SU1126847A1

SU1126847A1 - Method of determination of hard material spectral sensitivity

Info

Publication number: SU1126847A1
Application number: SU833581467A
Authority: SU
Inventors: Василий Михайлович Анисимов; Олег Никифорович Карпухин; Герман Евсеевич Кричевский; Андрей Григорьевич Новорадовский; Геннадий Романович Трубников
Original assignee: Ордена Ленина Институт Химической Физики Ан Ссср; Московский Ордена Трудового Красного Знамени Текстильный Институт Им.А.Н.Косыгина; Центральный Научно-Исследовательский Институт Шерстяной Промышленности Млп Ссср
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1983-04-13
Publication date: 1984-11-30

Abstract

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ Ч5 ВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий облучение образца излучением с непрерывным спектром и регистрацию скорости изменени оптических свойств материала , отличающийс тем, что, с целью увеличени зкспрессности и информативности в исследуемом диапазоне спектра, осуществл ют непрерывное изменение спектрального состава света I A METHOD FOR DETERMINING SPECTRAL CHARACTERISTIC SOLID MATERIALS, including irradiating a sample with a continuous spectrum and detecting the rate of change in the optical properties of a material, characterized in that, in order to increase the expressiveness and informativity in the spectral range under study,

Description

.- Изобретение относитс 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 дл определени устойчивости материалов к световому, воздействию. Спектральна чувствительность материалов характеризуетс функцией распределени квантового выхода соответствующего фотопроцесса по длинам волн действующего света. Знание подобной характеристики необходимо при прогнозировании срока службы материалов в услови х светового облучени ,научных исследований,дл экспресс-испытаний вновь создаваемы материалов и т.п. Известен способ измерени спектральной чувствительности твердых материалов, который заключаетс в следующем, Из излучени от источ ника с непрерывныдм спектром испуска ни выдел ют 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, регистриру во времени пар метры образца (например, цвет, пропускание света, блеск и т.д.) и, относ скорость происход щих в образце изменени параметров к интенсивности действующего света, вычисл ют спектральную чувствительность к вьщеленному интервалу длин волн LU Недостатками этого способа вл ю с большое врем и количество используемых образцов дл определени спектральной чувствительности твер дых материалов в требуемом диапазоне спектра, а также малое спектральное разрешение способа. Действительно , спектральное разрешение в этом случае определ етс 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, уменьшаетс интенсивность действующеГо на образец света ) где IQ ( - исходна спектральна плотность излучени , соответственно уменьшаетс скорость фотохимического процесса и увеличиваетс врем , необходимое дл проведени измерений . Например, дл получени спектральной чувствительности выцветани красител родамина 6Ж при облучении светом с длиной волны 313 мм + + UX , где (д 10 нм, требуетс врем ч, а при й; 5 нм 1 cs 100 ч. Нар ду с уменьшением А дл увеличени спектрального разрешени при определении спектральной чувствительности в исследуемом диапазоне света необходимо увеличивать (в пределе до бесконечности количество образцов, так как измерени , 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 разрешени недостаточно дл практических расчетов. Например, известно, что светостойкость окрашенных текстильных изделий в различных климатических зонах существенно различна, что св зываетс со смещением коротковолновой границы солнечного спектра. Это смещение составл ет всего 1020 нм. Да 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 вл етс способ определени спектральной чувствительности твердых материалов, согласно которому образец облучают, излучением с непрерывным спектром и регистрируют CKOPOC:T J изменени оптических свойств ма1ч:риала 2. Однако и в этом случае также требуютс значительное и большое количество образцов. Цель изобретени - упеличе}1ие экспрессности и информативности в исследуемом диапазоне спектра, т.е..- The invention relates to the study of chemical and physical properties, such as photo-bleaching of polymers, glass, textiles1, etc., the destruction of various materials, changes in the properties of coatings, etc., i.e. to the measurement of the spectral sensitivity of solid materials, and can be used, for example, in textual and chemical thicknesses to determine the resistance of materials to light exposure. The spectral sensitivity of the materials is characterized by the distribution function of the quantum yield of the corresponding photoprocess by the wavelengths of the active light. Knowledge of this characteristic is necessary when predicting the service life of materials under light irradiation, scientific research, for rapid tests of newly created materials, etc. The known method for measuring the spectral sensitivity of solid materials is as follows. From radiation from a source with a continuous emission spectrum, no one is separated (using interference light filters, monochromators, etc.) with sufficiently narrow wavelength distribution In a certain region of the spectrum, with this light, the sample irradiates, registering in time pairs of the sample meters (for example, color, transmission of light, brilliance, etc.) and the rate of changes in the parameters occurring in the sample to sivnosti active light calculated spectral sensitivity wavelength range vschelennomu LU disadvantages of this method is high with th time and the number of samples used to determine the spectral sensitivity of the solid materials, in a desired spectral range, as well as a small spectral resolution method. Indeed, the spectral resolution in this case is determined by the wavelength interval dA, which contains the radiation acting on the sample. The closer it is to monochromatic (i.e., the smaller the b), the higher the spectral resolution when measuring spectral sensitivity. With decreasing b, the intensity of the current on the sample of light decreases, where IQ (is the initial spectral density of the radiation, respectively, the speed of the photochemical process decreases and the time required for measurements increases. 313 mm + + UX, where (d 10 nm, time is required h, and at x; 5 nm 1 cs 100 h. Along with a decrease in A to increase the spectral resolution when determining the spectral sensitivity In the light range under study, it is necessary to increase the number of samples (up to infinity), since measurements made on one sample, even when irradiated with light close to zero, give only the spectral sensitivity of the material to the interval U A, i.e. wavelength. Such a spectral resolution is not sufficient for practical calculations. For example, it is known that the light resistance of colored textiles in different climatic zones is significantly different, which is associated with the shift of the short wavelength the boundaries of the solar spectrum. This offset is just 1020 nm. In order to accurately calculate the light resistance of products in different climatic zones, it is necessary to have data on the shape of the spectral sensitivity in the range of 200–700 nm with a sin- gral resolution of 1–2 nm. The closest to the proposed method is the determination of the spectral sensitivity of solid materials, according to which a sample is irradiated, radiation with a continuous spectrum and CKOPOC: T J recorded changes in the optical properties of Ma: hr 2. However, in this case also a significant and large number of samples are required. The purpose of the invention is to increase the speed and information content in the studied spectral range, i.e.

