Способ определения спектральной чувствительности твердых материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК а 91 1 Эш С 01 Ю 2/63 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ тодеструкбилизация(прототип),госудю ств-:нный комитет сссрпо делАм изоБРетений и открытий Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ордена Денина институт химической физики АН СССР, Московский ордена Трудового Красного Знаменитекстильный. институт им.А.Н.Косыгинаи Центральный научно-исследовательский институт шерстяной промышленнос(53) 5355 (088,8)(56) 1.Ренби Б.,Рабек Я. Фо ция, фотоокисление, фотоста полимеров. М"Мир",1978, с2Григорьева и др. Фото кие свойства Фотопластинок, мых для спектрального анали Журнал прикладной спектроск М., 1977, вып.2, с.221-227(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий облучение образца излучением с непрерывным спектром и регистрацию скорости изменения оптических свойств материала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения экспрессности и информативности в исследуемом диапазоне спектра, осуществляют непрерывное изменение спектрального состава света 1 (,х) вдоль пространственной координаты образца Х, регистрирукт во времени 1 свойства материала Р (Х) как функцию той же координаты, и спектральную чувствительность 1 вычисляют по ско, рости изменения этих свойств Я (Х) из уравнения" Изобретение относится к исследо ванию химических и физических свойств, например таких, как фотовыцнетание полимеров, стекол, текстильных иэделий и т,п., фоторазрушение раз личных материалов, изменение свойств покрытий и тп., те. 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 чунствипельность материалов характеризуется функцией 15 распределения квантового выхода соответствующего фотопроцесса по длинам волн действующего света, Зцание подобной характеристики необходимо при прогнозировании срока службы 20 материалов н условиях светового облучения, научных исследований,для экспресс-испытаний вновь созданаемьгх материалов и т.п.Известен способ измерения спект ральной чувствительности твердых материалов, который заключается н следующем, Из излучения от источника с непрерывньм спектром испускания выделяют каким-либо образом 30 (с помощью интерференционных светофильтров, монохроматоров и т.п,) свет с достаточной узким распределением по длинам волн в определенной области спектра, этим светом облучают образец, регистрируя но времени параметры образца например, 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 волнНедостатками этого способа являются большое время и количество используемых образцов для определения спектральной чувствительности твердых материалов н требуемом,циапаэоне спектра, а также малое спектральное разрешение способа, Действительно, спектральное разрешение в этом случае определяется тем интервалом длин волн Ь г , который содержит действующее ця образец иэ" 55 лучение, Чем ближе евет к монохроматическому (т,е, чем меньше ЬЪ), тем выше спектральное разрешение 47 1при измерении спектральной чувствительности, С уменьшением Ь, уменьшается интенсивность дейстнуюпего ня образец светагде 1 о Э) - исходная спектральная плотность излучения, соответственно умсцыпается скорость фотохимического процесса и увеличивается время, необходимое для проведения измерений, Например, для получения спектральной чувствительности ныцнетания красителя родамица 6 Ж при облучении светом с длиной волны 313 мм + + Ь, где Ь 7, = 10 нм, требуется время ь = 50 ч а при Ь = 5 нм 1 = 100 ч, Наряду с уменьпением для увеличения спектральцого разрешения при определении спектральной чувствительности в исследуемом диапазоне света необходимо увеличивать в пределе до бесконечности) количество образцов, так как измерения, проведенные ца одном образце, даже при облучении сватом с близкой к нули, дают лишь сгектральцую чувствительность материала к интервалу Ь ), 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 1 О нм. Дя точного расчета снетостойкосги изделий и различных климатических зонах необходимо иметь данные о форме спектральной чунстнцте:ьцости н диапазоне 200-700 нм со спектральным разрешением н 1-2 цм.Наиболее близким к гредгагяемому является способ определения спектральной чувствительности твердых материалов согласно которому образец облучают излучением с непрерывным спектром и регистрируют скорость изменения оптических свойств матернаОднако и и этом случае также требуются значительное время ц боьшое количество образцов.Цель изобретения - увеличение экспрессности ц информативности в исследуемом диапазоне егектра, т,е.3126847 4 количества информации о спектральнойчувствительности, получаемой иэ одного определения,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу определения спектральной чувствительноститвердых материалов, включающему облучение образца излучением с непрерывным спектром и регистрацию скорости изменения оптических свойствматериала осуществляют непрерывное изменение спектрального состава света 1(Ъ,) вдоль пространственнойкоординаты образца Х, регистрируютво временисвойства материалаР(Х) как функцию той же координатыи спектральную чувствительность ф 1вычисляют по скорости изменения этихсвойств 11( х) из уравнения 5 где Ч(11) - спектральная чувстнительнос" ь твердого материала к световому воздействию в требуемом диапазоне 25 спектра облучения, нормированная на единицу интенсивности излучения,Спектральная чувствительность 30 50 55 материала получается при решении выражения (1) непрерывной на всем диапазоне спектра функциейТаким образом, функция 14 (х) содержит н неявном виде всю информацию о Ц)(Ф) во всем интервале используемого спектра облученияРеализация способа связана с созданием на поверхности образца распределения неоднородного по спектральному составу излучения 1( Х) вдоль координаты Х и может . быть решена различными конструктивными методами.