книга 2 (1110135), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Кратер угольков дува. Высокую яркость излучения можно полэ чить, есле использовать алектричегкую дугу между угольными алекс. 220 родами. Температура анодного кратера дуги при достаточном токе близка температуре возгонки углерода при атмосферном давлении (около 4000 К). В области длин волн от 250 нм до 1,5 мкм излучение анодного кратера дуги может служить стандартом спектрального рыпределеиия яркости с точностью порядка 23%.
При длинах воли менее 250 нм нельзя пренебрегать излучением плазмы, находящейся перед анодом. Неже 235 им излучение плазмы становится доминирующим, и яркость иалучения целиком характеризуется параметрами плазмы. Это относится также к участкам спектра в области от 370 до 420 им нот 450 до 474 нм, где расположены полосы испускания молекул СН и Сг.
Среди источников, в которых излучателем служит нака.— ленное твердое тело, аиодный кратер угольной дуги обладает наивысшей температурой (температура возникающей плазмы 7000 К). Источники теплового излучения находят широкое применение в спектроскопическом анализе вследствие просчеты эксплуатации и способности давать излучение с непрерывным гпектром, необходимое, например, в абсорбционной спектроскопии. Ценной особенностью их является носпроизводимость спектрельного распределения их излучения, что позволяес использовать спектр некоторых источников как эталонный. Предельно возне>нные температуры, достигаемые тепловыми источниками, ограничены плавленном тела накала и поэтому обычно ие превышают 3000 — 4000 К.
Это огрвничивает применение таких источников ближней УФ-, видимой и не очень далекой ИК-областями спектра. Тевловые источники излучения, в которых излучающим веществом является плазма, допускают значительно более высокие температуры. Газоразрлдньс» песочники. При использовании в качестве источника газового разряла может быть получен квк линейчатый, так и сплошной спектр.
Параметры излучающей среды — плазмы — могут широко варьироваться путем изменения электрического режима разряда, давления и природы газа Нстсч нки снлыанэсо снсятра. Сплошные спектры мшкно получать с помощью газоразрлдных трубок, заполненных разными газами, например ксеноном, при давлении в несколько атмосфер или парами Рэгги при давлении несколько десятков атмосфер. Такие лампы при жтшературе - 6000 К дают почти равномерно яркий сплошной спектр. Спек пектр тянется далеко в уФ-область до гранины прозрачности кварцевое Е""ГО баллона лампы Для получения интенсивного сплошного спекг~~кже широко используется разрнд в молекулярном водороде или Ра та лейте '"!серии при давлении 1 — 2 кПа (1 кПа = 7,5 мм рт.ст.) — высокого давяся и гния в таких лампах ие требуется, поскольку мелвинам воэбужде- 221 !ем д ния и возникновения спентра в атом случае иной, чем в лампах с инертными газами или йво парами ртути При возбуждении молекулы И или Вт переходят в зоабужденвое устойчивое состояние (обозначается звездочкой), при перес.11.!2 Л' г ' с с« к дм реходе же этих молекул в неустойчивое нижнее со!тенине происходит процесс диссоциации возбужценных молекул П ' — в П + О + Ьг, обуславливыощий образование сплошного спектра.
Рабогие области ламп с кварцевым окном составляют (в нм): для ксвноиовой — от 200 до 1000, ртути высокого давления — от 260 до 1400, ведородной или лейтериевой— от 165 до 400. Исгпочнп«з дпямщвгвс!с ыых1пра. Осковнымн источниками линейчатых спектров служат различные типы электри !еского гвзового ршряда Однако нужно подчеркнуть, что в последние годы все чаще применяют источники с оптическим возбуждением (например, резонансные лампы, рааличиые лазеры) или источники с возбуждением ва счет химических реакций (пламя, хемилюминвсцеиция). Почти во всех атомно-абсорбционных спектрометрах используются твк называемые лампы с полмм катодом, дающие г1инейчатый спектр (особый тип тлеющего разряда, обнаруженный ПаШеиом еще в 1916 г.).
