ФОТОМЕТРИЯ

ФОТОМЕТРИЯ — раздел физической оптики и измерительной техники, посвященный теории и методам измерения энергетических характеристик оптического излучения в процессе его испускания, распространения в различных средах и взаимодействия с телами. На практике Ф. проводят в диапазонах ультрафиолетового излучения (см.), видимого излучения (см. Флюориметрия).

Измерения в Ф. производят в энергетических и фотометрических единицах. Энергетические единицы характеризуют излучение (см.) безотносительно к его действию на какой-либо приемник излучения. Фотометрические единицы оценивают излучение по его действию на какой-либо приемник, напр, глаз человека (в этом случае их называют световыми фотометрическими единицами), но его влиянию на жизнедеятельность микроорганизмов (бактерицидные фотометрические единицы), процессы фотосинтеза (фотосинтетические фотометрические единицы) и др.

Основным энергетическим понятием Ф. является поток излучения, т. е. средняя мощность, переносимая электромагнитным излучением. Для учета пространственного распределения потока излучения используют единицы, являющиеся производными от потока излучения,— поверхностную плотность лучистого потока (вт/м²), энергетическую силу света (вт/стер), энергетическую яркость (вт/м² • стер) и др. Основными единицами световых величин оптического излучения служат кандела (единица силы света) и люмен (единица светового потока).

Для измерения фотометрических величин применяют приборы (фотометры) и различного рода эталоны силы света и светового потока (фотометрические лампы). В основе фотометрических .методов лежат измерения абсолютных и относительных потоков излучения с помощью различных приемников излучения. Одним из наиболее важных в практическом отношении фотометрических методов является спектрофотометрия, в т. ч. абсорбционная спектрофотометрия в проходящем и отраженном свете, и эмиссионная спектрофотометрия.

К фотометрическим методам анализа часто относят эмиссионную пламенную Ф. и абсорбционную пламенную Ф., используемые при проведении атомного спектрального анализа (см. Спектральный анализ). При эмиссионной пламенной Ф., получившей наибольшее распространение в мед. практике, анализу подвергают р-ры элементов или их соединений, к-рые с помощью распылителя вводят в пламя горючей смеси (воздуха или кислорода с водородом, пропаном, бутаном или ацетиленом). Определение количественного содержания элемента в пробе обычно осуществляют, сравнивая интенсивность спектральной линии, полученной для анализируемого раствора, с аналогичной линией, полученной на серии стандартных растворов, содержащих определяемый элемент в известных концентрациях. Метод применяют в основном для определения щелочных и щелочно-земельных металлов, а также свинца, меди, марганца, фосфора и др.; чувствительность метода составляет для щелочных металлов 0,1—0,01 мкг/мл, для остальных — 5—0,1 мкг/мл.

Абсорбционная пламенная Ф. основана на способности свободных атомов металла в пламени поглощать резонансную световую энергию при характерных для каждого элемента длинах волн. При использовании этого метода анализируемый р-р вводят в пламя в виде аэрозоля, что вызывает снижение интенсивности светового потока, проходящего через пламя. Поскольку концентрация элемента в р-ре в известных пределах пропорциональна оптической плотности пламени, для определения содержания элемента в пробе сравнивают значения оптической плотности для анализируемого р-ра со значениями, полученными для серии стандартных растворов. Абсорбционная пламенная Ф. позволяет определить в пробе содержание ряда элементов, не определяемых при эмиссионной пламенной Ф. (цинк, ртуть, золото и др.).

Фотометрические методы анализа широко используют в биологии и медицине при определении концентрации ферментов (амилазы, глюкозо-6-фосфат — дегидрогеназы и др.), витаминов, гормонов, углеводов и многих других соединений в биол. тканях и жидкостях.

Фотометры

В мед. практике, биологических и гигиенических исследованиях применяют фотометры. В зависимости от предназначения различают люксметры — для измерения освещенности (см. Колориметрия) и др.

Колориметры применяют для определения концентрации веществ, прямо или косвенно изменяющих окраску в зависимости от их количественного содержания в исследуемой пробе. Колориметры используют при определении различных веществ в крови, моче (сахар, белок, билирубин и др.), в других биол. субстратах, при фармакологических исследованиях и др.

Устройство всех фотометров, хотя и имеет конструктивные различия, принципиально выполнено по единой схеме. Оптический блок фотометра состоит из линз, светорассеивающих пластин, ослабителей света, светофильтров, диафрагм, приемников излучения, в к-рых поток излучения преобразуется в электрический сигнал, регистрируемый устройствами типа микроамперметра, вольтметра и др. В импульсных фотометрах в качестве регистраторов используют различные электрометры, запоминающие осциллографы, пиковые вольтаметры.

