光电管比色计

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任何物体都吸收、透过或反射光,炽热的物体本身还能发射出可见光线。经过严格的分析比较,不同物体的这些光特性也是不同的。因此,比较它们的光特性,就可以作一系列的定性和定量分析。典型的例子,例如我们只凭苹果和橘子的颜色,就可直观地把这两种水果区别开来。同样,把一个未知物体和已知物体的色采、光泽度或者透明度等等进行比较,即采用比色分析法,就能测出这个未知物体的许多物理和化学属性。比色分析法在科学研究中得到了广泛的应用。光电管发明后,实际生产中也广泛利用这种方法的原理进行控制、检验。例如在许多食品、化学生产工艺过程中,用比色分析法控制剂量,检查纯度,划分产品等级等等。

在比色分析法中常采用光电管比色计。这里介绍的一种光电管比色计,可用来测定溶液的浓度,它的电路如下图所示。电路中采用一只双三极管6N1(6Н1П),作直流放大用。电表接在双三极管的两个阴级之间。从图中可以看出,两个三级管部分供给电表的电流方向是相反的,当阴极电阻R\(_{3}\)、R4上的电压降相等时,通过电表的电流便相互抵消,电表指针不偏转,我们说这时电路处于平衡状态。调节电阻R\(_{1}\)、R2,可以得到平衡。光电管接在右边三级管部分的屏栅之间,与R\(_{5}\)组成一小分压器。当光电管电阻变化时,右边三极管的栅压也变化,改变右边三级管的屏流,因而破坏电路的平衡状态,使电表指针偏转。光电管电阻受照射到它的阴极上的光通量的控制,所以电表指针的偏转与光电管接收的光通量有一定的比例关系。这样,用一个标准光源照射待测定的物体,经过这物体透射或反射的光再加到光电管的阴极,就可以根据电表读数进行比较。

图1
图1 🔍原图 (889×907)

电路中其它元件的作用如下述。电阻R\(_{6}\)用来调整电表读数范围。R5是右边三极管的栅极电阻,如果需要提高灵敏度,可再提高R\(_{5}\)的数值,但阻值越大,对外界的电磁干扰也越敏感。在R5两端并联一只 0.02微法的电容器C\(_{3}\),可以防止一部分干扰。WY1(CГ1П)是一个充气稳压管,用来稳定电子管的屏压,并使R1、R\(_{2}\)、光电管、R5上的电压不受电源电压变化的影响,保证测试结果有较大的精确性。稳压管WY1的工作电流选在10~20毫安范围内,可用R\(_{7}\)来调节。6Z4(6Ц4П)为双二极整流管,与R7、C\(_{1}\)、C2组成整流滤波电路,供给直流高压电源。

光电管选用 GD—51(CЦB—51)型真空光电管。选择光电管时应考虑以下几点:

1.灵敏度 光电管的灵敏度对测量结果的精确度影响较大,应选择灵敏度高的应用。一般光电管的灵敏度如下:

真空氧化铯光电管为20~30微安/流明;真空锑一铯光电管的60~90微安/流明;充气氧化铯光电管为150~200微安/流明;充电锑一铯光电管为150~200微安/流明。

2.光谱特性不同的光电管,它们的光谱特性也不相同,也就是说对某一些波长的光特别敏感,而对另一些波长的光则灵敏度显著降低。例如氧化铯阴极对波长接近7700埃的光线(红外线)和波长为3500埃的光线(紫外线)最敏感,锑一铯阴极对波长为4500~5000埃的光线(蓝色和绿色光)最敏感。因此,用可见光作光源时,最好选择对可见光线(如上述的蓝光和绿光)灵敏度最大的光电管。

3.伏安特性当光通量一定时,光电管产生的电流随光电管阳极电压的升高而增加。但真空光电管有一饱和值,即光通量不变时,阳极电压升高到某一数值以后,电流不再增加。充气真空管没有这种饱和阳极电压。从这一点看来,采用真空光电管,如果阳极电压选择恰当,对电源电压的稳定度要求可稍低一些。

4.光电特性真空光电管的光电流与光通量成正比,而充气光电管在光通量大时便不能保持这种正比关系。

在这个电路中,综合考虑以上各点后,采用了GD—51(СЦВ—51)型光电管,这是一种真空锑一铯光电管。

为了减少外界干扰,光电管的引线应当用隔离线,电阻R\(_{5}\)和光电管最好加屏极。

使用时,应采用稳定的光源,放在透镜焦点处,使通过透镜的光线平行照射到待测的溶液。在溶液与光电管之间放一块滤色片,这样可得到较好的灵敏度。先把光电管完全遮暗,调节R\(_{1}\)R2使电表指针指零。然后把装有空白试样的试管插入,调节R6使电表读数最大。这样调节好以后,即可把装有已知溶液的试管插入,记下电表上的读数。取一系列的已知溶液重复上述的试验,就可以得出一系列的读数。根据这些读救和已知的对应的浓度,画出标准参考曲线。这样,当测出未知溶液的电表读数后,从这曲线上就可查出相应的浓度数值了。(方建安)