что такое спектрометр для чего его применяют

Содержание

Спектрометр

250px NSRW Spectroscope1

magnify clip

250px 6000b

magnify clip

Спектрометр (лат. spectrum от лат. spectare — смотреть и метр от др.-греч. μέτρον — мера, измеритель) — оптический прибор, используемый в спектроскопических исследованиях для накопления спектра, его количественной обработки и последующего анализа с помощью различных аналитических методов. Анализируемый спектр получается путем регистрации флуоресценции после воздействия на исследуемое вещество каким-либо излучением (рентгеновским или лазерным излучением, искровым воздействием и др.). Обычно измеряемыми величинами являются интенсивность и энергия (длина волны, частота) излучения, но могут регистрироваться и другие характеристики, например, поляризационное состояние. Термин «спектрометр» применяется к приборам, работающим в широком диапазоне длин волн: от гамма до инфракрасного диапазона.

Содержание

Методы регистрации спектров

Для регистрации спектра могут использоваться полупроводниковые детекторы, сцинтилляционные счётчики, либо детекторы на базе ПЗС линейки или ПЗС матрицы. Спектрометры могут различаться по спектральному диапазону, спектральной чувствительности, оптической схеме. При интерпретации спектров в большинстве случаев производится сравнение полученного спектра со спектром вещества известного состава. Ранние спектроскопы представляли собой простые призмы с градуировкой, обозначающей длины волн света, в современных приборах также используется дифракционная решётка.

Типы спектрометров

Различают следующие типы спектрометров:

История

Предком спектрометра является спектроскоп. Спектроскоп был изобретён Йозефом Фраунгофером в начале XIX века. В нём свет прошедший через щели и коллимирующие линзы превращался в тонкий пучок параллельных лучей. Затем свет проходил через призму, которая за счёт дисперсии расщепляла пучок на спектр (разные длины волн отклоняются на разные углы). Изображение наблюдалось через трубку со шкалой, накладываемой на спектральное изображение, позволяя таким образом проводить измерения.

С изобретением фотографической пленки был создан более точный прибор: спектрограф. Работая по такому же принципу, он имел фотокамеру вместо наблюдательной трубки. В середине двадцатого века камера сменилась трубкой электронного фотоумножителя, что позволило значительно увеличить точность и проводить анализ в реальном времени.

Современные спектрометры оснащены цифровыми камерами для просмотра в реальном времени, работают с компьютерами и коммутаторами, обладают встроенными охладителями и контрольными системами.

Применение

Спектроскопы часто используются в астрономии и некоторых направлениях химии. Их основные области применения:

Источник

Спектрометр своими руками за 5 долларов и немного OpenCV

81e8127611187fc6c7c43f306b85d368

В освоении физики лабораторные эксперименты проясняют понятия гораздо лучше лекций. Но из-за пандемии у автора статьи, переводом которой мы делимся к старту флагманского курса о Data Science, уже больше года не было лабораторных занятий; при этом большинство экспериментов последнего курса физики требуют сложных, дорогих приборов. Но автору бросились в глаза эксперименты со спектроскопом, и он решил из подручных материалов сделать свой, недорогой цифровой спектрометр, а для анализа вывода прибора написал программу на Python.

1. Немного теории спектрографии

Спектрометр — прибор, используемый для измерения свойств света. Это позволяет учёным использовать этот прибор для огромного количества экспериментов, таких как определение материалов, обнаруженных в объектах из повседневной жизни, или определение элементов, обнаруженных на далёких звёздах и планетах.

Основная концепция спектрометра заключается в том, что «неизвестный» луч света подаётся на оптический элемент, разделяющий луч по длинам волн, присутствующих в «неизвестном» луче света. Каждая длина волны отклоняется на разную величину, поэтому, измеряя отклонение, можно определить длины волн в «неизвестном» луче света, что потенциально может дать больше информации об источнике света, даже если он возник на расстоянии миллионов километров.

Спектрометр тогда и сейчас

В прежние времена учёные использовали призмы для разделения луча света на составляющие и поворотный окуляр для измерения углового отклонения длины волны каждой составляющей. Однако совсем недавно призму заменили дифракционной решёткой, которая служит той же цели, что и призма, а окуляр заменили подключённым к компьютеру электронным фоторецепторным блоком.

