієнта відбиття. Оскільки безформна площа не може відобразити кількісний ступінь світлоти, вона переводиться в площу прямокутника з основою на осі абсцис (рис. 24, г, д, е).Висота прямокутника визначає світлоту у відсотках .

Світлота кольорових поверхонь, освітлених кольоровим світлом, виражається на графіку площею, обмеженою результуючої кривою, отриманої в результаті перемноження спектральної характеристики освітлення спектральну характеристику відображення, поверхні. Якщо колір освітлення не збігається з кольором поверхні, то відбите світло змінює свій колірний тон, насиченість та світлоту.

Забезпечення достатньої оптичної щільності (заливки) знаків та зображень на сторінці є важливим чинником суб'єктивної оцінки якості друку. Порушення в електрофотографічному процесі можуть спричинити небажані відхилення темряви (заливання) зображення. Ці відхилення можуть бути в допустимих межах або виходити з них. Величина цих допустимих відхилень встановлюється в технічних умовах на видаткові матеріали до конкретного апарату і може відрізнятися для різних апаратів. Об'єктивна оцінка щільності заливки характеризує неоднорідність процесу визначається як межа і стандартне відхилення коефіцієнта відображення друкованого знака поперек сторінки.

Термін оптична щільність використовується для характеристики міри пропускання світла – для прозорих об'єктів та відображення – для непрозорих. Кількісно визначається, як десятковий логарифм величини, зворотної коефіцієнту пропускання (відображення). В електрографії цей термін використовується для оцінки якості елементів зображення на копіях, отриманих за певних умов прояву (використання певного типу тонера, оцінки величини розмаїття прихованого електростатичного зображення, якості копій при застосуванні того чи іншого способу вияву тощо). У поліграфії ця характеристика використовується для оцінки видавничих оригіналів, проміжних зображень та відбитків.

Оптична густина позначається OD(Optical Density) або просто D. Мінімальне значення оптичної густини D=0 відповідає білому кольору. Чим більше світла поглинається середовищем, тим воно темніше, тобто, наприклад, чорний колір має більшу оптичну густину, ніж сірий.

Коефіцієнт відображення пов'язаний з оптичною щільністю та щільністю розмаїття наступним чином:

D = lg (1/R pr) та D c = R pr /R pt

де D – оптична щільність зображення;

R pt - коефіцієнт відображення у точці вимірювання;

D c - щільність розмаїття;

R pr – коефіцієнт відображення паперу.

Значення оптичної щільності зображення на копіях для чорного електрографії для різних апаратів (як зазначалося вище) істотно різні. Як правило, за специфікаціями виробників тонера для лазерних принтерів ці значення (мінімально допустимі при нормальному стані апаратури) лежать у діапазоні від 1,3D до 1,45D. Для якісних тонерів оптична щільність набуває значення в діапазоні від 1,45D до 1,5D і не перевищують 1,6D. У технічних умовах прийнято встановлювати обмеження по нижній допустимій межі зі стандартним відхиленням оптичної щільності 0,01.

Величину оптичної щільності вимірюють спеціальним приладом - денситометром, принцип роботи якого заснований на вимірі потоку, відбитого від відбитка та перерахунку цього показника одиниці виміру оптичної щільності.

В електрографії оптичну густину зображень використовують для характеристики проявника (тонера) з метою визначення необхідних значень оптичної густини ліній встановленої ширини за певних умов прояву або характеристики електрофотографічного зображення на копіях в режимі номінального функціонування апаратури

