Г. Юинг - Инструментальные методы химического анализа (1115206), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Большинство спектрофотометров для ИК-области сконструированы так же, как и приборы для более коротковолновой области, но оптическая часть этих приборов изготовлена из других материалов. Кроме того, существует еще один тип приборов (не нашедший широкого применения в УФ- и видимой областях), который основан на интерферометрии. Оптические материалы. В ИК-спектрофотометрах почти никогда не применяют линзы, их заменяют зеркала с вогнутой поверхностью. Зеркала имеют много преимуществ, поэтому их часто используют не только в ИК-области, но в УФ- и видимой областях спектра.
Они не дают хроматической аберрации, т. е. * Это объясняется инструментальными особенностями первых моделей ИК-спектрофотометров, нз которых получены спектры, составляющие банк спектров. 4ч 100 Глава 4 Таблица 4-!. Твердые материалы, прозрачные в ИК-облзстя Ннтсрвал данн волн 1, мкм Матврвзл 0,4 — 2,б Оптячсское стекло Стекловядпый кварц !.1г Согв 316 О,! 6 — 4,0 0,12 — 9,0 0,13 — 12,0 1,2 — 15 фокусируют все длины волн в одну точку; их можно изготовить из прочных материалов, например металла или стекла с алюминиевым покрытием, не заботясь о прозрачности; их легче монтировать. Все материалы, через которые должно проходить излучение, например окна сосудов для проб", должны быть твердыми и свободно пропускать в нужной полосе длин волн. Некоторые материалы с указанием используемого интервала пропускания приведены в табл.
4-1. Следует заметить, что некоторые из них являются водорастворимыми солями. Это значит, что детали из этих материалов нужно тщательно предохранять от воздействия влаги. Очевидно, что в кюветы со стенками из солей нельзя помещать водные растворы, но на практике это не имеет большого значения, поскольку вода сильно поглощает в ИК- области и не может служить растворителем. Кюветы, сделанные из солей, следует хранить в эксикаторе. Во многих старых спектрофотометрах дисперсионные призмы изготовлены из 1Ч)аС! или КВг. В этих приборах монохроматор обычно изолирован от влаги воздуха, а для предотвращения конденсации на его поверхности около призмы помещен нагреватель.
Источники. В ИК-области, представляющей наибольший интерес для аналитической химии, вполне пригодны источники непрерывного излучения. Для ближней ИК-области используется лампа накаливания с вольфрамовой нитью в стеклянном 1 заимствовано нз более подробных таблиц Барнсра !21. Указанм нвтврвалы, в которых пропусканяв больше !Ом прн толщнвс слоя 2 мм. б! Прв В мкм наблшдаатся мвввмум пропусвання всладствнс образованна на повархноств связей 3! — О. в! Смвшзнныа крвствллы бромвда н нодвяа тзллвя. Поглошсняе излучения. ИК.область 101 или кварцевом баллоне, но при длинах волн выше 3,5 мкм стекло интенсивно поглощает. В интервале от 1 до 30 мкм лучшим источником, пожалуй, является штифт Нернста.
Это— стержень илн полая трубка около 2 см в длину и 1 мм в диаметре, изготовленные из смеси оксидов таких элементов, как церий, цирконий, торий н иттрий. Штифт устойчив при высокой температуре и не подвержен окислению, поэтому с ним можно работать на воздухе, Он имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления, поэтому, прежде чем пропускать через него ток, его нужно нагреть до собственной температуры. Эта температура лимитирует ток: при очень высокой температуре штифт может перегореть. Еще один источник, глобар, представляет собой стержень из карбида кремния несколько больших размеров, чем штифт Нернста, Во избежание окисления его следует эксплуатировать при более низких температурах, а концы необходимо охлаждать путем сильной вентиляции в.