2. Материалы

Все материалы довольно легко найти, и, возможно, они уже есть у вас дома):

чёрная картографическая бумага;

Без веб-камеры обошёлся дешевле 5 долларов.

dc4d6f5364abec4717e668e6b2f838d2 92b93c06d9aa0e157041b496c8ad05c9 33f35d0c1d2f266c25dadb99155f5c3a 3069c389af98e9eb2d62a560af62e37d

3. Расчёт корпуса

Корпус мог быть изготовлен с использованием любого вида коробки, но я решил сделать его с нуля, чтобы он идеально подходил по размеру для моей веб-камеры. Начните с измерения веб-камеры. Сложите коробку в соответствии со следующими измерениями:

длина — от 20 до 25 см;

ширина — на 2 см больше ширины веб-камеры;

высота — на 1 см выше, чем высота веб-камеры.

Прочертите 6 граней коробки в соответствии с размерами на листе картона, кусочки отрежьте ножом. На задней панели сделайте прорезь, через которую можно пропустить кабель веб-камеры, а на передней панели — прорезь размером 2×1 см посередине на высоте объектива камеры. Приклейте все грани на лист чёрной картографической бумаги, разрежьте бумагу по границам картонных кусочков и склейте. Чтобы избежать путаницы, можно разметить грани карандашом.

4. Сборка корпуса

b033fe0e2bfdee2bef174c341ed4f928 857ac150e23d18c0b165e98111d647a9 e5b4b0bfcd0adc84bbad09d1cc68628f

Возьмите нижнюю грань и две боковые грани и поместите их рядом. Лентой соедините три части вместе, затем, убедившись, что ориентация граней сохраняется, прикрепите переднюю и заднюю грани дополнительной лентой. Верхняя грань прикреплена вдоль одного края, так что мы можем открыть корпус, верхняя грань будет откидной крышкой на случай, если нам потребуется позже что-то изменить. Чтобы свет не проникал через верх, отрежьте ещё несколько кусочков картона, сделав небольшое перекрытие. Загляните в корпус через одну из щелей и убедитесь, что в коробку не проникает свет. Чтобы закрыть зазоры, можно использовать дополнительный слой изоленты или любой другой непрозрачной ленты.

5. Делаем прорезь

c35f97db9a7cfeebd76e6699abf8775f

Чтобы сделать входную щель, приклейте одно из лезвий вертикально, чтобы закрыть часть щели на передней поверхности. Приклейте второе лезвие бритвы рядом с первым, используя один лист бумаги, чтобы создать тонкий зазор между двумя лезвиями. Приклейте изолентой второе лезвие и ею же закройте все зазоры, чтобы свет не попадал в корпус.

Читайте также:  Еда с червями во сне

6. Дифракционная решётка из CD-диска

ed99b1006cc0cc5c51b126d18361d1a1 0d24bc5b0d5f8c01bcff26e35e9b429d 458c6e1dc8d15b5b13fcda94b7c74544

Этот шаг в проекте — самый важный. Дифракционная решётка отвечает за разделение луча света в соответствии с длиной волны. Одним из вариантов было бы просто купить дифракционную решётку. Они обычно доступны в Интернете примерно за 4–5 долларов. Другой вариант — использовать в качестве решётки старый DVD-диск; результат будет схожим с результатом от решётки за 5 долларов. Сначала разрежьте диск ножницами. Углубляясь в диск, вы заметите, что он состоит из двух слоёв, которые начнут отделяться. Полностью отделите их друг от друга и выбросьте слой с серебряным покрытием. Отрежьте четверть от второй половины и выровняйте края, чтобы получился прямоугольник чуть больше ширины объектива.

Крепление решётки на камеру

595a699597786ff49bf53b222947ca65 2952f6d2c8651bfb6af3ae47cab0dabf 5d1d0aa0100f8c91454378df65bf1834

Затем приклейте этот кусочек на объектив. Обязательно работайте с временным клеем, чтобы на случай, если вы захотите использовать веб-камеру для чего-то другого, дифракционную решётку можно было убрать.

Примечание: один из важных шагов, чтобы соорудить ваш спектрометр, — сделать так, чтобы концентрические канавки вдоль диска были выровнены вертикально, то есть они должны быть параллельны прорези. Если это не так, дифракции не будет.

