В.М. Пешкова, М.И. Громова - Методы абсорбционной спектроскопии в аналитической химии (1115214), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Светофильтры представляют собой твердые (стеклянные, желатиновые, целлофановые и т. п.) или жидкие среды, обладающие избирательным пропу- ,')::1 сканием излучения с достаточно узким интервалом длин волн. 61) 2 Каждый светофильтр характеризУетса кРивой пРопУсканпн с Х,„ак 70 1 (рис. 68) и ее полушириной ЛХ!1т, которая соответствует спектраль- аП ному интервалу, ограниченному кривой пропускания светофильтра тж на высоте '/в максимального. Светофильтры в визуальных 1() ПРИбОРаХ ХаРаКтЕРИЗУЮтСЯ Лвфф 6 ап7 6()(! бала 7(т(! Л,!тм :ъ т.
е. эффективной длиной волны, которая вычисляется по специаль- рис. 66 Кривые иролгскаиия свето фильтров в фотозлектроколориметре нымформулам, Учитывающим чУв- фэнам (1) фот влек роколорииетствнтельность глаза. Величина Хофф рак Фэк-66 и ФэК-60 (2) указывает, что данный светофильтр примерно эквивалентен по своему действию идеально-монохроматическому светофильтру, пропускающему только излучение с длиной волны, к которой наиболее чувствителен глаз в области пропускання светофильтра. Для желтых и зеленых светофильтров ) Фф приблизительно совпадает с максимумом пропускания. Для красных светофильтров такое совпадение отсутствует.
Например, для красного светофнльтра максимум пропускания лежит в области 700 — 680 пм, а Хофф — 659 нм. Такое расхождение между максимумом пропускання н ) ФФ является результатом уменьшения чувствительности глаза на краю красной части спектра. Полушнрина максимума пропускания для различных светофильтров колеблется от 100 до 80 — 40 нм (см. рис. 68). При измерениях на приборах, снабженных светофильтрами с ЛХ вЂ” 100 нм, нельзя получить какое-либо представление о спектральной характеристике исследуемого объекта.
В этом случае светофнльтр может лишь способствовать некоторому повышению точности и чувствительности количественных определений. Такого рода светофильтрами снабжены фото- Г";;:",: ' электрокалориметры типа ФЗК-М. Фотоэлектроколориыетры, снабженные светофильтрами с полушнриной максимума пропускания 30 — 40 нм (ФЗК-Н-57, ФЗК-56, ФЗК-60 и т.
и.), позволяют получать достаточно точнук! спектральную харак- теристику большинства систем, обладающих широкими полосами поглощения. Однако аппаратура такого типа недает возможности изучать спектры поглощения систем с узкими полосами (20 — 30 нм) и систем, полосы поглощения которых имеют тонкую структуру, как, например, растворы аква-комплексов редкоземельных элементов. Рис. 69. Схема хода луней н диспергирующей нрваме: к — *распыл конец спектра; Ф вЂ” Фноеетоныа конец спектра г,ба В фотоэлектроколориметрах последних марок (трЭК-60) имеется ряд светофильтров, монохроматизирующее действие которых основано на явлении интерференции, что уменьшает полуширину максимума пропускания этих светофильтров. В спектральных приборах более совершенных конструкцй для монохроматизации излучений в качестве диспергирующих элементов используются призмы и дпфракционпые решетки.
г,б4 ,'с Призмы. Проходя призму, параллельный пучок лучей претерпевает двойное преломление и отклоняется к основанию призмы, так как коэффи- циент преломления материала (11, из гбе ~4 которого сделаны призмы, всегда У4б- 7 больше единицы (рпс. 69). Коэффициент преломления зависит ъ б не только от материала призмы В *. тее ы« 'е е»"'( Л гб 'ни ЗНаЧЕНИЯМИ т. ОтКЛОНЯЮтСЯ СИ.ПЬНЕЕ). Поэтому лучи с различной длиной и сном неит и л от Х де~и ратники) ~х волны выходят нз призмы под разныРис. 70 Зависимость коэффициента матнриат1он: ми углами. Это позволяет получить в т — тныелыа Фланг; г — «Пкстеллнче- ПЛОСКОСтн, ПсрнсидНКУЛярПОИ Иа е — кронглас, а — снлккнн Ксь й — пла.
