ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория фотоэлектрической колориметрии из "Физико-химические методы анализа Издание 2" Разобранные в предыдущих главах колориметрические и [ ефелометрические методы анализа в значительной степени субъективны. Они не позволяют автоматизировать анализ, что часто бывает необходимо для нужд производства. В связи с этим возникло стремление аналитиков использовать для определения интенсивности окраски более объективный метод — фотоэлектрический. [c.73] В основе фотоэлектрического метода лежит так называемое явление фотоэлектрического эффекта (фотоэффекта). Явление фотоэффекта было впервые обнаружено в 1819 г. русским химиком Гротгусом и описанно пм в труде О химическом действии света и электричества . Для аналитических целей описываемый ниже фотоэффект был впервые применен в 1874 г. русским физиком Н. Г. Егоровым. Сконструированный им электрический фотометр является прототипом современных фотоколориметров. На своем фотометре Егоров впервые установил пропорциональность между фототоком и силой падающего света и установил зависимость между поглощаемым светом и концентрацией поглощающего раствора. [c.73] Прибор, в котором световая энергия преобразуется в электрическую, называется фотоэлементом. [c.74] Луч света представляет собой поток квантов энергии различной величины. Когда такой луч падает на поверхность металла, кванты энергии поглощаются атомами, и внутренняя энергия последних увеличивается. При этом электроны атома переходят яа более высокие энергетические уровни. [c.74] Каждый металл характери. зуется определенным минимальным значением кванта энергии, способного оторвать электрон. [c.74] Фотоэлемент с внешним фотоэффектом состоит из баллона, в который помещены два электрода (рис. 37). Воздух из баллона откачан. Като д покрыт металлом, легко отдающим свои электроны пол влиянием освещения. Анод делается сетчатым. [c.75] Если к аноду и катоду приложить достаточную разность потенциалов (100—200 в), а затем катод осветить, то в цепи возникает ток, сила которого пропорциональна силе светового потока. [c.75] Наша промышленность изготовляет фотоэлементы, в которых катод нанесен на внутреннюю поверхность самого баллона, а в качестве анода служит металлическое кольцо или небольшой диск, расположенные в центре баллона. Для изготовления этих фотоэлементов поверхность баллона покрывают проводящей подкладкой, обычно серебряной. Часть поверхности ( окно ) оставляют непосеребренной и через эту поверхность пропускают в баллон измеряемый световой поток. На серебряную поверхность наносят при помощи возгонки тонкий слой соответствующего металла. Такой фотоэлемент сравнительно мало чувствителен (1—20(ха на люмен). Для повышения чувствительности его подвергают сенсибилизации, в результате которой меняются структура светочувствительного слоя и его чувствительность. Пр.остейшим из методо В сенсибилизации является обработка водородом или парами серы. В качестве металлов для покрытия серебряной пленки применяют калий, натрий, цезий и соответственно фотоэлементы называют калиевыми, натриевыми, цезиевыми. [c.75] Спектральные характеристики фотоэлементов приведены на рис. 38. [c.75] Наша промышленность освоила и в настоящее время выпускает цезиевые, сенсибилизированные кислородом и сурьмяно-иезиевые фотоэлементы. Их спектральные характеристики показаны на рис. 39. На этой же фигуре приведена спектральная характеристика сложного кислородно-цезиевого фотоэлемента на серебряной подложке с дополнительно введенным в состав катода небольшим количеством серебра. [c.75] Повышение чувствительности фотоэлемента может быть достигнуто заполне. нием его каким-либо инертным газом. При этом спектральная характеристика фотоэлементов не изменяется, а чувствительность их повышается до 500 а на люмен. [c.76] Фотоэлементы с внутренним.фотоэффектом или фотосопротивления основаны на явлении уменьшения сопротивления некоторых полупроводников под влиянием света. В качестве полупроводников берут обычно селен или сульфид таллия. [c.78] Наиболее полные исследования фотоэлектрических свойств селена были произведены в 1883 г. проф. Петроградского Технологического института Гезехиусом. Он нашел точную зависимость силы фототока от силы света и дал химическую теорию фотоэлектрических свойств селена. Такие элементы изготовляют на стекле, на которое наносят в виде гребенки электроды из золота, платины или графита. Промежутки между электродами заполняют посредством возгонки селеном или сульфидом таллия. Пластинки с нанесенной массой помещают в баллоны, из которых выкачивают воздух. Схематически такой фотоэлемент изображен на рис. 43. [c.78] Возникновение фототока в описываемых фотоэлементах связано с освобождением электронов полупроводника под влиянием освещения. Если на электрод предварительно наложить некоторую разность потенциалов, то в цепи при освещении возникает первичный фототок. Этот фототок вызывает в полупроводнике вторичный фототок, являющийся результатом столкновения первичных электронов с атомами в полупроводнике. В то время как сила первичного фототока пропорциональна силе светового потока, сила вторичного фоготока подчиняется более сложным законам. Поэтому в общем случае сила фототока не пропорциональна освещению. На рис. 44 приведены кривые зависимости силы фототока от силы освещения для фотосопротивлений селенового (кривая 1) и таллофидного с сульфидом таллия (кривая 2). На рис. 45 приведены спектральные характеристики этих элементов. [c.78] Таллофидные фотоэлементы могут быть применены для работы в ультрафиолетовой части спектра. [c.78] Фотоэлемент с запирающим слоем основан на использовании так называемого вентильного фотоэффекта. [c.79] Селеновый фотоэлемент с запирающим слоем был детально исследован русским физиком Ульяниным в 1888 г. При этом Ульянин обнаружил пропорциональность между фототоком и силой света, снял спектральную характеристику этого фотоэлемента, обнаружил его безинерционность и устойчивость фототоков. [c.79] Сущность вентильного фотоэффекта заключается в следующем. [c.79] Ряд исследований показал, что вероятность вырывания электронов из полупроводников больше, чем из металлов, в особенности таких, как золото и платина. Поэтому, если имеется какой-либо полупроводник, например, закись меди, с нанесенной на его поверхность тончайшей пленкой золота, достаточно прозрачной, то при прохождении света через эту пленку и освещении слоя закиси меди из последней будут вырываться электроны. [c.79] Из фотоэлементов вентильного типа наиболее широкое применение нашел селеновый фотоэлемент. Конструкция его такова на железную пластинку наносят слой селена, в свою очередь покрытый полупрозрачной пленкой золота или платины. Во избежание механического повреждения металлической пленки, а та.кже для предотвращения воздействия на фотоэлемент химических агентов, поверх золотой пленки наносят слой прозрачного лака. Для удобства все это заключают в эбонитовую оправу или же, иногда, помещают в эвакуированный стеклянный баллон. Выводы от железной подложки и от покровной золотой пленки присоединяют к клеммам, укрепленным на эбонитовой оправе. [c.81] Вернуться к основной статье