Концепція оптичної щільності(Optical Density) відноситься насамперед до сканованого оригіналу. Цей параметр характеризує здатність оригіналу поглинати світло; він позначається як D чи OD. Оптична щільність обчислюється як десятковий логарифм відношення інтенсивностей падаючого та відбитого (у разі непрозорих оригіналів) або світла, що проходить (у разі прозорих оригіналів). Мінімальна оптична щільність (D min) відповідає найсвітлішій (прозорій) ділянці оригіналу, а максимальна щільність (D max) відповідає найтемнішій (найменш прозорій) ділянці. Діапазон можливих значень оптичної щільності укладено між 0 (ідеально білий або абсолютно прозорий оригінал) та 4 (чорний або абсолютно непрозорий оригінал). Типові значення оптичної щільності деяких типів оригіналів представлені в таблиці: Динамічний діапазон сканера визначається максимальним та мінімальним значеннями оптичної щільності та характеризує його здатність працювати з різними типами оригіналів. Динамічний діапазон сканера пов'язаний з його розрядністю (бітовою глибиною кольору): чим вища розрядність, тим більший динамічний діапазон і навпаки. Для багатьох планшетних сканерів, головним чином призначених для офісних робіт, цей параметр не вказується. У таких випадках вважається, що значення оптичної щільності приблизно дорівнює 2,5 (типове значення для 24-бітних офісних сканерів). Для 30-бітного сканера цей параметр дорівнює 2,6-3,0, а 36-бітного - від 3,0 і від. Зі збільшенням динамічного діапазону сканер краще передає градації яскравості у дуже світлих та дуже темних ділянках зображення. Навпаки, при недостатньому динамічному діапазоні деталі зображення і плавність переходів у темних і світлих ділянках губляться.

Дозвіл

Дозвіл (Resolution) або роздільна здатність сканера- Параметр, що характеризує максимальну точність або ступінь детальності подання оригіналу в цифровому вигляді. Дозвіл вимірюється в пікселів на дюйм(pixels per inch, ppi). Нерідко роздільну здатність вказують у точках на дюйм (dots per inch, dpi), але ця одиниця виміру є традиційною для пристроїв виведення (принтерів). Говорячи про дозвіл, ми будемо використовувати ppi. Розрізняють апаратний (оптичний) та інтерполяційний дозвіл сканера.

Апаратний (оптичний) дозвіл

Апаратна (оптична) роздільна здатність (Hardware/optical Resolution) безпосередньо пов'язана з щільністю розміщення світлочутливих елементів у матриці сканера. Це - основний параметр сканера (точніше його оптико-електронної системи). Зазвичай вказується роздільна здатність по горизонталі та вертикалі, наприклад, 300x600 ppi. Слід орієнтуватися на меншу величину, тобто на горизонтальну роздільну здатність. Вертикальна роздільна здатність, яка зазвичай вдвічі більша за горизонтальну, виходить в кінцевому рахунку інтерполяцією (обробкою результатів безпосереднього сканування) і безпосередньо не пов'язана з щільністю чутливих елементів (це так зване дозвіл подвійного кроку). Щоб збільшити роздільну здатність сканера, потрібно зменшити розмір світлочутливого елемента. Але зі зменшенням розміру втрачається чутливість елемента до світла і, як наслідок, погіршується співвідношення сигнал/шум. Таким чином, підвищення дозволу – нетривіальне технічне завдання.

Інтерполяційний дозвіл

Інтерполяційна роздільна здатність (Interpolated Resolution) - роздільна здатність зображення, отриманого в результаті обробки (інтерполяції) відсканованого оригіналу. Цей штучний прийом підвищення роздільної здатності зазвичай не призводить до підвищення якості зображення. Уявіть собі, що реально відскановані пікселі зображення розсунуті, а у проміжки, що утворилися, вставлені «обчислені» пікселі, схожі в якомусь сенсі на своїх сусідів. Результат такої інтерполяції залежить від її алгоритму, але не сканера. Однак цю операцію можна виконати засобами графічного редактора, наприклад Photoshop, причому навіть краще, ніж власним програмним забезпеченням сканера. Інтерполяційний дозвіл, як правило, у кілька разів більший за апаратний, але практично це нічого не означає, хоча може ввести в оману покупця. Значним параметром є апаратне (оптичне) дозвіл.

У технічному паспорті сканера іноді вказується просто дозвіл. У цьому випадку мається на увазі апаратний (оптичний) дозвіл. Нерідко вказуються і апаратний, і інтерполяційний дозвіл, наприклад, 600х 1200 (9600) ppi. Тут 600 – апаратний дозвіл, а 9600 – інтерполяційний.

