Способ определения спектральной чувствительности твердых материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N21/63 

.- Изобретение относится к исследованию химических и физических свойс например таких, как фотовыцветание полимеров, стекол, текстильных изделир1 и т.п., фо7оразрушение различных материалов, изменение свойст покрытий и т.п., т.,е. к измерению спектральной чувствительности твердых материалов, и может быть исполь зовано, например, в текститьной и химической нромьшленности для определения устойчивости материалов к световому, воздействию. Спектральная чувствительность материалов характеризуется функцией распределения квантового выхода соответствующего фотопроцесса по длинам волн действующего света. Знание подобной характеристики необходимо при прогнозировании срока службы материалов в условиях светового облучения,научных исследований,для экспресс-испытаний вновь создаваемы материалов и т.п. Известен способ измерения спектральной чувствительности твердых материалов, который заключается в следующем, Из излучения от источ ника с непрерывныдм спектром испуска ния выделяют каким-либо образом (с помощью интерференционных светофильтров, монохроматоров и т.п.) свет с достаточной узким распределением по длинам волн в определенно области спектра, этим светом облуча образец, регистрируя во времени пар метры образца (например, цвет, пропускание света, блеск и т.д.) и, относя скорость происходящих в образце изменения параметров к интенсивности действующего света, вычисляют спектральную чувствительность к вьщеленному интервалу длин волн LU Недостатками этого способа являю ся большое время и количество используемых образцов для определени спектральной чувствительности твер дых материалов в требуемом диапазоне спектра, а также малое спектральное разрешение способа. Действительно, спектральное разрешение в этом случае определяется тем интервалом длин волн йА , который содержит действующее на образец из лучение. Чем ближе гвет к монохроматическому (т.е. чем меньше Ь) , тем выше спектральное разрешение при измерении спектральной чувствительности. С уменьшением Ь, уменьшается интенсивность действующеГо на образец света ) где IQ ( - исходная спектральная плотность излучения, соответственно уменьшается скорость фотохимического процесса и увеличивается время, необходимое для проведения измерений. Например, для получения спектральной чувствительности выцветания красителя родамина 6Ж при облучении светом с длиной волны 313 мм + + UX , где (д 10 нм, требуется время ч, а при й; 5 нм 1 cs 100 ч. Наряду с уменьшением А для увеличения спектрального разрешения при определении спектральной чувствительности в исследуемом диапазоне света необходимо увеличивать (в пределе до бесконечности количество образцов, так как измерения, проведенные на одном образце, даже при облучении светом с , близкой к нулю, дают лишь спектральную чувствительность материала к интервалу U А , т.е. к одной длине волны. Такого спектрального разрешения недостаточно для практических расчетов. Например, известно, что светостойкость окрашенных текстильных изделий в различных климатических зонах существенно различна, что связывается со смещением коротковолновой границы солнечного спектра. Это смещение составляет всего 1020 нм. Дая точного расчета светостойкости изделий в различных климатических зонах необходимо иметь данные о форме спектральной чувствительности в диапазоне 200-700 нм со сггектральным разрешением в 1-2 нм. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения спектральной чувствительности твердых материалов, согласно которому образец облучают, излучением с непрерывным спектром и регистрируют CKOPOC:T J изменения оптических свойств ма1ч:риала 2. Однако и в этом случае также требуются значительное и большое количество образцов. Цель изобретения - упеличе}1ие экспрессности и информативности в исследуемом диапазоне спектра, т.е.

количества информации о спектрально чувствительности, получаемой из одного определения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу оцределения спектральной чувствительности твердых материалов, включающему облучение образца излучением с непрерывным спектром и регистрацию скорости изменения оптических свойств материала осуществляют непрерывное менение спектрального состава света 1(А|)( вдоль пространственной координаты образца X, регистрируют во времени t свойства материала Р(Х) как функцию той же координаты и спектральную чувствительность q)(1 вычисляют по скорости изменения эти свойств W( х) из уравнения I(.l,x)

г

гдеСр(Д)- спектральная чувствительНОС1ь твердого материала к световому воздействию в требуемом диапазон спектра облучения, нормированная на единицу интенсивности излучения.

Спектральная чувствительность материала получается при решении выражения (1) непрерывной на всем диапазоне спектра функцией. Таким образом, функция W (х) содержит в неявном виде всю информацию о СрСИ) во всем интервале используемого спектра облучения.

Реализация способа связана с созданием на поверхности образца распределения неоднородного по спектральному составу излучения 1(Л,Х вдоль координаты X и может быть решена различными конст гуктивными методами.

Выражение (1 представляет собой интегральное уравнение, причем ядр ) этого уравнения Цл,у) задается .условиями облучения, т.е. распределением спектрального состава света по поверхности образца вдоль его пространственной координаты X.

