Ю.А. Золотов - Основы аналитической химии (задачи и вопросы) (1110138), страница 66
Текст из файла (страница 66)
В.бп Автоиоллимацноннаа саима моноароматора с лифраацнонной роамтиоя: 7 — аиоиивв щваь 2 — мрвзльиыа оаьватв; 3 — - нвфрвнщоаввв рвиитан 4 — вытаивав щи .О ь = да7Ы. (9.77) В УФ- и ващимой областях обратную линейную дисперсию выражают в нм/мм, а в ИК-области — в см ~~мы. У призменных спектральных приборов обратная линейная дисперсия тем меньше, чем больше: — число (или кратность прохождения) призм; — преломляющий угол призмы; — показатель преломления материала призмы; — дисперсия материала призмы, которая характеризует изменение показателя преломления призмы с длиной волны; — фокусное расстояние камерного объектива. У дифракционных спектральных приборов обратнан линейная дисперсия равна: (9.7о) 375 17 '=Осоветь~(Щ ется фотопластинка, обеспечивающая непрерывную регистрацию одновременно всех участков спектра.
В настоящее время большинство спектральных приборов построено по автоколлнмационной схеме, что делает их более компактными (рис. 9.б 1). Каждый дисперсионный спектральный прибор обладает набором параметров, с помощью которых можно сравнить их возможности и класс. Такими параметрами являются: спектральный диапазон работы, дисперсия, спектральная полоса пропускания, разрешающая способность и светосила. Оьеквнральный днаназон рабонаы определяется прозрачностью оптических материалов объективов и призм и областью работы дифракционной решетки. Обртпная линейная диснерсия В ' характеризует величину спектрального интервала д2 (нм)„приходящегося на определенный линейный интервал д! (мм) в фокальной плоскости камерного объектива (см.
рис. 9.61): ЛЛл — — Р (9.79) где о7 — ширвна (мм) входной или выходной щели, если они равны, и ширина наибольшей из щелей, если они не одинаковы. Знания величины Р г недостаточно, чтобы ответить на вопрос, будут ли две спектральные линии разрешены, т.е. наблюдаться раздельно. Раэрешающук7 сиособиость спектрального прибора Я оценивают отношением (9.8Р) где бЛ вЂ” минимальный спектральный интервал между ближайшими монохромагическими линиями 21 и ля=а,+82 равной интенсивности, которые прибор еще разделяет; Л=(4+22)~2. Чем больше величина Я, тем более подробной выглядит картина спектра.
Разрешающая способность призмы может быть представлена через ее геометрические размеры следующей формулой: ~й Я=тг —, Нх (9.81) где т — число призм или прохождений призмы; 7 — ширина основания призмы; сй/ах — дисперсия материала призмы. Разрешающая способносгь дифракционной решетки равна (9.82) где /с — порядок спектра; К вЂ” общее число штрихов. Светосила характервзует способность спектрального прибора собирать и пропускать излучение. Она определяется: 376 где И вЂ” постоянная решетки (расстояние меду штрихами)„Р— угол дифракции; и — порядок спектра; у" — фокусное расстояние камерного объектива.
Обратная линейная дисперсия определяет размеры спектра— чем она меньше, тем сильнее растянут спектр. В УФ- и видимой областях спектра обратная линевная дисперсия призменных спектральных приборов с увеличением длины волны растет„а в ИК- области спектра — уменьшается. У дифракционных спектральных приборов величина Ю ' не зависит от длины волны. Полоса вропускаиия спектрального прибора АХз определяет интервал длин волн излучения, выделяемый выходной щелью монохроматора, когда его входнаа щель освещается немонохроматическим источником излучения. Значения Ыл рассчитывают по формуле: — относительным отверстием коллиматорвого объектива РЦ (см. рис.
9.61); — пропусканием спектрального прибора (отиашевие мощности мовохроматического потока, прошедшего через прибор, к мощиости падающего иа входную щель моиохроматического потока). Светосила спектрального прибора тем выше, чем короче фокусиое расстояние и больше диаметр коллиматориого объектива, а также, чем меньше число оптических злемеитов (объективы„зеркала, призмы, дифракциовиые решетки), ва которых происходят потери излучеиия за счет поглощения, отражевия и рассеяния. В бездисперсиовиых спектральвых приборах селекция излучения осуществляется с помощью полосовых светофильтров.
Каждый такой светофильтр характеризуется определенной кривой пропусканив. Основными параметрами этой кривой являются: длина волны максимальвого пропускаиия Л„, ширина полосы пропускавия ЬХ, величина максимальвого пропускавия Т (рис. 9.62). По прииципу действия полосовые светофильтры делятся иа абсорбциовиые и иитерферевциовиые. К бездисперсиовиым спектральным приборам относится интерферометр Майкельсоиа. Ов позволяет зарегистрировать иитерферограмму, содержащую ивформацию обо всех мовохроматических компонентах, испускаемых источником.
С помощью выполняемого ЭВМ фурье-преобразовавия зарегистрированной ивтерферограммы получают результирующий спектр. Ивтерферометр характеризуется высокой разрешающей способиосгью и большой светосилой. Это делает его перспективным для регистрации мало иитеисиввых спектров.