НравЛЕННЮ Хада ЛУЧЕЙ ВЫтнсдщнх ПЗ нленныа «нарц: 7 — Флтоант саит призмы, серию излучений (эазлнчной монохроматичности. Одной из основных. характеристик призмы является обрагпная,тинейная дисперсия — е(Мс((е которая показывает„сколько нанометров укладывается на расстоянии 1 мм в фокальной плоскости собирающей линзы. Обратная линейная дисперсия дает определенное представление о разрешающей способности спектрачьных приборов.
Обратной линейной дисперсией призмы определяется Разрепшюи1ал сила 1с прибора, которая представляет собой отношение средней дли- ны волны двух самых близких линий, разрешаемых данным прибором„ к разности пх длин волн. Две спектральные линии равной интенсив- ности считаются разрешенными, если дифракционный максимум одной из них находится против минимума другой линии (рис. 711. оХ=РПХ7г17, Р=Хгн(р~., где р — наименьшее расстояние между двумя линиями, раздельно ре- гистрируемыми прибором. Чем меньше обратная линейная дисперсия, тем выше разрешающая сила прибора. Обратная линейная дисперсия Рис 72. Зависихгость коэффициен та преломлении материала ат длк ны волны в области е~о максимвль ного поглощении Рис 75 Распределение интенсивности в дифракциоином изабраигеаии спектральной линни за пгелью монохроматора (вид двух разрешаемых спектраль- ~Ф:!г иым прибором ливий) спектральных приборов низкого разрешения равна — 50 ньгlмм, среднего — - ! имамы и высокого — 0,1 нм7мм.
Соответственно разрешающая сила приборов меняется от 10' до 10з. Обратная линейная дисперсия зависит как от материала призмы„ так и от конца спектра: с(1/с(1 для данной призмы различна для длин волн в ИК- и УФ-областях. Поэтому выбор оптического материала для работы в той или иной части спектра определяется не только его прозрачностью, но также его преломляющими свойствами.
По мере приближения к области максимального поглощения материала, нз которого сделана призма, показатель преломления возрастает (рис. 721, а следовательно, уменьшается обратная линейная дисперсия призмы и увеличивается разрешающая способность прибора, но при этом падает его светосила. Поэтому приборы с кварцевой оптикой пригодны для работы не выше 1600 нм, так как при болыпих длинах волн сильно возрастает обратная линейная дисперсия, хотя кварц прозрачен не только в ультрафиолетовой части спектра, но также в видимой и ИК- области до 3,5 мкм. Для области спектра длин волн больше 45 нм призменные приборы непригодны и используются только приборы с дифракционнымп ре- шетками.
Дифракционная решетка. Дифракционная решетка представляет собой большое число щелей, расположенных близко друг к другу на одинаковых расстояниях (рис. 73). Претерпевая дифракцию от каждой из этих щелей, параллельный пучок излучения превращается в ряд точечных источников излучений, число которых равняется числу щелей. Излучения от этих точечных источников распростра!!яются по всем направлениям. Если направление плоской волны, падающей на решетку, перпендикулярно ее поверхноспц то предполагают, что фаза колебаний вторичных волн„излучаемых точечными источниками, одинакова. Р«' "" ! Ф "ж' чала другой называют постояпгю!7 дифракИионной решетки. Обозначим ее г(. Пусть разность хода лучей отдвух соседних щелей будет равна а; она будет одинакова для всех - 5 соседних щелей. Разность хода лучей будет зависеть от уци а, Если на пути лучей, выходящих из решетки, поставить линзу так, чтобы ее главная ось совпадала с их направлением, то в главном фокусе линзы соберутся все лучи, исходящие от всех щелей под углом а.