7. Установка камеры

9811cdc7a588f63566ccafbf11fa9745 fe3d4e0d56d18df02f4582b0c96527af

Как только дифракционная решётка будет прикреплена к веб-камере, пропустите кабель через заднюю прорезь корпуса и поместите веб-камеру в заднюю часть корпуса под углом 30 ° относительно передней поверхности и выровняйте с прорезью спереди. Прежде чем установить веб-камеру на место, подключите её к компьютеру и откройте приложение камеры. Направьте спектрометр на источник света и регулируйте положение веб-камеры до тех пор, пока спектр дифракции не окажется в центре изображения. Теперь можно двусторонней лентой приклеить веб-камеру к нижней грани.

8. Тестирование

3892355e3889b05406ac0cd583cdb15a image loader

Чтобы проверить, правильно ли работает ваш спектрометр, наведите его на источник света и регулируйте высоты источника и спектрометра до тех пор, пока они не выровняются. Подойдёт стопка книг или что-то ещё, а я решил подложить несколько старых рулонов нити 3D-принтера. Подключите веб-камеру к компьютеру и откройте приложение камеры. На изображении должен быть чёткий дифракционный спектр.

9. Работа с ПО спектрометра

image loader image loader

Простое представление спектра даёт немного информации, поэтому, чтобы построить график интенсивности света, я разработал программу на Python. Она вычисляет относительное расстояние между «пиками», которое может использоваться в определении длин волн источника света. Чтобы запустить программу, нужно установить Python и несколько библиотек с открытым кодом:

Установив библиотеки, можно клонировать программу анализатора спектра из этого репозитория. Затем запустите программу и вы увидите фид веб-камеры. Наведите камеру на источник света и, чтобы захватить интересующую область, на клавиатуре нажмите кнопку «r». Щёлкните и проведите мышью по спектру и нажмите Enter. Как только выбрана нужная область, нажмите кнопку «s», чтобы захватить кадр и проанализировать интенсивность через визуализацию. Для выхода из программы можно нажать «q».

10. Результаты

da863a603ff625c28807cd5285973334 0385718b6e76f419096e8cca7afd4f29 42b3f8e465bbc24ad198632eb2b5bda6 891b36e22732eb225d19f177998c1a64 74d4d9ce37893dc080f932809fe849ed

Чтобы измерить длины волн определённого источника света, можно начать с источника света с известной длиной волны, такого как лазер, и определить соотношение между положением пиков и длиной волны.

Есть и другие интересные эксперименты, например, можно определить и измерить содержание натрия в поваренной соли или содержание хлорофилла в оливковом масле. При помощи этого недорогого спектрометра можно проводить разные простые и интересные эксперименты прямо у себя дома. А если вам интересно экспериментировать и с другими видами данных, понимать их, отличать сезонные явления от реальных тенденций и делать корректные выводы, вы можете присмотреться к нашему флагманскому курсу о Data Science, где студенты получают опыт, равный опыту после трёх лет самостоятельного изучения науки о данных. Или, если вам больше по душе программирование, вы можете обратить внимание на курс о Fullstack-разработке на Python.

image loader

Узнайте, как прокачаться и в других специальностях или освоить их с нуля:

Источник

Что такое спектрометры, их виды и принцип работы

Спектрометр – это аналитический прибор, принцип работы которого основан на накоплении, обработке и анализе спектра излучения. Получают этот спектр методом облучения образца и регистрации появляющейся флуоресценции. Замеряется длина, частота волн, интенсивность излучения.

1 spectrometers

Спектрометры служат для анализа элементного состава веществ

По способу разложения спектра эти приборы бывают:

По принципу действия виды спектрометров разделяют на:

Рассмотрим детальнее типы спектрометров.

Н2 Принцип работы и сфера применения инфракрасного спектрометра
Принцип работы основан на возбуждении степеней свободы при облучении образца ИК-излучением. По спектрам пропускания и отражения, которые зависят от строения атомов, их масс, распределения заряда и т.д., можно судить об особенностях материала.
Преимущества инфракрасных спектрофотометров:

2 spectrometers

Инфракрасный спектрометр ФСМ-1202 в деле

Применяются ИК-спектрометры в следующих отраслях промышленности:

Кроме того, одна из основных технических характеристик данных спектрометров – простота в использовании. Поэтому подобные приборы нередко используют в криминалистике, экологическом контроле и других смежных областях, требующих быстрого получения результатов анализа.