количества информации о спектрально чувствительности, получаемой из одного определени .the amount of spectral sensitivity information derived from one definition.

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу оцределени спектральной чувствительности твердых материалов, включающему облучение образца излучением с непрерывным спектром и регистрацию скорости изменени оптических свойств материала осуществл ют 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 вычисл ют по скорости изменени эти свойств W( х) из уравнени I(.l,x) This goal is achieved by the fact that according to the method of measuring the spectral sensitivity of solid materials, including irradiating a sample with a continuous spectrum radiation and recording the rate of change in the optical properties of a material, the spectral composition of light 1 (A |) is continuously changed (along the spatial coordinate of the sample X), recorded in time t material properties P (X) as a function of the same coordinate and spectral sensitivity q) (1 calculate these properties W (x) from equation I (.l , x)

гg

гдеСр(Д)- спектральна чувствительНОС1ь твердого материала к световому воздействию в требуемом диапазон спектра облучени , нормированна на единицу интенсивности излучени .where Cp (D) is the spectral sensitivity of a solid material to the light effect in the required range of the irradiation spectrum, normalized to a unit of radiation intensity.

Спектральна чувствительность материала получаетс при решении выражени (1) непрерывной на всем диапазоне спектра функцией. Таким образом, функци W (х) содержит в не вном виде всю информацию о СрСИ) во всем интервале используемого спектра облучени .The spectral sensitivity of the material is obtained by solving the expression (1) by a function continuous over the entire spectrum range. Thus, the function W (x) contains, in an implicit way, all information on CPSI) over the entire range of the irradiation spectrum used.

Реализаци способа св зана с созданием на поверхности образца распределени неоднородного по спектральному составу излучени 1(Л,Х вдоль координаты X и может быть решена различными конст гуктивными методами.The implementation of the method is associated with the creation of a distribution of radiation 1 inhomogeneous in spectral composition on the sample surface (L, X along the X coordinate and can be solved by various constructive methods.

Выражение (1 представл ет собой интегральное уравнение, причем др ) этого уравнени Цл,у) задаетс .услови ми облучени , т.е. распределением спектрального состава света по поверхности образца вдоль его пространственной координаты X.The expression (1 is an integral equation, and others) of this equation Ts, y) is given by the irradiation conditions, i.e. the distribution of the spectral composition of light over the surface of the sample along its spatial coordinate X.