Ряс 73. Хоп лучей после В НаираВЛЕНИяХ, ГдЕ ГЕОМЕтРИЧЕСКая РаЗНОСтЬ ппохо!кдекая мгез дяф- хода двух лучей окажется равной целому числу длин волн, будут наблюдаться максимумы интенсивности (дифракционные максимумы), так как в этом направлении все вторичные волны, накладываясь, усиливают друг друга. Поэтому условие получения дифракционпого максимума выражается уравнением а — — с1 з 1!! я =. ух, которое называется уровне!!иел дафрак!(нонна!! решетки. Поскольку К может равняться любому целому числу, то должно наблюдаться соответствующее число максимумов интенсивности„ или порядков. Во всех направлениях, нс соответствующих пелочисленпым значениям )Ч, будет набл!одш ься ослабление интенсивности вплоть до минимума.
Таким образом, для монохроматнческого излучения (Х!) в фокальной плоскости линзы получим зависимость интенсивности от угла а, предсталенную на рис. 7П Лля каждойдругойдлины волны (Хэ) получается аналогичная картина. Следовательно, в результате прохождения излучений через дпффракционпую реп!етку получают целую группу спектров различных порядков. Чем больше число щелей и меньше постоянная дифракционной решетки, тем у'же и более интенсивными становятся дифракционные максимумы. Прп этом расстояние между дпфракционныыи максимумами, соответству!ощнми излучениям с различнымп длинам!а волн, увеличивается с возрастанием порядка спектра (рис.
74). Следовательно, в приборах высокого разрешения должны использоваться решетки с большим числом щелей, работающие в достаточно высоких порядках. Прозрачные дифракцнонные Решетки изготовляют нанесением на' какой-либо прозрачный материал большого числа штрихов (500— (я00 штрихов на 1 мм), промежутки между которыми и представляют собой щели. В настоящее время онн почти полностью вытесняются отражательными решетками, которые представляют собой отражающую поверхность, на которой резцом выдавлено большое число параллель- ных друг другу канавок одинакового профиля и на одинаковом Дланс болям РасстоЯнии.
ДнфРакционные Ре- д, 4, 4,,1, да Я, 4, д,,~, д,й,д, .":-"'::.-:-''--'-'":;:-': Ш! ! ~ И не зависит от п оз ачности мате- Р Р Риала, использованного для нх б 2 й 0 1 2 б изготовления. Поэтому отража- лааядае слал~про тельные решетки пригодны для Рис. 74. Распределение спектров раэ-' работы в донольно широких спек- личных порядков, получающихся при тральных областях. помощи дифракдионаой решетки для Основным преимуществом приборов с дифракционными решетками по сравнению с призменными приборами является то, что дисперсия их не зависит от длины волны и они обладают одинаковой разрешающей способностью во всех участках спектра. Детекторы Визуальный детектор(глаз). Приборы с визуальной регистрацией излучений, в которых детектором служит глаз, пригодны для работы только в видимой области спектра: глаз человека чувствителен к излучениям с длинами волн от 400 до 700 нм (рис.
75) с максимумом чувствительности в зеленой области (2 550 нм). Кроме того, при работе 2 б на визуальных приборах неизбежны субъективные ошибки, свойственные наблюдателю. 40 В прецизионных приборах исполь- 20 зуется объективный способ оценки интенсивности потоков излучений, Основанный на применении свегочув- Рис 75 кривые спектрач..й чувствительных датчиков или фотографи- ствнтельности фотоэлементов.
ческих пластинок. У вЂ” сурьыеес чеенееыя, т — селееовыа; фотографическая пластинка. Приборы с фотографической регистрацией излучений более удобно использовать в эмиссионном спектральном анализе. Хотя приборы такого типа могут быть использованы и для спектрофотометрического анализа. Для этого следует заменить дугу или искру каким-либо более стабильным источником излучения. Для получения зависимости поглощения от длины волны необходимо 400 000 000 700 ЙЮ 006 Л,яи измерять на фотоэлектрическом микрофотометре интенсивность почернений на фотопластинке при соответствующих длинах волн. Фотоэлементы. Фотоэлементы как приемники излучений наиболее часто используют в современных спектральных приборах, применяемых для количественного фотометрического анализа — фотоэлектроколориметрах, а так»ке в нерегистирующих спектрофотометрах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