Атомно-абсорбционный спектрометр – принцип действия и сфера применения

Принцип работы этих приборов основан на методе количественного элементного анализа по атомным спектрам абсорбции:

3 spectrometers

Атомно-абсорбционный спектрометр серии SensAA

Основной недостаток заключается в том, что образцы перед началом эксперимента требуется переводить в раствор. Того требуют особенности устройства спектрометра.

Данные приборы применяются:

Как работают и где применяются рентгенофлуоресцентные спектрометры

Работают РФ-спектрометры по следующему принципу:

Эти приборы используются для того, чтобы определять содержание различных хим. элементов в веществах. При этом их физическое состояние неважно – опыты можно проводить и с газом, и с жидкостью и с твердым телом. Таким способом можно определить наличие и процентное содержание металлов, в том числе и драгоценных, кальция, йода, серы, хлора, провести анализ почвы, воды, минералов.

4 spectrometers

Работа с рентгенофлуоресцентным спектрометром

Рентгенофлуоресцентные спектрометры применяются в:

Часто приборы можно встретить в криминалистических и судебно-медицинских лабораториях.

Что такое масс-спектрометры и в каких отраслях они применяются

Принцип работы этих приборов основан на измерении отношения массы атома к его заряду. На нейтральный атом не действуют ни магнитные, ни электрические поля. Но если добавить или отнять один или несколько электронов, он станет ионом. То, как он движется, определяет его масса и заряд. Если заряд известен, вычисляется его масса.

Читайте также:  что такое пожарно техническое вооружение

Функционируют масс-спектрометры следующим образом:

5 spectrometers

Так выглядит лабораторный масс-спектрометр

Масс-спектрометры применяются для определения относительного количественного состава атомов элемента (-ов) в смеси. Метод используется в:

Нередко приборы попадают на вооружение к экологическим службам и отделам криминалистической экспертизы.

Где применяются Фурье-спектрометры и по какому принципу работают

Эти приборы представляют собой доработанные интерферометры Майкельсона, облучаемые определенным способом. При этом одно зеркало перемещается с неизменной скоростью. Результат – полученная на выходе кривая подвергается Фурье-анализу. Такой способ зачастую более эффективен, чем обычный прямой анализ спектра.

6 spectrometers

Рабочее место лаборанта, оборудованное ИК Фурье-спектрометром ФСМ-1201

Используются приборы при исследованиях в инфракрасном спектре колебательно-вращательных спектров различных газов. Этот метод применяется для анализа атмосферы Земли и других планет.

Н2 Какой спектрометр подойдет для вашей лаборатории

Мы разобрали, что измеряет спектрометр, принципы функционирования разных устройств. Выбор подходящего прибора зависит от деятельности предприятия. В любом случае современные аналитические приборы дают очень точные результаты, поэтому покупать спектрометр следует исходя из:

Если желаете получить более подробную консультацию, касательно того, какой спектрометр подойдет вам, описание деятельности вашей лаборатории упростит процесс выбора. Обращайтесь за консультацией к менеджерам компании «Спектраналит». Все они практикующие лаборанты и будут рады дать экспертную оценку.

Источник

natural history mini

book scienceforum mini

2003 image001

Znak natc konkurs

diplom ruk big

Spivak

image 2003 5 600

image 2003 4 200

ПОНЯТИЕ И ВИДЫ СПЕКТРОМЕТРА.

Анализируемый спектр получается путем регистрации флуоресценции после воздействия на исследуемое вещество каким-либо излучением (рентгеновским или лазерным излучением, искровым воздействием и др.). Обычно измеряемыми величинами являются интенсивность и энергия (длина волны, частота) излучения, но могут регистрироваться и другие характеристики, например, поляризационное состояние.

Спектр, лежащий в фокальной плоскости, можно рассматривать глазом с помощью окуляра. Такой прибор называется спектроскопом. В спектрографах такой спектр регистрируется на фотопластинку или иной многоканальный приёмник излучения. Если выходную щель и отклоняющий свет элемент (призма или дифракционная решётка) перемещать друг относительно друга, то получим монохроматор, в котором используются разнообразные по принципу действия приёмники излучения.

