Ю.А. Золотов - Методы химического анализа (Основы аналитической химии, том 2) (1110130), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Более подробно принцип действия кристаллов-анализаторов опн сан в соответствующем разделе. Дифракционные решетки в настоящее время используют чаще, чем призмы. Они значительно дешевле и компактнее призм и, в отличие от призм, не поглощают излучения. Кроме того, они обладают лучшими оптическими характеристиками. Основными оптическими характеристиками анализаторов частоты диспергирующего типа являются спектральный диапазон работы, дисперсия (угловая и линейная), спектральная полоса пропускання, разрешающая способность и светосила.
Спектральный диапазон работы определяется областью прозрачности материалов призм (для призменных анализаторов) и других оптических деталей. Так, стекло позволяет работать в области 350 — 2500 нм, кристаллический кварц — в области 175 — 3500 нм, а бромид калия — в области 200 — 30000 нм. Для дифракционных решеток рабочий диапазон зависит от ее шага И, т. е, частоты нанесения штрихов (числа штрихов на 1 мм): в более коротковолновой области частота штрихов должна быль больше (см уравнение (11.14)].
Так, в средней зоне ИК области используют решетки с 300 — 50 штрих/мм, в видимой — 1200 — 600 штрих/мм, а в УФ вЂ” 3600 — 1200 штрих/мм. Современные технологии позволяют изготовлять дифракционные решетки для работы в областях от мягкого рентгеновского излучения (- 1 нм) до далекой ИК области (- 1 мм). Угловая дисперсия Р«определяется величиной угла Ар, на который расходятся монохроматические пучки с длинами волн Л и Х + ~/Л (см. рис. 11.12). Р,= /4/,/Л, (11.15) Для призменных анализаторов зта величина зависит от оптической дисперсии материала призмы е!пЛ/Л, а также геометрии призмы. У материалов, используемых для изготовления призм, оптическая дисперсия зависит от длины волны. Так, для кварца в УФ области она на порядок больше, чем в ближней ИК области. Поэтому и угловая дисперсия у призменных анализаторов в рабочем спектральном диапазоне непостоянна. Для дифракционных решеток величина Р„равна 218 (11.16) Р =т/с/совах ,ьо (11.14)] и мало зависит от длины волны.
Постоянство угло(ем рмулу . и акционных решеток является одним из важны х их й дисперсии ди ракцио дилейлоя дисперсия Р~ характеризует расстояние с// в спектре (т. е. в листа. факвяь кальной плоскости анализато дь " затора) между монохроматическими линиями яння!яи волн Л и Л + с/Л: сдшпшми (11.17) Р, = с///с/Л Дннеин ая и угловая дисперсии тесно связаны жду ме собой. Если оптическая ось прибора перпендикулярна фокальной плоскости, то (11.18) Р -./Р, Г е/ — фокусное расстояние камерного о кт ива О см.
ис. 11.12). По традиции чаще используют вели ин еличину обратной линейной дисперсии 1/Р, = ~/Л/~//. Она выражается в нм/мм и показывает, п казывает, какой спектральный диапазон разм ещается на 1 мм фокальной плоскости камерного блат п Р' обьектнва. Для анализаторов в УФ и видимой областях спектра Р, обычно составляет от нескольких десятых до 1О нм/мм.
Спектральная полоса пропускания ЬЛ, характер у из ет интервал длин волн, выделяемых выходной щелью анализатора при падении на его шодную щель немонохроматического из уч уже сталкивались при рассмотрении светофильтров). Спектральная полоса пропускания зависит от обратной линейной дисперсии Р, ' и ширины входной и выходной щелей анализатора ох 6Л =Р' (11.19) ши ину, то в качестве ю Если входная и выходная щели имеют разную р ну, ЬХ измен- а большей из них. Типичные величины я ширина ль е" в мой областях спектра со3щх и реш '" ан аторов в УФ и вид"мои о л Т в — до 0,01 нм. аким ешвляют 0,1 — 5 им, у прецизионных анализаторов — д изл ения у анализаторов образом, эффективность монохроматизации излуч диспергирующего типа выше, чем у светофильтров. из ет наименьшую разность Разрешающая слособность характеризу эких спе альных линий равной интенсивности, рая позволяет наблюдать раздельно т относительную р разрешшощей способности используют о (11.20) 219 где 2 — средняя длина волны наблюдаемых линий.
Чем болыпе разр шающая способность, тем более подробной выглядит картина спект1, Значения А для анализаторов частоты оптического диапазона достигаю. 10з — 10з, рентгеновского — 10г — 10з. Светосила — характеристика способности анализатора собирать и пропускать излучение. Она зависит от относительного отверстия камер. ного объектива Ы11(где Ы вЂ” диаметр объектива, 1 — его фокусное рас стояние).
