книга 2 (1110135), страница 41
Текст из файла (страница 41)
йктианая срела заключена между окнами, расположенными под углом Брюстера. Генерированный потоп иатучюгин выходит направо из полупрозрачного эернала. бтра леш «йбебт брй ~~ -')Г я бтра штвн Рис.1!.ш. типичный лазер. Зерюа Мг н Мз сгр н чизают полость лазер (Резенаюр); м1 арзж ет пшакстью, Мт . частич о Значительно эффективнее достигаются условия лазерной генерации в знтивных срелах, работающих по четырехуровмевой схеме. В этом слу ше, «ак зияно из рис. 11.14, б, генерация возникает нв перехоле из сосыщния у в 6"лее низколемишее, отличное от основного состояние 4 Такая схема особенно привлекательна тогда, когда уровни у и 4 отвечают энергетическим состояниям шшршишо другой молекулы (другого атома).
Например, в газовом гелий- неоновом лазере первоначально возбуждаются атомы гелин (с уровня ! нн Уровень 2), а затем при столшювениях они оглыог свою энергию атомам неона, у "оторых одно из возбужденных ссстонвий имеет энергию, практически сош ""злыошую с зьергиеи возбуждения гелия (говпапение совершенно случайное!1 что лелеет возможным Рмюнакскый перенос знерптн.
Гелий-неоновьш 8-12 225 лазер, как и большинстео других газовых лазеров, еоэбуждаетея электрическим разрядом и может работать в непрерывном режиме. Большинстео лазеров излучеег одну или несколько длин эолн и прелстаэ.— ляет интерес лишь лля как й-то одной области спектроскопии (например, э сп ктроскапки комбинационные рассеяния).
В последние голы разработаны н друэне типы лазеров (с перестртнзчемой э жнроком иктереале длиной волны), гвторые поэаоляит получать спектры высокого р эргшеяия в еидимой (лаэ рьг на органических красителях) и ИК-сбластях (СОт-лаюр). Перестройка па ч. стоге осушьтвляесся в таких ла рах а счет исп льзоззния в оптических резонаторах спщигшьных лиснерсионзых элементов, например дифракциоаных рнаетоа. Воэможности широкого и нсльюеагия а аналитической спектросш пин перестраиэасмых лазеров, дающих монохроматический сгит требуемой частоты, огромны, гг в ближайшем булушен их рось н измерима возрастет. 11.2.3.
Моиохроматяаадия иалучеиия. Характеристики спектральных приборов Для получения спектров необходимо использовать приборы, позволяющие выделять а каждой точке. спектра узкий спектрельнмй интервал и регистрировать затем попадающее э этот интервал излучение. Чем уже выделяемый прибором спектральный интервал, тем "лучше" прибор, тем эточнеее может быть получен спектр Существует дэа способа выделения длины полны: разложение света с помощью призмы или дифракционной решетки и выделение пучка свата с помощью светофильтров. Монохромлторы.
В практике аналитических спектрюгьяых работ широко используется жсаохрожаюоу, позеоляющий выделить осень узкую полосу дяин волн иа сравнительно широкой части спектра. Монохроматор состоит из диспергирующего элемента (призмы дифракциоиной решетки) и двух узких и!елей для еыхода и входа излучения Вхолнан щель пропускает узкий пучок, поп:щэющий на диспергирующее устройство Здесь лучи с разными длинами еолн отклоняются под рнзными углами, в реаультате чего пучок длин волн расходится в виде веера.
Разложение свет призмой основано на его преломлении на границе раздела двух материалов, например воздуха и стекла или аозпуха и нварца. Обычно используют правильные призмм с углом а основании разным 60' Разновидностью 60-градусной призмы является 30-тра дусная призма Литгрова с зеркальной аадней гранью, гасто применяемая в аетоконлимадионных приборах, например е спектрофстомсчуа СФ-!6.
Излучение приходит и выходит в приаме 1!иттроаа через однУ 226 н ту же грань Григ. 1!.167. Наряду с 66- , 26-грьдусными призмами применяюшя , более сложные, кетаРые всегДа ЯвлЯют- йээаю ю ся комбинацией проемах призм Рззложение света дифрвкпианными ешетквми основано нв явлениях дифрькции и интерфершщии. Решетки бы- ярмусирдю 7сюси й ззгсг пропускыощими и атрзжвтельными.
эюру ПРопУскыощзл Решетка пРедстввлЯет г ! гь и „ю д собой пластинку из прозрачного мьтериз.— ла, на которую наносят парю!лельные штрихи. Излучение проходит !срез прозрачные паласы и разлагается на интерфернрующие между собой лучи разной длины волны. Отрюхзшльиую решетку изготовляют из метзллическай плзстиики, на которой нарезаны канавки определенного профиля. Лучи, попадая нз выступы решетки, отражаются и интерферируют Полихромзторы устроены анююгичным обрезом, но имеют две или больше выходных щюгей, чта позволяет одновременно наблюдьть несколько полос с резными длинами волн.
Спектрагрвф — прибор, сходный с монохромьтаром, на без выходная щели, ив месте щели устанавливают фотоплеину или фотопластинку. Вюсйа вггь Г гду а Й'Мги ИЕМ Г! -г!.!7 !.!7. Г„ЯЭ ь„эх„„сн „г н, е «ш земо иэ у юия1 Спектрафотометр — это прибор, а!стоящий ив монохромзтара, источника излучени» и 6ютаэлектрического детекторе. Он служит стандьртным прибором для регистрации спектров поглощемия и флуорзсценции.