По способу разложения в спектр различают следующие спектрометры: дифракционный, призменный и интерференционный.

По принципу действия можно выделить следующие виды спектрометров:

Рентгено-флуоресцентный спектрометр;

Атомно-эмиссионный спектрометр;

Масс-спектрометр;

Атомно-абсорбционный спектрометр;

Рамановский спектрометр[4].

Рентгено-флуоресцентный спектрометр

Спектрометр данного типа предназначен для определения содержания химических элементов в различных веществах, находящихся в твердом, порошкообразном или растворенном состояниях, а также нанесенных на поверхности и осажденных на фильтры. С его помощью можно определить содержание железа, золота, драгметаллов, кальция, серы, калия, йода, цинка, фосфора, хлора, проанализировать почву, воду и минералы.

Интенсивность спектральных линий говорит о количественном содержании того или иного элемента. Концентрация рассчитывается методом сравнения с известными значениями стандартных образцов (наличие самих образцов при этом не требуется).

Атомно-эмиссионный спектрометр

На рисунке 1 приведена функциональная схема атомно-эмиссионного спектрометра. Он состоит из следующих основных частей:

Интенсивность спектральной линии анализируемого элемента, помимо концентрации анализируемого элемента, зависит от большого числа различных факторов. По этой причине рассчитать теоретически связь между интенсивностью линии и концентрацией соответствующего элемента невозможно. Вот почему для проведения анализа необходимы стандартные образцы, близкие по составу к анализируемой пробе. Предварительно эти стандартные образцы экспонируются (прожигаются) на приборе. По результатам этих прожигов для каждого анализируемого элемента строится градуировочный график, т.е. зависимость интенсивности спектральной линии элемента от его концентрации. Впоследствии, при проведении анализа проб, по этим градуировочным графикам и производится пересчет измеренных интенсивностей в концентрации.

Подготовка проб для анализа.

Следует иметь виду, что реально анализу подвергается несколько миллиграммов пробы с ее поверхности. Поэтому для получения правильных результатов проба должна быть однородна по составу и структуре, при этом состав пробы должен быть идентичным составу анализируемого металла. При анализе металла в литейном или плавильном производстве для отливки проб рекомендуется использовать специальные кокили. При этом форма пробы может быть произвольной. Необходимо лишь, чтобы анализируемый образец имел достаточную поверхность и мог быть зажат в штативе. Для анализа мелких образцов, например прутков или проволоки, могут быть использованы специальные адаптеры.

ИК спектрометр

Основные преимущества ИК спектрометров:

Масс-спектрометр

Нейтральный атом не подвержен действию электрического и магнитного поля. Однако, если отнять у него или добавить ему один и более электронов, то он превратится в ион, характер движения которого в этих полях будет определяться его массой и зарядом. Строго говоря, в масс-спектрометрах определяется не масса, а отношение массы к заряду. Если заряд известен, то однозначно определяется масса иона, а значит масса нейтрального атома и его ядра.

Образование положительно заряженного иона, путем выбивания одного или нескольких электронов из атома (масс-спектрометры всегда работают с положительными ионами).

Ионы ускоряются таким образом, чтобы у всех была одна и та же кинетическая энергия.

Этап 4: Детектирование

Пучок ионов, прошедший через прибор, детектируется электронными средствами.

В соответствии с конструкцией анализатора масс существуют пять ос­новных типов масс-спектрометров (МС):

1) секторные магнитные и (или) электрические МС

Ионы, покидающие источник ионов, ускоряются и про­ходят через сектор, в котором магнитное (или электрическое) поле прикладывается перпендикулярно к направлению их дви­жения. Поле изгибает траекторию полета ионов и принуждает ионы с различным отношением m/z разлетаться веером. В ска­нирующем анализаторе масс изменяют силу электрическо­го или магнитного поля, при этом каждый раз регистрируется только одна масса. В несканирующем анализаторе все мас­сы регистрируются одновременно с помощью многоканального детектора;