По предлагаемому способу возможно определить спектральную чувствительность твердого материала в требуемом и практически не ограниченном диапазоне света. Этот диапазон определ етс только выбрайным источником света с известным законом Д Л, х) . Способ позвол ет измерить спектральную чувствительностьAccording to the proposed method, it is possible to determine the spectral sensitivity of a solid material in the required and practically unlimited range of light. This range is determined only by a selective light source with a known law DL, x). The method allows to measure the spectral sensitivity

любых твердых материалов, где диффузи молекул в точке пространственной координаты X затруднена. К таким материалам относ тс полименые материалы различного назначени лако-красочные покрыти , 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 измен ютс в процессе облучени , то их можно выбирать в качестве параметров слежени дл данного способа. Методы регистрации и размеры образцов завис т от возможностей измерительной техники, с помощью которой провод т регистрацию параметров Р, а размеры и измен ющиес свойства образцов определ ютс возможност ми измерительных приборов, где производ т регистрацию свойств исследуемых материалов. Направление координаты X также определ етс возможност ми измерительной техники и источников света с неоднородным распределением спектрального (остава вдоль координаты X, Врем облучени образцов дл получени функции ) зависит только от природы свет(стойкости) материала ,any solid materials, where diffusion of molecules at the point of the spatial coordinate X is difficult. Such materials include polymeric materials for various purposes, lacquer coatings, photographic and photochromic materials, and so on. Accordingly, the properties of these materials, such as transmittance and reflection of light, brilliance, color, whiteness, etc., can be very different. i.e. If the material bore P varies during irradiation, they can be chosen as the tracking parameters for this method. The registration methods and sample sizes depend on the capabilities of the measuring equipment, with which the parameters P are recorded, and the sizes and changing properties of the samples are determined by the capabilities of the measuring devices where the properties of the materials studied are recorded. The direction of the X coordinate is also determined by the capabilities of the measuring equipment and light sources with non-uniform spectral distribution (remaining along the X coordinate, the irradiation time of the samples to obtain the function) depends only on the nature of the light (durability) of the material,

Пример, Определ ют спектральную чувствительность фотообесцвечивани красител родамина 6Ж (концентраци 5-10 моль-кг полимера ) в пленке полимстилметакрилата .размером 80x10x0,02 мм. Пространственной координатой служит ось X направленна вдо-П Г1;линной стороны образца и нормально падающему свету . Облучение производ т сретом с непрерывным распределением спектрального состава 1(7 х вдоль координа ы X, оброзпа, которое проиллюстриропано в табл.КExample, The spectral sensitivity of the photobleaching of the dye Rhodamine 6G (concentration 5-10 mol-kg of polymer) in a polymethyl methacrylate film with a size of 80x10x0.02 mm is determined. The spatial coordinate is the X axis directed along the line-side of the sample and the normally incident light. The irradiation is done with a continuous distribution of the spectral composition 1 (7 x along the X coordinate, obrozpa, which is illustrated in Table