Розрізняльність ліній

Розрізнення ліній (Line detectability) - максимальна кількість паралельних ліній на дюйм, які відтворюються за допомогою сканера як роздільні лінії (без злипань). Цей параметр характеризує придатність сканера до роботи з кресленнями та іншими зображеннями, що містять багато дрібних деталей. Його значення вимірюється лініях на дюйм (lines per inch, Ipi).

Яку роздільну здатність сканера слід вибрати

Це питання найчастіше задають при виборі сканера, оскільки роздільна здатність - один з найголовніших параметрів сканера, від якого істотно залежить можливість отримання високоякісних результатів сканування. Однак це зовсім не означає, що слід прагнути максимального дозволу, тим більше, що воно дорого коштує.

Виробляючи вимоги до роздільної здатності сканера, важливо усвідомити загальний підхід. Сканер є пристроєм, що перетворює оптичну інформацію про оригінал в цифрову форму і, отже, здійснює її дискретизацію. На даному етапі розгляду здається, що чим дрібніша дискретизація (більше дозвіл), тим менше втрат вихідної інформації. Однак результати сканування призначені для відображення за допомогою деякого пристрою виводу, наприклад монітора або принтера. Ці пристрої мають власну роздільну здатність. Нарешті, око людини має здатність згладжувати зображення. Крім того, друковані оригінали, отримані друкарським способом або за допомогою принтера, також мають дискретну структуру (друкований растр), хоча це може бути не помітно для неозброєного ока. Такі оригінали мають власний дозвіл.
Отже, є оригінал із власним дозволом, сканер зі своєю роздільною здатністю та результат сканування, якість якого має бути якомога вищою. Якість результуючого зображення залежить від встановленої роздільної здатності сканера, але до певної межі. Якщо встановити роздільну здатність сканера більше власної роздільної здатності оригіналу, то від цього якість результату сканування, взагалі кажучи, не покращиться. Ми не хочемо сказати, що сканування з вищим, ніж у оригіналу, дозволом марно. Є низка причин, коли це потрібно робити (наприклад, коли ми збираємося збільшувати зображення при виведенні на монітор або принтер або коли треба позбутися муара). Тут ми звертаємо увагу на те, що покращення якості результуючого зображення за рахунок підвищення роздільної здатності сканера не безмежне. Можна збільшувати роздільну здатність сканування, не домагаючись при цьому поліпшення якості результуючого зображення, зате збільшуючи його обсяг і час сканування.

Про вибір дозволу сканування ми ще неодноразово говоритимемо в цьому розділі. Дозвіл сканера - це максимальна роздільна здатність, яку можна встановити під час сканування. То яка ж величина дозволу нам потрібна? Відповідь залежить від того, які зображення ви збираєтеся сканувати та на які пристрої виводити. Нижче ми наведемо лише орієнтовні значення.
Якщо ви збираєтеся сканувати зображення для подальшого виведення на екран монітора, то зазвичай достатньо роздільної здатності 72-l00ppi. Для виведення на звичайний офісний або домашній струменевий принтер – 100-150 ppi, на високоякісний струменевий принтер – від 300 ppi.

При скануванні текстів з газет, журналів та книг з метою подальшої обробки програмами оптичного розпізнавання символів (OCR - Optical Character Recognition) зазвичай потрібна роздільна здатність 200-400 ppi. Для виведення на екран або принтер цю величину можна зменшити кілька разів.

Для аматорських фотографій зазвичай потрібно 100-300 ppi. Для ілюстрацій з розкішних друкарських альбомів та буклетів – 300-600ppi.

Якщо ви збираєтеся збільшувати зображення для виведення на екран або принтер без втрати якості (чіткості), то роздільну здатність сканування слід встановити з деяким запасом, тобто збільшити його в 1,5-2 рази в порівнянні з наведеними вище значеннями.

Рекламним агентствам, наприклад, потрібне високоякісне сканування слайдів та паперових оригіналів. При скануванні слайдів для виведення на друк у форматі 10x15 см потрібна роздільна здатність 1200 ppi, а у форматі А4 - 2400 ppi.
Узагальнюючи викладене вище, можна сказати, що в більшості випадків апаратного дозволу сканера 300 ppi достатньо. Якщо ж сканер має роздільну здатність 600 ppi, це дуже добре.