2) квадрупольные МС

3) МС с ионной ловушкой

С помощью различных высокочастотных сигналов, которые прилагаются к кольцево­му электроду и концевым заглушкам, все ионы улавливаются в полости и затем последовательно испускаются соответственно величине их отношений m/z. После прохождения через ускоряющую разность потенциалов ион с зарядом z, массой m и скоростью v при­обретает кинетическую энергию Е=zV=mv2/2);

4) времяпролетные МС

Времяпролетные масс-спектрометры отличаются тем, что в них с по­мощью, например, импульса ионизирующего лазера или с помощью импульса высокого напряжения в электрическом затворе ионы стартуют в одно и то же время. Времяпролетные масс-спектрометры (ВП-МС) обычно менее до­рогие, чем другие типы масс-спектрометров. По сравнению с квадрупольными МС и многими секторными МС они обладают тем пре­имуществом, что регистрируют массы всех ионов без сканирования, что способствует их высокой чувствительности. Однако у ВП-МС меньшая разрешающая способность и меньший интервал регистри­руемых масс, чем у масс-спектрометров с преобразованием Фурье (МС-ПФ);

Читайте также:  что такое отложенные обязательства в бюджетном учете

5) МС с преобразованием Фурье

Принцип работы масс-спектрометра с преобразованием Фу­рье (МС-ПФ).

Замечательной особенностью МС-ПФ является высокое разрешение (Л), которое обычно превышает 100000.

Существенное улучшение информационного содержания спектров до­стигается фрагментацией образца, которое можно осуществить, напри­мер, в ионизационной камере или в полости ионной ло­вушки анализатора масс, заполненной инертным газом, например аргоном[7].

Анализ масс-спектрометром смеси атомов различной массы позволяет определить их относительное содержание в этой смеси. В частности, может быть установлено содержание различных изотопов какого-либо химического элемента[2].

Атомно-абсорбционный спектрометр

Минимально определяемые концентрации.

Пределы обнаружения большинства элементов в растворах при атомизации в пламени 1-100мкг/л, в графитовой печи в 100-1000 раз ниже. Абсолютные пределы обнаружения в последнем случае составляют 0,1-100 пг.

Источником линейчатого излучения в спектрометрах чаще всего служат одноэлементные лампы с полым катодом, заполняемые неоном. Для определения некоторых легколетучих элементов (Cd, Zn,Se, Те и др.) удобнее пользоваться высокочастотными безэлектродными лампами.

Также в измерительных приборах для экспериментальных работ используют лазеры. Так как лазеры достаточно интенсивны, чтобы перевести атомы на более высокие энергетические уровни, они позволяют производить атомную абсорбцию и атомные измерения флюоресценции в единственном приборе. Неудобство этих узкополосных источников в том, что за один раз можно измерить только один элемент.

Атомная абсорбция (АА) в пламени может проанализировать только растворы, в то время как AA в графитовой печи может принять растворы, жидкие растворы, или твердые образцы. Наиболее часто используют пламя смесей ацетилена с воздухом (максимальная температура 2000°С) и ацетилена с N2O (2700°С). Горелку со щелевидным соплом длиной 50-100 мм и шириной 0,5-0,8 мм устанавливают вдоль оптической оси прибора для увеличения длины поглощающего слоя.

Для монохроматизации излучения используют призмы или дифракционные решетки (при этом достигают разрешения от 0,04 до 0,4 нм)[8].

При атомно-абсорбционном анализе необходимо исключить наложение излучения атомизатора на излучение источника света, учесть возможное изменение яркости последнего, спектральные помехи в атомизаторе, вызванные частичным рассеянием и поглощением света твердыми частицами и молекулами посторонних компонентов пробы. Для этого пользуются различными приемами, например, модулируют излучение источника с частотой, на которую настраивают приемно-регистрирующее устройство, применяют двухлучевую схему или оптическую схему с двумя источниками света (с дискретным и непрерывным спектрами). Наиболее эффективна схема, основанная на зеемановском расщеплении и поляризации спектральных линий в атомизаторе. В этом случае через поглощающий слой пропускают свет, поляризованный перпендикулярно магнитному полю, что позволяет учесть неселективные спектральные помехи, при измерении сигналов, которые в сотни раз слабее.

Преимущества АА анализа:

Недостатки АА анализа:

Фурье-спектроскопия является эффективным методом изучения колебательных спектров веществ.

