Способ определения спектральной чувствительности твердых материалов

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) З)5)) С 01 И 2)/63

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ((ъ,х р(аз

rOCVglAPCTBEHHb)é КОМИТЕТ СССР

ПС ДЕЛАМ ИЗОБ КТЕНИй И СЛНРЫТИй (21) 3581467/)8-25 (22) 13.04.83 (46) 30,11.84.Бюл.У 44 (72) В.М.Анисимов, О.Н.Карпухин, Г.Е.Кричевский, А.Г.Новорадовский и Г,Р.Трубников (71) Ордена Ленина институт химической физики АН СССР, Московский ордена Трудового Красного Знамени .текстильный. институт им.А.Н.Косыгина и Центральный научно-исследовательский институт шерстяной промышленности (53) 535 ° 5 (088,8) (56) ).Ðåíáè Б.,Рабек Я. Фотодеструкция, фотоокисление, фотостабилизация полимеров. М.,"Мир",1978, с.513.

2, Григорьева и др. Фотометрические свойства фотопластинок,применяемых для спектрального анализа.Журнал прикладной спектроскопии, М., 1977, вып.2, с.221-227 (прототип), (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТВЕРДЫХ

МАТЕРИАЛОВ, включающий облучение образца излучением с непрерывным спектром и регистрацию скорости изменения оптических свойств материала, отличающийся тем, что, с целью увеличения экспрессности и информативности в исследуемом диапазоне спектра, осуществляют непрерывное изменение спектрального состава света I (q,x) вдоль пространственной координаты образца Х, регистрируют во времени 1 свойства материала P (Х) как функцию той же координаты, и спектральную чувствительность p(q) вычисляют по ско, рости изменения этих свойств Н (Х) из уравнения

1 11268

- Изобретение относится к исследованию химических и физических свойств, например таких, как фотовыцнетание полимеров, стекол, текстильных иэделий и т.п., фоторазрушение раз- 5 личных материалов, изменение свойств покрытий и т ° п., т,,е. к измерению спектральной чувствительности твердых материалов, и может быть использовано, например, н текстильной и 10 химической промышленности 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 20 материалов н условиях светового облучения, научных исследований,для экспресс-испытаний вновь создаваемых материалов и т.п.

Известен способ измерения спект- 25 ральной чувствительности твердых материалов, который заключается н следующем, Из излучения от источника с непрерывным спектром испускания выделяют каким-либо образом 30 (c помощью интерференционных светофильтров, монохроматоров и т.п,) свет с достаточной узким распределением по длинам волн в определенной области спектра, этим светом облучаютт. образец, регистрируя но времени параI метры образца 1например, цнет, про-" пускание света, блеск и т,д,) и, относя скорость происходящих н образце изменения параметров к интенсивности действующего света, вычисляют спектральную чувствительность к выделенному интервалу длин волн () ) .

Недостатками этого способа являют- 5 ся большое время и количество используемых образцов для определения спектральной чувствительности твердых материалов н требуемом,циапаэоне спектра, я также малое спектральное разрешение способа, Действительно, спектральное разрешение в этом случае определяется тем интервалом длин волн 6$ который содержит действующее ня образец иэ" 55 лучение, Чем ближе свет к монохроматическому 1т,е, чем меньше 6Ъ), тем выше спектральное разрешение

47 1 при измерении спектральнoé чуяc I вительности. С уменьшением g 1 уменьшается интенсивность дейстнующег о ня образец света (>),(s) ь, где 1о1,h) — исходная спектральная плотность излучения, соответственно умсньшается скорость фотохимического процесса и увеличивается время, необходимое для проведения измерений. Например, для получения спектральной чувствительности ныцнетания красителя родамина 6Ж при облучении светом с длиной волны 313 мм ++