Выражение (1) представляет собой интегральное уравнение, причем ядрэтого уравнения 1(Ъ,) 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 законом 1(Ъ,х) . Способ позволяет изме-. рить спектральную чувствительноать 20 35 40 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 фотохромцые материалы и т,д,Соответственно могут быть самымиразличными и регистрируемые свойства Р этих материалов, например пропускание и отражение света, блеск,цвет, белизна и т,и., т,еесли свой"стна материала Р изменяются в процессе облучения, то их можно выбирать в качестве параметров слежения для данного способа, Методырегистрации и размеры образцов зависят от возможностей измерительнойтехники, с помощью которой проводятрегистрацию параметров Р, д размерыи изменяющиеся свойства образцовопределяются возможностями измерительных приборов, где произнодятрегистрацию свойств исследуемы.:материалов, Направление координаты Хтакже определяется воэможностямии.мерительной техники и источниковсвета с неоднородным распределениемспектрального состава нлоль координаты ХВремя облучения образцов дляполучения функции А 1 Х) зависит только от природы (свет стойкости) материала,П р и м е р, Определяют спектральную чувствительность фотообесцнечиндния красителя родамина 6 Ж(концентрация 5 10 моль кг поли мерд ) н пленке полиметилметакри-.лата .размером 80 х 10 х 0,02 мм. Пространственной координатой служит ось Х,направленная ндол длинной стороныобразца и нормально падающему светуОблучение произнодят снетом с непрерывным распределением спектрального состава 1(вдоль координаы Х, обр эпа, которое проиллюстрировано в табл.1,Измеряют оптическую плотность по координате Х н мдксимуме поглощения роддмина 6 Ж(3, = 526 нм) эд время облучения= 125,185,355, 490,1180 мцц. По закону Бугерд-Ламберта-Берд вычисляют эцдчецця концентрации С (Х) для каждого из эцдчецийПолученные значения С (Х) при т - сопэС ицтерполцруют степенным рядом со эндкоположительцыми 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 рункции Ч Х) позволяют получать непрерывную же зависимость Ц%) . Если необходимо применять значения Ч) для одной длины волны, то эти значения легко получают либо увеличением вводимых точек функции Ф К)", либо стандартными где 11 - коэффициент, равный в данном случае 2,5; С - начальная концентрация красителя в образце.Для примера в табл.2 приведены значения Ж Х) для некоторых значений Х.Далее по стандартной программе на БЭСИ б вычисляют численно функцию спектральной чувствительности Э) из выражения (1). В качестве иллюстрации в табл.3 представлены значения относительной спектральной чувствительности фотообесцвечивания родамина б)К для участка спектра 290-410 нм через каждые 20 мин,Известны зависимости Я, полученные на спиртовых растворах рода- мина 6 Ж. В табл,4 приведены.известные данные по ( и данные, полученные предлагаемым способом для родамина 6)К в полиметилметакрилате 1 относительные единицы), откуда видна хорошая корреляция спектральной чувствительности, полученной двумя различными способами,Таблица 1 вф Значения 1( , Х), относительные единицы, координаты образца Х, мм при значении 0 16 32 1,25 10 00,0733 0,0207 310 0,26 5Непрерывную зависимость Щполучают второй интерполяцией С 1 Ц при Х сопвй стандартной зависимостью ви,ца. 1 О 15 20 25 30 35 40 45 и%методами интерполяции функции спектральной чувствительности. В данномпримере спектральная чувствительность вычислена со спектральнымразрешением 0,1 нм, По способупрототипу такое разрешение в исследованном диапазоне спектра (120 нм 1возможно получить при использовании1200 образцов. И время полученияфЭ при этом обратно пропорционально спектральному разрешению.Таким образом, предлагаемый способпо сравнению с прототипом обладаетповьппенной экспрессностью. Облучениеобразца полным светом полихроматического источника снимает вопрос о большом времени облучения достаточносветостойких материалов, связаннымс малой интенсивностью монохроматйческого света, так как облучение образцов осуществляется полихроматическим светом без потерь интенсивности. По данному способу спектральная чувствительность фотообесцвечивания родамина 6 Ж получена в течение7 дней, в .то время как по способупрототипу при облучении светом сЬ) = 5 мм для семи значений ( потребуется примерно 8 мес. при условии одновременного облучения всехобразцов. Предлагаемому способу присуща также большая информативностьодного определенияОпределение,проведенное с помощью одного образца,позволяет получить форму спектральной чувствительности материала вшироком 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 испытанияматериалов в условиях, моделирующихразные условия их эксплуатации, апо данным о спектральном составе излучения при эксплуатации,г 48 6480 О 0 О5,82 10 1,640 4,621 О1126847 Продолжение табл. 1 Значения 1( , Х), относительные единицы, при значении коордииатм образца Х, мм 0 16 32 48 6480 О, 157 0,19 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 40 Таблица 2 32 48 64 80 16 0 Х, мм Д,О-Эмоль/кг с 0,37 0,22 0,17 0,15 1,30 0,72 Таблица 3 91,нм 290 310 330 350 370 390 4 О 12,3 9,45 10 2,361 О 1,5110 1,5110 2,36.10 4,7210 Вычисленное с относительной ошибкой ЗХ. Т а б л и ц а 4 Длина волны, нм 313 365 0,75 10 2 2,Ь 1 О. Редактор Л,Алексеенко Заказ 8683/32 Тираж 822 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5