14.2 Светофильтры
В идеале при фотохимическом синтезе необходим монохроматический свет, так как квантовый выход реакции зависит от длины волны света. Большинство же источников света, исключая лазеры, которые в этой книге не рассматриваются, излучаю в некотором спектральном диапазоне и для выделения света с нужной узкой полосой длин волн применяют светофильтры.
Жидкостные (химические) светофильтры - это фотохимически стабильные растворы солей в воде или органических рас творителях, пропускающие свет нужного диапазона длин волн.
Раствор помещают в кювету 2, которая разбирается (рис 328,а). Для УФ-диапазона кювету делают из кварца, для видимого участка спектра - из стекла марки "пирекс" .
Светофильтр может состоять из нескольких сваренных ячеек кювет 7, 2, 3 (рис. 328,6), если для выделения нужного диапазона длин волн необходимо пропускать свет последовательно через несколько растворов различного химического состава. Ячейки светофильтра могут охлаждаться проточной водой (рис. 328,в).
На каждой дополнительной границе раздела фаз кварц -раствор энергия излучения из-за отражения света уменьшается примерно на 4%. Температуру жидкостных светофильтров следует поддерживать на уровне 20 - 30 °С и постоянно контролировать их пропускание с помощью спектрофотометра.
I
Рис. 328. Жидкостные светофильтры с одной кюветой (с), с набором кювет (б) и с охлаждаемыми кюветами (в): а. 1 - болт; 2 - кювета; 3 - фторопластовая прокладка; 4 - металлическое кольцо; 5 - кварцевое окно
Состав жидкостных светофильтров для ртутных ламп высокого давления приведен в табл. 45. Для выделения полосы
253.7 нм из спектра излучения ртутной лампы среднего давления применяют четырехкюветный светофильтр. В первую на пути светового потока кювету длиной 5 см наливают водный раствор [Ni(H20)6]SO4 *Н2О, содержащий 27,6 г соли в 100 мл раствора. Во вторую кювету такой же длины вводят водный раствор 8,4 г [Co(H20)6]SO4 в 100 мл раствора. Третью кювету длиной 1 см наполняют раствором состава 0,108 г I2 и 0,155 г KI в 1 л воды, а в последней, длиной 5 см, содержится хлор при давлении 1 атм (25 °С). Такой светофильтр служит не более 25 ч. После заполнения растворами всех четырех кювет светофильтр облучают светом указанного выше диапазона длин волн в течение 4 ч. Такая обработка стабилизирует оптические характеристики светофильтра.
Чтобы выделить полосу при 265,2 - 265,5 нм из спектра ртутной лампы среднего давления также применяют четырехкюветный светофильтр. Первая кювета по ходу светового потока содержит 27,6 [Ni(H2O)6]SO4 в 100 мл водного раствора и имеет длину 5 см; вторая такой же длины наполнена водным раствором [Co(H2O)6]SO4•Н20 (8,4 г соли в 100 мл воды), третья аналогичной длины содержит газообразный хлор при давлении 1 атм и температуре 25 °С, а четвертая длиной 1 см заполнена раствором К1 (0,170 г соли в 100 мл воды).
Жидкостной светофильтр для выделения полосы при
435.8 нм из спектра излучения ртутной лампы среднего давления состоит из двух кювет длиной 10 см каждая. В первую заливают водный раствор состава: 0,44 г [Cu(H20)4]SO4* Н2O в 100 мл водного раствора аммиака (2,7 М), а во вторую - раствор, содержащий 7,50 г NaNO2 в 100 мл воды.
Продолжительность работы такого светофильтра без изменения оптических характеристик около 74 ч.
Стеклянные и интерференционные светофильтры. Фирмы некоторых стран выпускают наборы стеклянных светофильтров для выделения нужных длин волн из спектров излучателей. К этим наборам приложены подробные оптические характеристики. Пропускание стеклянных светофильтров после приобретения следует проверить, так как оно не всегда соответствует данным паспорта. Кроме того, проверять его пропускание нужно через каждые 100 ч работы светофильтра. Для больших интенсивностей излучения стеклянные светофильтры помешают в кварцевые кюветы, охлаждаемые водой, поскольку большинство светофильтров не является теплоустойчивыми.
В табл. 46 приведены оптические характеристики обычных стекол, которые могут служить светофильтрами.
Для выделения нужных полос пропускания из спектров разных излучателей применяют также интерференционные светофильтры, которые представляют собой многослойные тонкопленочные блоки, состоящие из стеклянных и кварцевых пластинок и полупрозрачных металлических и диэлектрических слоев.
Интерференционные светофильтры бывают двух типов: широкополосные с резким краем полосы пропускания и полосовые, пропускающие желаемый интервал длин волн. Полосовый светофильтр при наблюдение на отражение выглядит с одной стороны как блестящий металл.
Считают, что удовлетворительных интерференционных светофильтров для УФ-области спектра пока нет. Для видимой области спектра эти фильтры имеют ряд преимуществ: они не нагреваются во время работы, так как почти все непропускаемое излучение отражается; фильтры устойчивы при эксплуатации до 80 °С и почти не изменяют свои оптические характеристики со временем.