Ю.А. Золотов - Методы химического анализа (Основы аналитической химии, том 2) (1110130), страница 41
Текст из файла (страница 41)
В спектроскопии используют, главным образом, источники лииейчатого илн непрерывного спектра. Примерами первых могут служить лампы с полым катодом, применяемые в атомно-абсорбционной спектроскопии, или лазеры, примером вторых — лампы накаливания, пр нменяемые в молекуларной абсорбционной спектроскопии в видимой области. Поток излучения требуемой степени монохроматичности выделяют при помощи щщлизатора частоты, например, светофильтра, дифракциоиной решетки "лн призмы. Преимуществом источников непрерывного спектра является возможносзь непрерывного варьирования частоты выделяемого спек- Ч'ального диапазона.
Таким образом, источники непрерывного спектра являются весьма гибкими и универсальными. В то же время выделить из непрерывного спектра поток излучения, который одновременно был бы н высокомоиохроматичным, и достаточно интенсивным, часто оказывается неюзмо м. По Ому в х ме Одах ан за, где ребоваш к монохроматичности источника особенно высоки (например, в атомно-абсорб- 213 ционнои спектроскопии или спектроскопии КР), используют, как пра „ ло, источники линейчатого спектра.
Анализаторы частоты Анализатор частоты — важнейший узел любого спектрального прибора. Его назначение — разложение потока электромагнитного излу чения по частотам (длинам волн) или выделение из него узкого участка с определенной частотой. С точки зрения принципа действия анализаторы частоты подразделяют на оптические фильтры, анализаторы дисперсион ного типа и анализаторы модуляционного типа. Оптические фильтры (светофильтры) на = тХ/2, (11,!5) где в( — толщина диэлектрического слоя светофильтра; и — его показатель преломления; т — целое число, называемое порядком интерференции. Ввиду того, что т может принимать различные значения, интерференционный фильтр пропускает лучи нескольких длин волн.
Для вы- 2!4 Рис. 11,11. Схема устройства простейшего ллтерфереициоляого фильтра 1 — лолупрозрачиые зеркала; 2 — слой диэлектрика; 3 стеклянные защитные пластинки Простейшим типом анализаторов частоты являются аитическив фильтры (светофильтры). Это устройства, которые пропускают излучение только в определенном диапазоне длин волн. Оптические фильтры подразделяются на абсорбционные и интерференционные. Абсорбционный светофильтр представляет собой слой материала, поглощающего излучение во всем диапазоне, кроме некотором достаточно узкой области. Например, в видимой области в качестве абсорбционных светофильтров можно использовать цветные стекла. Схема интерференционного фильтра изображена на рис.
11.11. Падающий на такой фильтр поток излучения испытывает многократные отражения между полупрозрачными зеркалами, при каждом отражении частично выходя наружу. В проходящем потоке лучи, отраженные четное число раз, иитерферируют. Ввиду этого фильтр прозрачен лишь для лучей тех длин волн Х, для которых выполняется условие и1перференционного максимума.
При падении лучей перпендикулярно поверхности фильтра это условие выгладит как ия пото потока одной определенной длины волны интерференционные часто используют совместно с абсорбционными, поглощающиж ьтры ча лучение всех порядков, кроме требуемого. ми офильтры используют в оптическом диапазоне спектра. В рент- вето невском ди м диапазоне иногда используют аналоги светофильтров — так н~ываемы мые поглотители (абсорберы), изготовленные из материала, поглтцающ его рентгеновское излучение в широком диапазоне. ()сновными характеристиками светофильтров являются длина волны мвксимапь ального пропускания Л, ширина спектральной полосы пропусявиня лЛ и максимальная величина пропускания (при Л = Л )Т . Длина ВОЛНЫ М аксимального пропускания абсорбционного фильтра определяется его ма териалом, а интерференционного — главным образом толщиной оптического слоя.
Спектральная полоса пропускания для абсорбционных светофильтров составляет несколько десятков нанометров, а для интерфереиционных — 1 — 5 нм. Таким образом, интерфереиционные светофильтры выполняют главную задачу анализатора частоты — выделение потока излучения узкого диапазона длин волн — намного эффективнее, чем абсорбционные. В настоящее время их используют чаще. В то же Время максимальная величина пропускаиия у абсорбционных светофильтров может достигать почти 10(УЬ, а у лучших интерференционных— лшпь 40 — 60%. Очевидный недостаток любого светофильтра состоит в том, что его длина волны максимального пропускания Х фиксирована.