При длинах волн выше 30 мкм относительная эмиссионная способность глобара больше, чем у штифта Нернста. Источником ИК-излучения может служить просто спираль из ннхромовой проволоки, однако область излучения и интенсивность его в этом случае ограничены. Часто выбор источника определяется стоимостью спектрофотометра. Детекторы. Детекторы инфракрасного излучения, используемые в абсорбцнонной спектроскопии !31, можно разбить на две большие группы: 1) так называемые термические детекторы, действие которых основано на измерении тепловых эффектов, возникающих под действием суммарной энергии большого числа падающих фотонов, и 2) фотонные детекторы, полупроводниковые устройства, в которых электрон может поглотить квант ИК-излучения н перейти из валентной зоны в зону проводимости, внося свой вклад в электропроводность.
В целом фотонные детекторы обладают быстрой реакцией и более чувствительны, однако интервал длин волн их ограничен, и, кроме того, они действуют при температуре жидкого азота или ниже. Термические детекторы, напротив, применимы в широком интервале длин волн и не требуют охлаждения, но они инерционны и относительно мало чувствительны. За исключением детектора с внутренним фотоэффектом из РЬ$, который широко применяется в ближней ИК-области при комнатной температуре, фотонные детекторы редко используются в лабораторных спектрофотометрах и далее не обсуждаются.
' В ИК-спсктроскопяя сосуд для жидких я газообразных проб яяогдв называют «збсорбцяовяой ячейкой», з яе кюветой. а В ряде приборов яспользуется водяное охлзждеяяе. — Прмлс перса, 102 Глава 4 Поглощение излучения. ИК-область 1ОЗ Термические детекторы дают почти одинаковый отклик на любой вид энергии в ближней, УФ-, видимой и ИК-областях (вплоть до миллиметровых длин волн).
Их почти не используют в УФ- н видимой областях, поскольку фотоумножители более чувствительны. Обычно термические детекторы изготавливают из очень маленького кусочка зачерненной золотой фольги, которая и служит поглотителем излучения. В одной из распространенных конструкций (рис. 4-3) два одинаковых кусочка фольги (один из них зачерненный) помешают в разреженное пространство так, чтобы Рне. 4-з. диффереипи- излучение, которое надо измерить, поальиая термопара детек- падало только на зачерненную поверхность. Таким образом, изменения температуры окружения в равной степени влияют на оба кусочка фольги, но излучение влияет лишь на один из них, Измерительное устройство должно состоять из двух одинаковых приемников, связанных с обоими кусочками фольги и с электрической цепью, регистрирующей разницу в сигналах.
Одним из наиболее распространенйых термических детекторов ИК-излучения является гержопара. На обратную сторону кусочков фольги привариватот стыки проволочек из двух разных металлов (рис. 4-3). Термопары обладают низким сопротивлением и обычно используются в сочетании с трансформатором с большим числом витков (!000."1) и усилителем, реагируюшим на низкочастотный переменный ток, возникающий при действии модулированного излучения. Другим видом термического детектора является болометр— миниатюрный термометр сопротивления с крошечным кусочком платиновой проволоки или термистором в качестве чувствительного элемента.
Термисгор представляет собой сопротивление, изготовленное путем спекания нескольких оксидов металлов; он обладает в пять раз большим, чем у платины, температурным коэффициентом н быстрее реагирует на модулированное излучение, но его воспроизводимость сигнала несколько меньше. Одинаковые платиновые проволочки или термисторы прикрепляются к задней стороне кусочков золотой фольги, как это описано выше.
Сопротивление болометра можно измерить с помощью подходящей электросхемы, например мостика Уинстона (рис. 4-4). Напряжение на выходе пропорционально отношению сопротив- Рис. 4-4. Схема мостика Уинстона, используемая в болометре. и — облучаемый злемент, Гт. — такой же злемеит при той же внешней температуре, но защищенный от излучения. Два других сопротивления служат для установки иа нуль. лений двух одинаковых элементов, и тем самым влияние окружающей температуры, по существу, исключается. Пироэлектрические детекторы [41 отличаются тем, что реагируют не на саму температуру, а на изменение ее во времени, и поэтому не нуждаются в дублирующей системе, защищенной от' измеряемого излучения. Детектор представляет собой очень маленькую пластинку из кристаллического вещества, молекулы которого обладают постоянным днпольным моментом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