+ 5 3, где gp = 10 нм, требуется время t, = 50 ч,. а при = 5 нм 1. = 100 ч, Наряду с уменьшением для увеличения спектрального разрешения при определении спектральной чувствительности в исгледуемом диапазоне света необходимо увеличивать (в пределе до бесконечности ) количество образцов, так как измерения, проведенные на одном образце, даже при облучении сватом с близкой к нулю, дают лишь спектральную чувствительность материала к интервалу 5, т.е, к одной длине волны. Такого спектрального разрешения недостаточно для практических расчетов„ Например, известно, что снетостойкость окрашенных текстильных изделий в различных климатических зонах существенно различна, что связывается со смещением коротковолновой границы солнечного спектра, Это смещение составляет всего 1020 нм. Дпя точного расчета снетостойкосги изделий и различных климатических зонах необходимо иметь данные о форме спектральной чунс.тните: ьности н диапазоне ?00-700 нм со спектральным разрешением н 1-2 нм.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения спектральной чувствительности твердых материалов., согласно которому образец облучают излучением с непрерывным спектром и регистрируют скорос т.; изменения оптических cHDAcтв мятDрия -) Однако и н этом случае также требуют=я значительное Bðeìÿ и 6< Ib шое количество образцов.

Цель изобретения — увеличение экспрессности и информативности в исследуемом диапазоне спектра, т,е.

3 1126847 4 количества информации о спектральной чувствительности, получаемой иэ оггного определения, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения спектральной чувствительности твердых материалов, включающему облучение образца излучением с непрерывным спектром и регистрацию скорости изменения оптических свойств материала осуществляют непрерывное из менение спектрального состава света I(A g) вдоль пространственной координаты образца Х, регистрируют во времени свойства материала

Р(Х) как функцию той же координаты и спектральную чувствительность ф ))) вычисляют по скорости изменения этих свойств Ы(х) из уравнения

15

30

55 где Ц(11) — спектральная чувстнительнос" ь твердого материала к световому воздействию в требуемом диапазоне 25 спектра облучения, нормированная на единицу интенсивности излучения, Спектральная чувствительность материала получается при решении выражения (J) непрерывной на всем диапазоне спектра функцией ° Таким образом, функция W (х) содержит н неявном виде всю информацию о Ц>(%) во всем интервале используемого спектра облучения °

Реализация способа связана с созданием на поверхности образца распределения неоднородного по спектральному составу излучения

?(Х1 вдоль координаты Х и может . быть решена раэли ными конструктивными методами.

Выражение ()) представляет собой интегральное уравнение, причем ядр > этого уравнения l(%,1<1 задается .условиями облучения, т,е. распределением спектрального состава света по поверхности образца вдоль его пространственной координаты Х.

По предлагаемому способу возможно определить спектральную чувствительность твердого материала в требуемом и практически не ограниченном диапазоне света, Этот диапазон определяется только выбранным источником света с известным законом1(Ъ ><) . Способ позволяет изме-. рить спектральную чувствительноать любых твердых материалов, где диффузия молекул в точке пространственной координаты Х затруднена, К таким материалам относятся полимерные материалы различного назначения, лако-красочные покрытия, фотографические и фотохромные материалы и т.д, Соответственно могут быть. самыми различными и регистрируемые свойства Р этих материалов, например пропускание и отражение света, блеск, цвет, белизна и т,п., т,е ° если свой" стна 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 снойстна образцов определяются возможностями измерительных приборов, где произнодят регистрацию свойств исследуемы. : материалов, Направление координать) Х также onðåäåëÿåòñÿ воэможностями и мерптепьной техники и источников света с неоднородным распределением спектрального .остана вдоль координаты Х ° Время облучения образцов для получения функции А 1Х) зависит только от природы (<.нет< стойкос ги) материала, Пример, Определяют спектральную чувствительность фотообесцнечинания красителя родамина 6Ж (концентрация 5 10 моль ° KI поли-3 мера ) н пленке полиметилметакри-. лата .размером 80х10х0,02 мм. Пространственной координатой служит ось Х, направленная ндол длинной стороны образца и нормально падающему свету ° Облучение произнодят снетом с непрерывным распределением спектрального состава I(q >< J вдоль xoop\ дина ы Х, обр эпа, которое проиллюстрировано в табл.1.