Лампа с полым катодом представляет собой стекчянныи или кварцевый баллон, в котором размещены двв электрода. Один из них (катод), имеющий чашеобразную форму, изготовлен из какого-либо опредшеннога металла (рис !1.12). Материал анода не имеет значеии». Лампа заполнена бпшородным газом под низким давлением При подаче напряжения 100 †2 Н возникает глек щий разряд с участием частиц, поступающих с полого катода.
Положительные ионы инертных я' -х.~2 Р 111-ХЭ, газов бомбардируют катод, выбивая атпмы металла, — этот процесс называют распылением. Ф! Атомы поглощают энергию и возбуждаются, ис- Иг пуская характерное для данной лампы излуче- И! иие. Она состоит из дискретных Линий данного металла и линий газа-напалнителя, который выбирают таким образом, чтобы спектраяысые помехи от него при определении ды!ного металла 4,0ям были минимальными.
Иа рис 11.13 представлен Ри .и 12 Опепр спектр испускания лампы с польпч катодом. Вид- нс„„с. я ма с но, что наиболее интенсивная (аналитическая) о д, ! тад линия при 232 им нахолнтся вблизи множества . н к дслд дрУгих линий никелЯ, поглопгение котоРых паРом никелЯ нежелшельно Нужная линия изолируется при помощи монохроматор» с узкой полосой пропускзния. Наличие металлических электродов вызывает суп»огненные »сложнения при Работе с та»ар»зря»ными трубками.
Это связано с ваэможнымн вэаимс в»яствиями элекцюлое с газами. эыюлвяюшими трубку. Поэтому в последние годы разработаны бе»электродные трубки. сзсчыгие которых во»бух»ветс» высокочастотным электромагнитным полем, Пламя. Впервые еще Бунзен и Кирхгоф применили пламя как источник света при получении спектров испускания. Затем вследствие ограниченных возможностей применения пламени в спектральном анализе (низкая температура плазмы; трудности, свнзанные с анализом порошкообразных проб, и др.) оно было вытеснено электрическими источниками саста.
Однако в 60-80е годы пламя снова приобрело большое значение как источник излучения и как средство атомизации. Основные преимущества пламени заключаютс» в возможности регулирэвать температуру при изменении состава газовой смеси и в высокой стабильности режимов горения. Лазары. За последние десятилетия разрабслаиы уникальные источники — лазеры, дающие излучение высокой гтепени монохроматичности и огроммой яркости в очень узком телесном угле (иногда менее !О э стерад). Ширина линии, излучаемой лазером,может быть существенно уже естественной ширины. Основным условием пслу ~ения лазерного эффект» являеття состои»не излучвгопгей среды, при которой создана так нэаываемая »»э»ус нэл заселенность уровней — концентрация атомов (или молекул) на верхнем уровне должна быть выше, чем на нижнем.
Если это имеет место, то излучение с частотой, соответствующей переходу между ~тими уровнями, при прохождении через такую среду будет вследствие индуцированного излучения не гклаблять«я, а усиливаться. Этот эффект "отрицательного поглощения" лежит в основе создании лазеров. Рассмотрим принципы работы лаэе1юв Имвогся лн» равных типа излучавшим процессов.
спантаннсе и вынужденное (см, н. 11 10) ак вэк вероятности выну»денного ишучения н поглсимния равны, а в эоысии при любой температуре заселенность верхнего состояния нсегяа исж»ве '"вг"е э»селе»нести нижнего, что следует иэ немотного распределения Больто в ебычньсг условиях сунмарный эффект всегда состоит в нопюше«ви н нэлшения. Ио если каним-лабо спосКсм привести шэгесгво в таксе 2»э со тояние, когда верхний уровень булет заселен более, чем нижний, то погд шение может уступить месю испусканию В такой "инверсноио среде интенсивность пучка будет асе время каснадно возра тать из за тога, по выну:кдевное ивчучемие ничем не отличытся от вьгнуждаю~цею.