По предлагаемому способу возможно определить спектральную чувствительность твердого материала в требуемом и практически не ограниченном диапазоне света. Этот диапазон определяется только выбрайным источником света с известным законом Д Л, х) . Способ позволяет измерить спектральную чувствительность

любых твердых материалов, где диффузия молекул в точке пространственной координаты X затруднена. К таким материалам относятся полименые материалы различного назначения лако-красочные покрытия, фотографические и фотохромные материалы и т. Соответственно могуЧ быть самыми различными и peгиcтpиpye ыe свойства Р этих материалов, например пропускание и отражение света, блеск, цвет, белизна и т.п., т.е. если своства материала Р изменяются в процессе облучения, то их можно выбирать в качестве параметров слежения для данного способа. Методы регистрации и размеры образцов зависят от возможностей измерительной техники, с помощью которой проводят регистрацию параметров Р, а размеры и изменяющиеся свойства образцов определяются возможностями измерительных приборов, где производят регистрацию свойств исследуемых материалов. Направление координаты X также определяется возможностями измерительной техники и источников света с неоднородным распределением спектрального (остава вдоль координаты X, Время облучения образцов дл получения функции ) зависит только от природы свет(стойкости) материала,

Пример, Определяют спектральную чувствительность фотообесцвечивания красителя родамина 6Ж (концентрация 5-10 моль-кг полимера ) в пленке полимстилметакрилата .размером 80x10x0,02 мм. Пространственной координатой служит ось X направленная вдо-П Г1;линной стороны образца и нормально падающему свету. Облучение производят сретом с непрерывным распределением спектрального состава 1(7 х вдоль координа ы X, оброзпа, которое проиллюстриропано в табл.К

Измеряют оптическую плотность по координате X в максиьтуме поглощения родлмина бЖ(, 326 нм) за время облучения t 123,185,355, 490,1180 мин. По закону Бугера-Ламбета-Бера нычисляют значения концентрации С (Х Д.11Я каждого из значений t . Получентк.ц; значения С (Х) при (: const интерполируют степенным рядом со знакоположительными коэффициентами по стандартной методике.. Непрерывную зависимость NiV1 получают второй интерполяцией С U) пр X const стандартной зависимостью вида. Co/c(x)(i+v;nt) где Т коэффициент, равный в данн случае 2,5; С - начальная концент ция красителя в образце. Для примера в табл.2 приведены значения V/(X) для некоторых значений X. Далее по стандартной программе на БЭСМ-6 вычисляют численно функ цию спектральной чувствительности С|) 1.7 из выражения (О. В качестве иллюстрации в табл.3 представлены значения относительной спектральной чувствительности фотообесцвечивания родамина 6Ж для участка спектра 290-410 нм через каждые 20 мин. Известны зависимости Cf(A) , полученные на спиртовых растворах ро мина 6Ж, В табл.4 приведены.извест ные данные noCfC i) и данные, полученные предлагаемым способом для родамина бЖ в полиметилметакрилат относительные единицы), откуда видна хорошая корреляция спектрал ной чувствительности, полученной двумя различными способами. Предлагаемым способом можно получать спектральную чувствитель ность твердых материалов с достат но большим разрешением по длинам волн, так как вводимые значения непрерывной функции NN(X) позволяю получать непрерывную же зависимос Др(|Д) . Если необходимо применять значения (о для одной длины волны, то эти значения легко получают либо увеличением вводимых точек функции WU)) либо стандартными 47 методами интерполяции функции спектральной чувствительности. В данном примере спектральная чувствительность вычислена со спектральным разрешением 0,1 нм. По способупрототипу такое разрешение в исследованном диапазоне спектра (I20 нм) возможно получить при использовании 1200 образцов, И время получения ({(и) при этом обратно пропорционально спектральному разрешению. Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом обладает повьш1енной экспрессностью. Облучение образца полным светом полихроматического источника снимает вопрос о большом времени облучения достаточно , св.етостойких материалов, связанным с малой интенсивностью монохромаЙ ческого света, так как облучение образцов осуществляется полихроматическим светом без потерь интенсивности. По данному способу спектральная чувствительность фотообесцвечивания родамина 6Ж получена в течение 7 дней, в -то время как по способупрототипу при облучении светом с Д 5 мм для семи значений Cf потребуется примерно 8 мес.при услоВИИ одновременного облучения всех образцов, Предпагаемому способу присуща также большая информативность .одного определения. Определение, проведенное с помощью одного образца, позволяет получить форму спектральной чувствительности материала в широком интервале длины волн,который зависит только от выбранного источника света. Способ позволит, например, определить срок службы материалов, подвергающихся действию света разного спектрального состава, не путем последовательного испытания материалов в условиях, моделирующих разные условия их эксплуатации, а по данным о спектральном составе излучения при эксплуатации. Т а б л и ц а 1

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ Ч5 ВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий облучение образца излучением с непрерывным спектром и регистрацию скорости изменения оптических свойств материала, отличающийся тем, что, с целью увеличения зкспрессности и информативности в исследуемом диапазоне спектра, осуществляют непрерывное изменение спектрального состава света I