Б.Н. Тарасевич - Основы ИК спектроскопии с преобразованием Фурье. Подготовка проб в ИК спектроскопии (1161694), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Существуют специализированные базы данных, например, нефтепродуктов,растворителей, лекарственных веществ и многие другие.2. Возможность, регистрации спектров поглощения и отражения в любом желаемом виде (А,Т%) и в разных форматах. Изменение масштабов шкал в сочетании с накоплением позволяетполучать спектры в случае очень слабых сигналов.3. Числовое сглаживание спектров уменьшает шумы, хотя вносит некоторые искажения вспектр и ухудшает эффективное разрешение. Операция может быть полезна, например, привоспроизведении спектров с сильной растяжкой по шкале ординат.4.
Сложение и вычитание спектров проводится в шкале оптических плотностей. Цифровоевычитание спектров резко расширило возможности дифференциальной спектроскопии. Привычитании, спектра растворителя из спектра раствора совсем не обязательно, чтобы спектры былизаписаны при одинаковой толщине слоя. Вычитание можно проводить, умножая спектр на любойБ.Н.Тарасевич, «Основы ИК спектроскопии с преобразованием Фурье».стр.
13 из 22коэффициент. Возможно выполнение и других математических операций (дифференцирование,разложение сложных контуров полос на составляющие функции и др.).6. Возможность программирования выполнения эксперимента. Статистическая обработкаспектров и результатов количественных измерений.В Фурье-спектрометрах используются прецезионные оптико-механические компоненты,например, наклон подвижного зеркала в процессе сканирования не должен изменяться больше чемна четверть длины волны. Спектральный интервал, хотя и достаточный для рутинной работы,ограничен средней областью (400 – 4000 см-1),из-за неравномерности излучения тепловогоисточника, близкого к излучению абсолютно чёрного тела.
Вблизи пределов этого интервала резкоувеличиваются шумы (ухудшается отношение сигнал/шум). Длинноволновая (менее 400 или 300см-1) и ближняя (более 5000 см-1) спектральные области требуют различных светоделителей,источников излучения и приёмников. Важно отметить, что для прецезионных работ необходимовакуумирование или осушка прибора (что является одним из немногих недостатковФурье-спектрометров).Оптическая схема и работа ИК спектрофотометра “ИКАР”.В настоящее время фирмы-производители выпускают на рынок множество типовФурье-спектрометров с различными характеристиками в широком ценовом интервале. Ниже нарис. 6 в качестве примера представленафункциональная схема отечественного ИКспектрофотометра с Фурье-преобразованием “ИКАР”.Основными узлами оптической системы прибора является источник ИК излучения , интерферометр, лазерныйтракт, кюветное отделение, ИК - детектор.
Во время работы прибора подвижное зеркало интерферометра совершаетвозврано-поступательное движение. При этом на приемник ИК излучения, расположенный на выходе интерферометра,поступает переменный световой поток.Все элементы конструкции смонтированы на массивном основании.В качестве ИК-источника используется нихромово-керамический излучатель с размерами излучающей площадки 2,4 мм и яркостной температурой 1000 0С. В качестве ИК-приемника используется пироэлектрический приемник,имеющий коэффициент преобразования около 7·10 3 В/Вт, порог чувствительности не более 4·10-10 Вт·Гц1/2. Входноеокно приемника просветлено многослойным напылением, что существенно расширяет его спектральный диапазон.Важнейшим элементом оптической системы, от которого зависит спектральное разрешение и стабильность работыспектрометра, является узел 20 подвижного зеркала 8.
Каретка, на которой установлено зеркало, перемещается нагазовом подшипнике с помощью привода, состоящего из катушки соленоида и постоянного магнита. Поддув газаобеспечивается компрессором 25.Ввод излучения в кюветное отделение, в котором размещается исследуемый образец 34 осуществляетсяпараболическим зеркалом 4, а вывод излучения из него параболическим зеркалом 5. Образец располагается в фокусезеркал 5 и 6. ИК-излучение, выводимое из кюветного отделения зеркалом 8 в виде параллельного пучка, падает наэллиптическое зеркало 6, которое фокусирует его на фоточувствительной площадке ИК-приёмника 17.Светоделитель и компенсатор 9 установлены в оправе, закрепленной под углом 45 0 к оси светового пучка. Вспектрометре используется светоделитель на подложке из бромистого калия с напылением из германия, чтообеспечивает рабочий диапазон 400 4000 см-1 (25 2,5 мкм).
В одной оправе со светоделителем находитсякомпенсатор — пластина из того же материала, что и светоделитель, предназначенная для компенсации оптическойразности хода, вносимой материалом светоделителя, т.е. для обеспечения равенства оптических путей в обоих плечахинтерферометра.Предельный ход оптического зеркала интерферометра составляет 75 мм.Б.Н.Тарасевич, «Основы ИК спектроскопии с преобразованием Фурье».1. Источник ИК излучения2. Поворотное сферическое зеркало3. Диафрагма4,5 Параболические зеркала6.
Эллиптическое зеркало7. Неподвижное зеркало интерферометра8. Подвижное зеркало интерферометра9. Светоделитель и компенсатор10,11 Зеркала12, 13. Линзы14. Приемник лазерного излучения15. Пробастр. 14 из 2216. Гелий-неоновый лазер17. Приемник ИК излучения18. Узел автоюстировки неподвижного зеркала19. Система управления автоюстировкой20. Узел движения подвижного зеркала21.Система управления движениемподвижного зеркала22. Аналого-цифровой преобразователь23.