Для анализаторов оптического излучения величины относи. тельного отверстия достигают значений 0,04 — 0,2. Между основными параметрами анализатора частоты дисперсионного типа существует соотношение Я = 12,(с1! /'). (11.21) Оно показывает, что прн постоянном разрешении 11 нельзя выиграть в светосиле, не ухудшая дисперсию (и наоборот), а для улучшения разрешения необходимо увеличивать нли дисперсию, или светосилу. Возможности анализаторов частоты диспергирующего типа в этом отношении достаточно ограничены. Значительно большими возможностями обладают анализаторы частоты модуляционного типа, рассматриваемые ниже.
Анализаторы частоты модуляционного типа С точки зрения принципа действия анализаторы частоты модуляционного тина имеют существенные особенности. В отличие от анализаторов частоты других типов, они не производят физического разделения световых потоков. Оптическая часть анализатора служит здесь лишь преобразователем излучения, а разложение на монохроматические составляющие осуществляется численными методами при помощи компьютера. Иными словами, разлагается не само излучение, а его математический образ.
Чаше всего основным оптическим узлом анализатора частоты модуляционного типа служит интерферомегр Майкельсона (рис. 11.15). Поток излучения проходит через входную диафрагму 1, коллиматорный объектив 2 и попадает на полупрозрачное зеркало 3, которым делится на два пучка. Один из них затем отражается от неподвижного зеркала 4, а другой от подвижного зеркала 5, совершающего возвратно-поступательные движения. После отражения от зеркал пучки вновь соединяются и интерферируют. Структура интерференционной картины, образующейся после камерного объектива 6, как всегда, зависит от разности хода интерфернрующих лучей и длины волны излучения. Сначала рассмотрим случай, когда входная диафрагма облучается потоком монохроматического излучения с частотой и и постоянной интенсивностью 1.
Пусть зеркало 5 движется с постоянной скоростью, рав- 220 В этом случае Раз- хода лучей Ь изменя- во времени: Ь=2ш. Соигв зсгвенно, будет из,я во времени и ~еренционная кар- интенсивность выхо едящего излучения 1. М кцо показать, что зави- ,5Л 1' от времени ямеет внд 1'(г) -1соз(4х чг). (11.22) Рцс 11 1ч. Ивтерферометр Майкельсоиа: В входящее излу 1 входная диафрагма 2 коллимагоРныи чеине немонохроматиче- объектив; 3 — полупрозрачное зеркало; 4 — песков, то его интенсивность по 1 данжиое зеркало; 5 — подвижное зеркало; б— выходной объектна; 7 — выходная диафрагма; Š— смещение подвижного зеркалц Л = 2Е— лает собой функ- разиость хода ивтерферируюших пучков задисимость суммарной интенсивности выходящего излучения от времени теперь имеет вид 1'(1) - /1(н) соз(4пиЧ)й. о Приборы, оснащенные анализаторами частоты модуляционного типа, Регистрируют зависимость суммарнои ингенсив ности от б называемую цнтерферограммой, а затем математически преобразовывают ее в зависимость 1 от ц т.
е. собственно спектр. Используемое для этого преобраЗование называется преобразованием Фурье, поэ у кгр том спе альные приборы описанного типа называют фурье-спектрометрами. анализа частоты, описан- По нению с традиционными способами анализа ч срав еств. Главное из них Ными выше, фурье-спекгрометрия имеет ряд преимуш ется весь спектр одновременно, состоит в том, что в этом случае регистрируется вес кгр поэтому в оптическую систему попадает значительно но больше излучения.
Соответственно этому резко возрастает и свегос ла, чувств и и ительность, и м ия особенно эффективна при Разрешающая способносп,. Фурье-спекгрометрия Работе в низкочастотной области электромагнитио ктра— ого спектра— нно дальней) и радиочастотной (спекгроскопия ЯМР) 1гриемиики (детекторы) излучения магнитного . ения его неп и„„е ения интенсивности э е громагнит пчя измерения вать в какой-либо иной внд энергии.
обходимо предварительно преобразовать в како- 221 Эту роль выполняют устройства, называемые лриемникаии, или дог„ гпораии, излучения. Приемники излучения подразделяются на одноэлементные и мн„ч элементные. Одноэлементный приемник содержит только один чувствя. тельный элемент. Такой приемник располагают за выходной щелью мо нохроматора (при использовании полихроматоров — по приемнику з каждой щелью). Многоэлементные приемники содержат большое число миниатюрных дискретных илн непрерывно распределенных чувства тельных элементов. Они позволяют за одно наблюдение зарегистриро.
вать весь спектр. Такие приемники размещают непосредственно в фо. кальной плоскости камерного объектива вместо диафрагмы со щелями Сейчас наиболее распространен способ детектирования, осиованныи на непосредственном преобразовании энергии излучения в электрическую и называемый дюлюэлектрическим. В качестве фотоэлектрических детекторов используются устройства, основанные на явлении внешнего фотоэффекта (фотоэлементы, фотоэлектронные умножители — ФЭУ), и различные полупроводниковые устройства — фоторезисторы, фотодиоды, приборы с зарядовой связью (ПЗС). Фотоэлемент представляет собой вакуумнрованную колбу, в центре которой находится анод, а фотокатод нанесен на внутреннюю поверхность колбы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