На рисунке 2 изображена оптическая схема фурье-спектрометра:

Пусть разность хода между двумя интерферирующими пучками изменяется по закону Δ = 2vt. При монохроматическом освещении интерферометра интенсивность света, попадающего в приемник 2, изменяется синусоидально: сигнал приемника промодулирован с частотой W = 2kv = 2wv/c. Частота модуляции W зависит от оптической частоты w монохроматического излучения. Измеряя W, можно найти w, т.е. получить информацию о спектре источника. Для получения необходимого спектрального распределения интенсивности излучения по длинам волн (частотам) используют преобразование Фурье. Чем, собственно, и обуславливается название данного метода анализа.

Таким образом, процесс получения спектра методом Фурье-спектрометра сводится к следующим этапам:

— измерение F(Δ) путем регистрации сигнала как функции изменения оптической разности хода;

— экспериментальное определение значения F(0), т.е. регистрация сигнала в точке нулевой разности хода (разность хода в интерферометре будет равна нулю, если оптические длины пути лучей /светоделитель/зеркало/ обоих плеч будут равны). Этой точке соответствует абсолютный максимум отсчетов F(Δ);

Разрешающая способность Фурье-спектрометра.

Разрешающая способность, полученная в спектре, зарегистрированном на Фурье-спектрометре, определяется разностью хода Δ. Оказывается, однако, что разность хода можно делать сколь угодно большой только при достаточно малом входном отверстии. При конечном размере входной диафрагмы после отражения от коллиматора возникают пучки, непараллельные строго оптической оси прибора. Из-за разного наклона разность хода для таких пучков оказывается немного различной, что приводит к уширению аппаратной функции прибора. Чтобы ослабить этот эффект, приходится уменьшать входную диафрагму, однако уменьшение диафрагмы приводит к уменьшению сигнала и, следовательно, к ухудшению отношения сигнал / шум в спектре. На практике часто именно минимально возможная диафрагма и определяет спектральное разрешение.

Таким образом, реальное предельное разрешение фурье-спектрометров очень часто определяется энергетическими условиями: яркостью источника излучения, светосилой, чувствительностью приемника излучения и т.п. В современных приборах высокого класса, снабженных стандартными источниками излучения для измерения спектров поглощения, предельное разрешение составляет около 0,002 см-1[8].

1. Выигрыш Жакино. Есть возможность использовать большие телесные углы у источника и приемника. Таким образом через прибор проходит больше светового потока, следовательно происходит более полное использование анализируемого излучения.

2. Выигрыш фелжетта. В каждый момент времени регистрируется весь спектр, поэтому в Фурье-спектрометрах более высокое соотношение сигнал/шум, чем в дифракционных или призменных приборах.

3. Отсутствие ограничений в спектральном разрешении за счет размеров оптических элементов. Трудно ожидать, что размеры дифракционных решеток или тем более призм будут больше 50 см. Таким образом, естественным пределом разрешения приборов, использующих пространственную дисперсию, является величина 0,02 см-1. В то же время уже сейчас налажен серийный промышленный выпуск фурье-спектрометров с разрешением до 0,002 см-1.

4. Поскольку фурье-спектрометры не требуют очень узких входных и выходных щелей, требования к созданию оптических схем без аберраций при их конструкции сильно снижаются. По этой причине становится возможным создание оптических схем с большим отношением диаметра объектива к его фокусу (относительным отверстием), обычно 1 : 3, что делает такие приборы более компактными по сравнению со щелевыми[4].

Литература

1. Методы спектрального анализа. А.А. Бабушкин. 1962.

2. Методы спектрального анализа. Л.В. Левшин и др. 1962.

3. Прикладная ИК спектроскопия. Основы, техника, аналитическое применение. А. Смит. 1982.

4. Спектральные приборы и техника спектроскопии. И.М. Нагибина, В.К. Прокофьев. 1967.

5. Спектроскопия. Юрген Беккер. 2009

6. Справочник по лазерам, том 1. А. М. Прохоров. 1978

7. Справочник по лазерам, том 2. А.М. Прохоров. 1978

8. Техника и практика спектроскопии. А.Н. Зайдель. Г.В. Островская, Ю.И. Островский. 1972 год.

Источник

DACHARAI - самый большой ресурс для садовода
Adblock
detector