Хвршгтернстики спектральных щэибаров. Рассмотрим две близко расположенные линии григ. 11 17, а): пунктирнэя кривая атвочзет истинной фОрме линий, ь сплошнья— суммьрному поглощению. Предполозгим снвчвлв, что гпектрзльная ширина входной щели больше, чем рыстояние между линиями.
При развертке спектра дублет линий паг- 227 лащения равномерне перемещается справа налево, проходя место расположения щели, где он воспринимается детектором. Пскледоваттльные оценки стадии этого движения показаны на рис. 11.17, б, е, с при этом заштрихованная площадь определнет величину поглощения, регистрируемую детектором На рис. 11 17, д, где представлена реги»трируемвя зависимость от частоты, эти стадии отмечены соответствующими им буквами — а, б, е и г. Очевидно, что в данном случае информация о дубэетном характере поглощении теряется — линии ие разрешены.
Для их разрешения нюбходимп использовать существеццо более узкую щель — при этом говорят, что должна быть повышш»э раэрстэюн»ая сила прибора. Рвэрссэающая щ»э. Детектор регистрирует минимум между линиями лишь тогда, когда спектральная ширина щели станет меньше, чем расстояние между линиями. Чем уже ширина входной щели, тем меньше полная энергия светового пучка, попадающего на детектор, и соответственно меньше величина регистрируемого сигнала. Поэтому всегда настунаег момент, когда уменьшение ширины щели настолько снизит интенсивность аналитического сигнала, что он сам станет неразлмчим на фоне ешума", о котором мы еще скажем.
Более того, даже "бесконечно узкая щель" не дает бесконечно ! узкого изображения в фокальной плоскости. (>бъягняется это явлением дифракции, имею. »» щим место на креня щели (а также на краях рис.п гз дифркнионнэ призмы, диафрагм и т.д.).
При прохождении а ртив тхсльисй акм излучения через очень узкую щель наблюдавтгя возникновение интерференционной картины (рис. 11.1В), состоящей иэ большого максимума в цегшре и менее интенсивных (обычно не принимаемых во внимание) мзксимумпв, симметрична расположенных по обе стороны от основного максимума. Ширина центрального максимума (расстояние между соседними минимумами) рвана (11мг) гле / — фокусное расстояние линзы; А — длина волны; И вЂ” мерина щели.
Таким обрезом, даже при бесконечно узкой входной щели в фокальной плоскости мы будем иметь линии конечной ширины. Функция, они ываюжая ко.тур линии. нюывается аппаратной функцией прибора или инструментальным контурам, а ширина этой функции на гюловя- 228 е высоты называетсн шириной аппаратной фуншгии, т.. это минимальная пе ее в ширкьъ риаз спектральной линии, которая может быть получена на данном приборе прн н бесгшнечно Ушюй Шелк. Именно конечваа ~лиРина аплаР гной функции привол вводит к тому, что наблюдаемый спектр отличается ст истинного.
В частности ширина набяюлае й спектрвльп й л ии гд балыке шврины ншгойе спектральной линии. Таиим образом. цри реальной регистрации кт а необходим покск некоторой еоптимальнайе шиРины входной щели ( амегим, что ахали выходная шелк больш.нстгж м н хро второ» нивки оггннзжгвую ширину), которая мпе совместима с цжбованигщи воэможности гделения сигны~а из "шума" и одновременно обеспечивает наилучшее еразрешениее прибор . Наилучшем Разрешение прибора обеспечивается оптимальнои шириной пмли йтпт, когорта Рассчитывается по формуле фмг = 2Яы (11.43) где и — диаметр линзы или зеркала. Например, при и = 8 см, Т= 40 см, Л = = 500 вм оптимальная ширина спели равна б мкм.
Нри оптимальной ширине щели Е прибор имеет максимальную разрешающую силу — способность к раз- 1 д ! делению двух соседних длин волн. 1 Этст параметр оценивается критерием, предложенным Рзлеем: две дли- 1 ны волны, отличающиеся нв Егй, 1 считаются разрешенными, если л, л, центральный максимум дифрвкции одной ив них совпадает с первым Лвух мжохрсматиче кнк спентрывпмк минимумом второй (рис.
11.19). В ливий (г и г) в фонжьной омккссги таком случае разрешающая сила рибера с рззницеи длин волн лтравна - Н = ПА в слу ме в пом енин «рнте- риа Ралея и сумм рнж юртина (з) Н = Дг'((Л, (11 44) (ммппаб сс юге»ности й дпя обсчкмк ми си у в узе ичен) где А — среднее из двух длин волн. На практике руководствуются несколько иной, эмпирической, редакцией пргвила Рэпея: две спектра~юные линии равной интенсивности считаются Ргзрмпсннымн только в там случае, если величина провала между ними больше 20% от их интенсивности (рис. Н.10). СовРеменная ршнстрирукмгая аппаратура и меюднки обеспечищгот разлелыше набвюдение и бспкж близких спектральных линий (с прожжем интенснв ""ости между ними менее 0%) Критерий Рэлея является условной, по тем ве м Ис"ее улсбпой мсрои р прещения спектральных линий. Разрешакзная сила й обычно приводится в паспорте сгсктрзльного прибг ра и для иаиб лес унотребимльных в спектральном анализе изменяется в пред лах от 20 000 до 150 000.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