Интерфейсная плата24. Источник питания25. Компрессор26. Источник питания лазераРис.6. Функциональная схема ИК Фурье-спектрометра “Икар”. (Цветом выделен ходвспомогательного луча газового He-Ne лазера).Кроме основного инфракрасного тракта в интерферометре предусмотрен еще один - оптический трактгелий-неонового лазера для точного измерения волновых чисел.В состав лазерного тракта входят гелий-неоновый лазер 16, линзы 12, 13, плоские поворотные зеркала 10, 11 иприёмник 14 (кремниевый 4-х секционный фотодиод)., а также элементы интерферометра 7, 8, 9. Стабильное лазерноемонохроматическое излучение даёт на выходе интерферометра интерферограмму в виде косинусоиды, котораяобразует точную лазерную шкалу значений оптической разности хода.
Это устройство обеспечивает высокуювоспроизводимость измерений рабочих интерферограмм и точное определение волновых чисел.Для качественной работы интерферометра рабочие плоскости зеркал 7 и 8 должны быть параллельны фронтамплоских волн падающих на них. Это условие нарушается из-за погрешностей перемещения подвижного зеркала,вследствие внешних вибраций, температурных поводок и т.п., что приводит к ухудшению спектрального разрешения иухудшению контраста получаемых интерферограмм.Ручная юстировка обеспечивает правильное положение зеркал лишь на непродолжительное время.
Поэтомуиспользуется система автоматического регулирования положения неподвижного зеркала 7 относительно зеркала 8.Б.Н.Тарасевич, «Основы ИК спектроскопии с преобразованием Фурье».стр. 15 из 22Датчиком положения зеркала 7 служит 4-х квадрантный фотоприёмник 14. Он измеряет разность фаз в четырёхточках поперечного сечения лазерного пучка, в которых расположены квадрантные фотодиоды приёмника Д1, Д2, Д3 иД4. При оптимальной юстировке разность фаз по всему сечению пучка должна равняться нулю.
Разность фаз сигналовдиодов Д1 и Д3 свидетельствует о разъюстировке в горизонтальной плоскости, сигнале диодов Д2 и Д4 ввертикальной плоскости (рабочие поверхности подвижного и неподвижного зеркал и светоделителя лежат ввертикальных плоскостях). По этим сигналам электронная схема вырабатывает токовые сигналы, подаваемые напьезокерамические приводы, которые поворачивают неподвижное зеркало в соответствующих плоскостях, до тех порпока разностные фазовые сигналы не уменьшаться до приемлемо малых значений, т.е.
пока неподвижное зеркало небудет установлено правильно относительно подвижного зеркала интерферометра. Линзы 12 и 13 служат длярасширения лазерного пучка, чтобы обеспечить засветку 4-х квадрантного фотоприёмника 14.Знакомство с методами и приемами подготовки пробв ИК спектроскопии.Разнообразие приемов подготовки проб для съемки ИК-спектров почти беспредельно, иисследователь должен выбрать один из них, наилучшим образом подходящий для решенияконкретной проблемы с учётом свойств исследуемого объекта.
Здесь представлены некоторыеосновные приёмы пробоподготовки.В связи с тем что физическое состояние образца может сильно влиять на его ИК-спектр,целесообразно заранее определить иерархию используемых приемов Последовательность ихприменения определяется поставленными перед исследователем задачами. Например, влаборатории, проводящей химические работы общего характера, спектры жидких нелетучих пробцелесообразно снимать в виде жидких плёнок или раздавленных между солевыми пластинкамикапель.
ИК спектры летучих жидкостей регистрируют в тонких кюветах или в виде растворов, есливещество растворимо, при этом необходимо учитывать собственное поглощение растворителя. Дляорганических порошкообразных веществ логична следующая последовательность: 1) суспензия ввазелиновом масле (или другом разбавителе), 2) таблетка с КВr или спектр диффузного отражения,3) раствор, 4) пиролизат. Такие методы, как нарушенное полное внутреннее отражение (НПВО),обычно оставляют для исследования специальных случаев (например, полимерных материалов).Жидкие пробы.Одним из простейших приемов приготовления образцов является метод жидкой пленки. Онприменяется для получения качественных обзорных спектров нелетучих, нереакционноспособных,нерастворимых жидкостей. Капля вещества сжимается между двумя солевыми пластинками илипомещается на плоскую стеклянную поверхность, а затем “вытирается” солевой пластинкой.Желательно, чтобы в пределах сечения светового луча спектрометра толщина образца была болееили менее одинаковой, без воздушных пузырьков.
Очевидно, что спектры, полученные такимпутем, не очень воспроизводимы, и не пригодны для количественной обработки (толщинапоглощающего слоя неизвестна). Для получения спектров растворимых в летучих растворителяхсмол или лаков тонкий слой соответствующего раствора, нанесенного на солевое окно, аккуратноБ.Н.Тарасевич, «Основы ИК спектроскопии с преобразованием Фурье».стр. 16 из 22высушивают под тепловой лампой, феном или в вакуумном эксикаторе, добиваясь полногоудаления растворителя.В некоторых случаях исследователи предпочитают приготовление проб в виде растворов,хотя этот метод более трудоемок, чем другие, его преимущество заключается в высокойвоспроизводимости и в возможности выполнять количественные измерения.Рис.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