Таким образом, каждый светофильтр пригоден для работы лишь при определенной длине волны. Этого недостатка лишены анализаторы частоты диспергиРуюшего типа, позволяющие плавно перестраивать рабочую длину волны. Анализаторы частоты диспергирующего типа Действие анализаторов частоты дислергируюи1его тина состоит в пространственном разделении потоков излучения с различными частотами. Первоначально для этой цели использовали оптические призмы„ принцип действия которых основан на явлении оптической дисперсии (отсюда и название этого типа анализаторов). Сейчас дпя пространственного разделения потоков излучения чаще используют устр ойств основанные на явлении оптической интерференции, — ди Ршпш Р- акционные ещетки и их аналоги.
Принципиальная оптическая схема анализатор а частоты диене гиРуюшего типа изображена на рис. 11.12. Поток излучения, проходя сквозь входную щель и коллиматорный объектив Оп превращается в паРаллельны" пучок лучей и падает на диспергируюшн" ю й элемент 2. Из дисй е ента лучи разных длин волн выходят под разны и ми пергирующего элемента лучи р углам . П злучение каждой определенной длины волны полами. Ри этом излучение к 215 Рис.
11.12. Привплплальлая оптическая схема спектральлого прибора с прв. сграпетвелиым разделеллем длин волн с помощью угловой дисперсии: 7 — коллиматор с входной щелью Щ и объекглвом О, с фокуспым расстоянием х. 2 — дпспергирующпй элемелт, обладающий угловой дисперсией ~ЩЛИ; 3 фокуспрующая система (камера) с объективом Оь создающим в фокальпой плос. кости Ф изображения входпой щели в излучелли резвых длил волн с линейной дисперслей е(тЯЛ прежнему выходит в виде параллельного пучка. Камерный объектив О, фокусирует каждый такой монохроматический пучок в некоторой точке фокальной плоскости.
Для выделения светового потока определенпой длины волны в фокальной плоскости помещают шторку с узкой щелью. Перемещая щель или вращая диспергирующий элемент, можно последовательно выделять излучение разных длин волн (сканировать спектр). Анализаторы, позволяющие в каждый момент времени регистрировать поток излучения только одной длины волны, называются монохроматорами.
Возможно и размещение в фокальной плоскости нескольких щелей с целью одновременной регистрации излучения нескольких длин волн. Такие анализаторы частоты называются полихроматорами. Как уже было сказано, диспергирующими элементами анализаторов частоты могут служить призмы или дифракционные решетки. Призменные анализаторы применяют в оптическом (УФ, видимом, ИК) диапазоне спектра. Призмы изготовляют из материалов, прозрачных в соответствующей области излучения и обладающих большой оптической дисперсией — величиной Ил/еИ, характеризующей зависимость показателя преломления от длины волны. Некоторые наиболее употребительные конструкции оптических призм изображены на рис.
11.13. Сложные призмы изготовляют кз нескольких материалов с различными показателами преломления. Принцип действия призменных анализаторов понятен из рис. 11,13, а. Два луча с разными длинами волн, падающие на боковую поверхность призмы под одним и тем же углом б ввиду зависимости показателя преломления от длины волны преломляются под различными углами 1. Так ким образом, лучи с разными длинами волн разделяются в пространстве. На выходе из призмы этот эффект усиливается. 21б Рвг„ППЗ.
Призмы: и простая трехграплая призма с преломляющпм утлом (а = бО') б — призма йвпрова(а, = 30'); в — призма Корпю (а, = ат = ЗО'); е — призма Резерфорда— броунинга (пт =! 00') д ф акционная решена представляет собой пластину (плоскую вогнутую) с нанесенными на нее параллельными штрихами-канавками с Йостоянным шагом Н(от 50 до Зб00 штрихов на миллиметр). Каждый штрих представляет собой миниатюрный отражающий элемент.
Лучи, отраженные от различных штрихов решетки, интерферируют. Пусть угол падения луча иа решетку равен у, а угол наблюдения отраженного луча — ~р а — ис. 11.14,. Лепя показать, что два луча, отраженные от соседних штрихов, имеют разность хода, равную Ы(яп вг+ яп р). В соответствии с законами интерференции света, при наблюдении отраженных лучей под такими углами вг, для которых выполняется равенство Ы(яп у + яп <р) = тХ (11.14) (где т — целое число, называемое порядком отражения), имеет место максимум ш~- твисивности. Таким образом, У световые потоки с разными длинами волн будут наб1по- Р„11.14. Направления па спектры Разлвчлых даться под разными углами. порядков 217 Дифракционные решетки, как и призмы, используют в оптическо диапазоне спектра.
В более коротковолновом, рентгеновском диапазон применение обычных дифракционных решеток невозможно, так как этом случае шаг решетки с/должен был бы быль слишком мая (как следуя из формулы (11.14), для эффективного разделения лучей величины с( н Л должны быть соизмеримы]. Поэтому в рентгеновской области спектр используют аналоги дифракционных решеток — кристаллы-анализаторы Это специальным образом ориентированные монокристаллы, роль «штрнхов» в которых играют параллельные кристаллографические плос. кости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