Для фотометров, предназначенных для измерения абсолютных величин интенсивности светового потока, характерны большие систематические погрешности измерений (св. 5%), поэтому фотометрические измерения требуют тщательного соблюдения условий измерения, нарушение к-рых резко увеличивает погрешность измерения.

Фотометры, предназначенные для измерения относительных величин интенсивности светового потока (коэффициента светопропускания, отражения и т. п.), обладают более высокой точностью. В фотометрах, построенных по одноканальной схеме, последовательно измеряют интенсивность потока излучения при установке контрольного и опытного образца на пути пучка световых лучей. В двухканальных фотометрах измерение осуществляется путем непосредственного сравнения интенсивности потоков излучения, прошедших через контрольный и опытный образцы.

При этом обычно производят уравнивание потоков излучения с помощью регулируемых диафрагм, фотометрических клиньев и других устройств.

В визуальных колориметрах равенство двух полей сравнения (уравнивание световых потоков) осуществляется визуально. Среди таких приборов, оснащенных светофильтрами для выделения определенных участков спектра, существуют и специализированные, напр, гемоглобинометры, предназначенные для определения концентрации гемоглобина в крови, нефелометры, предназначенные для определения мутности жидких сред по коэффициенту светорассеяния, и др.

Наряду с визуальными колориметрами используют физические колориметры, в к-рых оценка фотометрической величины осуществляется с помощью физического приемника. Наибольшее распространение получили фотоколориметры (фотоэлектроколориметры) с приемником света в виде фотоэлементов различной конструкции. К их числу относятся фотометр Пульфриха и фотоэлектроколориметры ФЭК-60 и БИАН-120. Фотоэлектроколориметры предназначены для определения концентрации веществ в прозрачных окрашенных р-рах. В частности, БИАН-120 обеспечивает измерение коэффициента светонропускания от 100% до 5% и оптической плотности от 0 до 1,3. Точность измерения коэффициента светонропускания ±2,5% по шкале светопропускания. Прибор комплектуется набором шкал с миллиметровой сеткой для нанесения на них величин концентраций измеряемых веществ по данным калибровки, осуществляемой в процессе исследования, а также набором из 7 светофильтров для фиксации диапазонов измерения (максимум их светопропускания находится в диапазонах длин волн 420—440, 450—465, 500— 515, 520—540, 585—595, 635—645 и 715 —725 нм) и комплектом кювет с толщиной исследуемого слоя жидкости 10 мм. Преобразователем светового потока служит вакуумный фотоэлемент, а источником светового потока — лампа накаливания СЦ-76.

Колориметр-нефелометр фотоэлектрический ФЭК-Н-57 и фотоколориметр ФЭК-60 предназначены для определения концентрации окрашенных р-ров, суспензий, эмульсий, коллоидных р-ров путем сравнения световых потоков, проходящих через контрольную и опытную пробу (образцы). Предварительно производят градуировку по набору стандартных р-ров различной концентрации.

В связи с развитием количественных исследований с помощью диагностических полосок и многослойных пленок для экстренных клинико-диагностических работ получили распространение отражательные фотометры (рефлектометры), к-рые построены по схеме физических фотометров. Разработаны микроколориметры, позволяющие исследовать минимальные по количеству пробы, напр, микроколориметр медицинский фотоэлектрический МКМФ-1, обеспечивающий определение коэффициентов светопропускания (оптической плотности) окрашенных растворов в пробах объемом 0,07—0,5 мл и 2,0 мл на длинах волн максимального светопропускания 425, 465, 520, 540, 570 и 615 нм при погрешности не более ± 2,5%.

Большое распространение получили автоматические фотометры (колориметры), в к-рых заполнение измерительной кюветы, контрольные и исследовательские измерения, опорожнение и промывка кюветы, а также выдача результатов измерения осуществляются автоматически. Созданы также автоматические пламенные фотометры, в к-рых автоматически регистрируются спектры определяемых веществ. Наибольшее распространение из них получили пламенные фотометры типа Б ИАН-140. Входят в практику атомноабсорбционные спектрофотометры, превосходящие пламенную фотометрию по точности и широте аналитических возможностей.

Библиогр.: Асатиани В. С. Новые методы биохимической фотометрии, М., 1965, библиогр.; Сапожников Р. А. Теоретическая фотометрия, М., 1977; С о-колов М. В. Прикладная биофотометрия, М., 1982, библиогр.

Р. Р. Лидеман; В. И. Белькевич (техн.).