Измер ют оптическую плотность по координате X в максиьтуме поглощени родлмина бЖ(, 326 нм) за врем облучени t 123,185,355, 490,1180 мин. По закону Бугера-Ламбета-Бера нычисл ют значени концентрации С (Х Д.11Я каждого из значений t . Получентк.ц; значени С (Х) при (: const интерполируют степенным р дом со знакоположительными коэффициентами по стандартной методике.. Непрерывную зависимость NiV1 получают второй интерпол цией С U) пр X const стандартной зависимостью вида. Co/c(x)(i+v;nt) где Т коэффициент, равный в данн случае 2,5; С - начальна концент ци красител в образце. Дл примера в табл.2 приведены значени V/(X) дл некоторых значений X. Далее по стандартной программе на БЭСМ-6 вычисл ют численно функ цию спектральной чувствительности С|) 1.7 из выражени (О. В качестве иллюстрации в табл.3 представлены значени относительной спектральной чувствительности фотообесцвечивани родамина 6Ж дл 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 дл родамина бЖ в полиметилметакрилат относительные единицы), откуда видна хороша коррел ци спектрал ной чувствительности, полученной двум различными способами. Предлагаемым способом можно получать спектральную чувствитель ность твердых материалов с достат но большим разрешением по длинам волн, так как вводимые значени непрерывной функции NN(X) позвол ю получать непрерывную же зависимос Др(|Д) . Если необходимо примен ть значени (о дл одной длины волны, то эти значени легко получают либо увеличением вводимых точек функции WU)) либо стандартными 47 методами интерпол ции функции спектральной чувствительности. В данном примере спектральна 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 врем получени ( {(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 облучени достаточно , св.етостойких материалов, св занным с малой интенсивностью монохромаЙ ческого света, так как облучение образцов осуществл етс полихроматическим светом без потерь интенсивности . По данному способу спектральна чувствительность фотообесцвечивани родамина 6Ж получена в течение 7 дней, в -то врем как по способупрототипу при облучении светом с Д 5 мм дл семи значений Cf потребуетс примерно 8 мес.при услоВИИ одновременного облучени всех образцов, Предпагаемому способу присуща также больша информативность .одного определени . Определение, проведенное с помощью одного образца, позвол ет получить форму спектральной чувствительности материала в широком интервале длины волн,который зависит только от выбранного источника света. Способ позволит, например , определить срок службы материалов , подвергающихс действию света разного спектрального состава, не путем последовательного испытани материалов в услови х, моделирующих разные услови их эксплуатации, а по данным о спектральном составе излучени при эксплуатации. Т а б л и ц а 1The optical density is measured at the X coordinate in maximum of absorption of rhodlmin bJ (, 326 nm) during the irradiation time t 123,185,355, 490,1180 min. According to the Bouguer-Lambet-Bera law, the values of concentration С are calculated (Х Д.11Я each of the values of t. Receiver.c; the values of С (Х) at (: const are interpolated by a power series with sign-positive coefficients by the standard method .. get the second interpolation C U) pr X const by the standard dependence of the form. Co / c (x) (i + v; nt) where T is a coefficient equal in this case to 2.5, C is the initial dye concentration in the sample. Table 2 shows the values of V / (X) for some values of X. Further, according to the standard program for BESM-6, the t numerically the spectral sensitivity function C |) 1.7 from the expression (O. As an illustration, Table 3 presents the relative spectral sensitivity of photobleaching of rhodamine 6G for the spectral range 290-410 nm every 20 minutes. The dependences Cf (A) obtained on alcoholic solutions of rominin 6G, Table 4 shows. the known data of noCfC i) and the data obtained by the proposed method for rhodamine bJ in polymethyl methacrylate relative units), from which one can see a good correlation of the spectral sensitivity obtained two different ways. The proposed method can be used to obtain the spectral sensitivity of solid materials with a sufficiently high resolution in wavelengths, since the input values of the continuous function NN (X) make it possible to obtain a continuous dependence of Df (| D). If values need to be applied (o for one wavelength, then these values are easily obtained either by increasing the input points of the function WU)) or by standard 47 methods of interpolation of the spectral sensitivity function. In this example, the spectral sensitivity is calculated with a spectral resolution of 0.1 nm. According to the prototype method, such a resolution in the studied spectral range (I20 nm) can be obtained using 1200 samples, and the acquisition time ({(and) is inversely proportional to the spectral resolution. Thus, the proposed method has a higher express rate compared to the prototype. Radiation of the sample is complete light of a polychromatic source removes the question of the long irradiation time of sufficiently resistant materials associated with a low intensity of monochromatic light, since the irradiation of a sample In this method, the spectral sensitivity of the photobleaching of rhodamine 6G is obtained within 7 days, while, according to the method of prototype, when irradiated with light with D 5 mm, for seven values of Cf it will take approximately 8 months under the condition of simultaneous irradiation of all the samples, the informative method is also inherent in the large information content of a single determination. The determination carried out with the help of a single sample makes it possible to obtain the form of the spectral sensitivity of the material and in a wide wavelength range, which depends only on the chosen light source. The method will allow, for example, to determine the service life of materials exposed to light of different spectral composition, not by sequential testing of materials under conditions that simulate different conditions of their operation, but according to the data on the spectral composition of the radiation during operation. Table 1

Claims

METHOD FOR DETERMINING THE SPECTRAL SENSITIVITY OF SOLID MATERIALS, which includes irradiating a sample with continuous spectrum radiation and recording the rate of change of the optical properties of the material, characterized in that, in order to increase expressivity and information content in the studied spectrum range, a continuous change in the spectral composition of light I (Ά, χ) along the spatial coordinate of sample X, the properties of the material P (X) are recorded in time 1 as a function of the same coordinate, and the spectral sensitivity is calculated according to the rate of change of these properties W (X) from the equation

3 (b, x) (Ή <3Λ. Λ

, .SU „„ 1126847