Это усиление исходного излуч р в на ванин соответствуихцего устроиства, генерирующеп котзрентную электромагнитную воюгу, — лазер (аббревиатура английского наэгжния метода Нбйт ашрйбсагюп Ьу м1пшЫеб ешшож!оп оГ га41агйтп— усиление света вынужденным излучением! Сушественным отличием вынужденного излу гения от спонтыгного,ггтюисходящега в лргшзвольных направлениях в случайные моменты времени, является его полное с впадение па фазе и частоте с ьынужцаюыим излучением — вынужденное и вынуждаюыее июгучения когерентны.
Лазер содержит три основных иомпонент», аггтиьную среду, в которой «оэдзется инверсия нн .й, ист му н кт ки, озд юную инвератю; Г..онаторр, обеспечим юший положительную обратную связь, необходимую ляя енерации к г рентн ю иззучегня из шж анны испушениого бютона. В оптическом лиалаеоне простейшим резонатором яыгяются лв» параллельно ра пол . ных л эскил еерюгл, б спзчиваюших мног кр тн е прохождение световым пучком активной срелы. Инвер ия в активной среле достиг ется различными шюсобами, но чаше всего исгюльэуется оптическое юзбужденне. В этом случае необходимо уч.стив, по крайию мере, трех энергетических у!юаней (рис. 1! 14, а) За счет поглошения света наиачки щюисходит переход из с ноьного сост янин 1 в возбужденное Л. Е ли наряду с переходам с уровня Я в основное сосгоявие мжн кжепрехл .Уро н г к торов бзл сто- янис, имею~нее 6 мытое времл жизни.
озсптяние У, то в послеляем может быть достигнута еаселенность большая, чем за ел нность осн нного с стояния. В резулыате может возникнуть лазерная генерация иа переходе 3 — 1. Фюг уюлш риг.п.ю ур хурмнеж (о! г рехур зн а (а! «лбу лим крол кр гз Разяичают три основных тип т . Ров твердотельные, жидкостные к гажтвые Приме!юм твердотельною лазера, работающего на трехуровню ~д схшее, является рубвкоеыи лазер (первыи лазер, окбшение о котором поили В4 „ш, ь 1060 г.) РУбин — это кРисталл оксида алюминиЯ с мыгыми пРимесами ( г,гло 0,05%) сгтсз (ионы сгз+ и определяют характерный цвет кристалла). л;гаер пртдстыаяет ояюй тщательно отполирснюиный стержень иэ рубина с „сгегпаралл льными торцами.
Н одном торце помещается зеркало, так что эсе излучение, идущее изнутри кристалла, слражашся обратно. Зергьало на другом торце покрыто тонким слоем серебра, поэтому часть ислучмгия ( 00%) тражается, а часть — выходит наружу. Когда иа стержень палает свет мощной ,«зораэрядиой лампы (например, нсеноновой, рис. 11.15), охватывающей в рице спирали рубиновый стерткень, ионы Сгз' еозбужлаются и переходят в ь„эбуждснное электронное состоямие 2 (см. Рис. 11.14). Под злияни м беаьгш1учатшьньгх процессов опи быстро релаксируют в мвгастабильное состояние у, ашающее от основного на - 14 000 см 1.
Лазерная геяерация осущжчвляется на перекопе из этого со тояния в ааювесе — переходу оютеетствует длин волны 604,3 нм. Ввиду того что лля постижения генерации требуется высокая цощность ламповой накачки, а в реаультме генерации снова заселяется основное сосюявик рубиновый лзз р может работать только э импульсном режиме. Аитивной средой помимо рубина мо:кет быть стекло с примесью неодима, жидкость (например, рвоты р нра иттля) и г а (например, смесь гелий— неги).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