Измеряют оптическую плотность по координате Х н максимуме поглощения родамина 6Ж(3„, „= >26 нм) эа время облучения 4 = 125,185,355, 490,1180 мпн. По закону Бугера-Ламберта-Берл нычисляют значения концентрации С (X) для каждого из значений 5

Полученп>)е значения С (Х) при $ — const интерполируют степенным рядом со энакоположительными коэффициентами по стандартной методике, 1126847

Предлагаемым способом можно получать спектральную чувствительность твердых материалов с достаточно большим разрешением по длинам волн, так как вводимые значения непрерывной функции Я Х) позволяют получать непрерывную же зависимость

Ц(%) . Если необходимо применять значения q для одной длины волны, то эти значения легко получают либо увеличением вводимых точек функции Vl(X) либо стандартными где Д - коэффициент, равный в данном случае 2,5; С вЂ” начальная концентрация красителя в образце.

Для примера в табл.2 приведены значения VII,X) для некоторых значений Х.

Далее по стандартной программе на БЭСИ б вычисляют численно функцию спектральной чувствительности

Q I,3) иэ выражения (1) . В качестве иллюстрации в табл.3 представлены значения относительной спектральной чувствительности фотообесцвечивания родамина бЖ для участка спектра 290-410 нм через каждые

20 мин.

Известны зависимости с ®, полученные на спиртовых растворах родамина 6Ж. В табл,4 приведены.известные данные по p (g) и данные, полученные предлагаемым способом для родамина 6)К в полиметилметакрилате

1относительные единицы), откуда видна хорошая корреляция спектральной чувствительности, полученной двумя различными способами, Таблицаl

В

Значения Т(p, Х), относительные единицы, координаты образца Х, мм при значении

0 16 32

1,25 10 0

0,0733 0,0207

0,125

310

0,26

Непрерывную зависимость Щ(получают второй интерполяцией С (Ц при

Х const стандартной зависимостью ви,ца.

Ъ методами интерполяции функции спект ральной чувствительности. В данном примере спектральная чувствительность вычислена со спектральным разрешением 0,1 нм, По способупрототипу такое разрешение в исследованном диапазоне спектра (120 HM) возможно получить при использовании

1200 образцов. И время получения ф(Э) при этом обратно пропорционально спектральному разрешению.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом обладает повышенной экспрессностью. Облучение образца полным светом полихроматического источника снимает вопрос о большом времени облучения достаточно светостойких материалов, связанным с малой интенсивностью монохроматйческого света, так как облучение образцов осуществляется полихроматическим светом без потерь интенсивности. По данному способу спектральная чувствител-:ность фотообесцвечивания родамина 6Ж получена в течение

7 дней, в .то время как по способупрототипу при облучении светом с

Ь = 5 мм для семи значений (p потребуется примерно 8 мес. при условии одновременного облучения всех образцов. Предлагаемому 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, c

48 64

0 0 0

5,82 10 1,64 10 4,62 10

I 126847

Продолжение табл. ) Значения I(g, Х), относительные единицы, при значении коордниатм образца Х, мм

0 l6 32 48 64 80

0,757 0,119 0,0904

0,36

330

0,42

350

370

0,48

390

0,47

0,47

0,47

0,47

0,47

0,47

0,47

4I0

Таблица 2

32 48 64 80

О

Х, мм

W.l0-Э моль/кг с

0,37 0,22 0,17 0,15

1,30 0,72

Таблица 3 ф нм 290 310 330 350 370 390 410

12,3 9,45 10 2,36 10 1,51 10 1,51 10 2,36. 1О 4,72. 10

Ч о к

Вычисленное с относительной ошибкой ЗЖ.

Таблица4

Длина волны, нм

313

365

О 75, 10-2 2 (-,10 (f в растворе этанола (в полиметилметакрилате

5,63 10

2,6 10

Составитель В,Дорофеев

Техред А.Бабинец Корректор С. 1Пекмар. Редактор Л.Алексеенко

Заказ 8683/32 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г..ужгород, ул. Проектная, 4

0,273

0,400

0,469

0,467

0,207

0,381

0,458

0,465

0,363 0,346

0,448 0,438

0,462 0,459

0,330

0,428

0,457