Ивтерферометр Майкельсова используется преимущественно для регистрации спектров в ИК-области. Т.в 1ооо «кп та а. нн кака Ркс. 9.Я. Спектральные ларактсрнсгнкн полосоаого саетофгьтьтра 377 9.4.2. Нагретые тела как источники излучения Любое вещество с температурой, отличной от О К, испускает электромагнитное излучение в результате теплового движении электронов. Закон Планка описывает мощность излучения идеализированного источника — абсолютно черного тела как функцию температуры Т и длины волны Л. Согласно этому закону мощность излучения в диапазоне длин волн от Л до Л+бЛ, испускаемого абсолютно черньпи телом с площади о, равна: (9.83) где дФ» — мощность излучения в интервале длин волн от Л до Л+бЛ; Ь вЂ” постоянная Планка; с — скорость света; к — постоянная Больцмана. таким образом, с повышением температуры мощность излучения возрастает, а ее максимум сдвигается в коротковолновую область спектра.
Положение максимума мощности излучения можно определить из выражения (9.83), приравняв нулю первую производную. В результате преобразований получим выражение (закон смещения Вина): 1 Ьг 4,96 /сТ (9.84) где Л вЂ” длина волны, при которой мощность излучения максимальна. После подстановки численных значений выражение (9.84) приобретает вид: 2,В97а' 1Ф вЂ” —, нм.
т (9.85) 179 Абсолютно черное тело испускает излучение видимого и ИК спектральных диапазонов. Для получения УФ излучении абсолютно черное тело должно иметь очень высокую температуру, что делает его непригодным для этой цели. Излучение реальных веществ значительно слабее, чем абсолютно черного тела. 9.4.3. Измерение длин волн спектральных линий В процессе выполнения качественного спектрального анализа встает задача измерения длин воля спектральных линий анализируемого образца по линиям реперного спектра с целью их последующей идентификации.
Репериым обычно служит спектр железа. В нем характерные группы линий равномерно расположены по всему спектральному диапазону и хорошо изучены. При фотографической регистрации спектр железа фотографируют одновременно со спектром анализируемого образца Если линия неизвестного элемента Л„находится между известными линиями железа 2, и йь то (9.8б) Л«=Л +(27-2) 1,+1,' где /, и /э — расстояния от линни ) до линий 2, и Лэ. Расстояния между линиями можно измерить с помощью измерительного микроскопа, спектропроектора или компаратора. Погрешность измерения расстояния между линиями с помощью измерительного микроскопа МИР-12 составляет +0,005 мм.
Компараторы позволяют проводить измерения с большей точностью. Пример 1. Вычислите расстояние менду лвннямн велела Л, 304,266 нм в Ля=304,508 нм а факальной плоскоств спектротрафа, если обратнаа линейная лисперсвя спеатротрафа 21 ' = 0,38 вм/мм. Решение. и/=аЦР э=(304,508 — 304,266)/0,38 064 мм.
Пример 2. В спектре пробы мечкду лнниямв Л~ =640,803 нм я Ля=641,166 вм наблюдаетса еще анна линия. Вычислите данну волны этой ленив, есле на экране спектрапраектора она удалена ст первой линии на 7,0 ым, а от второй — на 1,5 мм. Роиеши. По формуле (9.86) находим /641,166 — 640,8038 Л,=640803+~ ' ' /1 7,0=641,102 ем. 7,0+ 1,5 Пример 3. Определите максимальна допустимую щириву входной (шД и выходной (ш,) щелей кваатометра, поэволяющээс иэбеиать наложения линий серебра (Лля-— 328,068 нм) и меда (Лс„=327,396 нм), если лвнейная дясперсия кеаатометра Лэ '=1,3 вм/мм, а линейное уаелвчение каантаметра т=!,4.
Рниение. Ляе — Леь 328.068 — 327,396 т,= - --= — ----.---=0,52мм; 17 ' 13 те 052 вэ= — =- — -=0,37 м. т 1,4 Г5рамер 4. Обратиак лиаейааа дисперсии уаиверсальиото моиохроматора МУМ П '=3,5 им/мм. Какова полоса пропускавиа моаохроматора о1„если ширина входаой и выходной щелей одинакова и равна 1 мм? Решение. Воспользовавшись формулой (9.?9)„ваходвм: аЛЛ=П ~се=3,5'1=3,5 вм. Задачи 1. Предположим, что источник излучения близок к абсолютно черному телу. Вычислите: длину волны с максимальной энергией, если рабочая температура источника равна: 1000 К, 2000 К, 3000 К.
Ответ: Л,: 2898 нм, 1449 нм, 966 нм. 2. Спектрограф снабжен двумя сменными камерами с фокусным расстоянием 120 и 270 мм. Во сколько раз изменится линейная дисперсия спектрографа при замене первой камеры ва вторую7 Ответ: увеличится в 2,25 раза. 3. Вычислите расстояние между линиями основы (Л ) и определяемой примеси (Л ) в фокальной плоскости спектрографа, если обратная линейная дисперсия прибора Л? 5=0,4 нм(мм, а длины волн линий равны, соответственно: Л =520,23 вм„Л =520,84 нм. Ответ: 1=1,53 мм. 4. Длины волн 23-линий в эмиссионном спектре натрия равны 588,995 и 589,592 нм, соответственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
