Садовского эффект самодиффузия самоиндукция
жүктеу/скачать 3.15 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Бездифракционная С. а. р.
- СПЕКТРАЛЬНАЯ СВЕТОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
- СПЕКТРАЛЬНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ
- Общая классификация методов спектрометрии
- 1. Одноканальные С. п. с пространственным разделением длин волн
- Спектрометры высокого разрешения
- Двухлучевые спектрофотометры (СФ).
- Однолучевые нерегистрирующие спектрофотометры
- Спектрометры комбинационного рассеяния
- Скоростные спектрометры (хроноспектрометры)
- 2. Многоканальные С. п. с пространственным разделением длин волн
- Пламённые (атомно-абсорбционные) спектрофотометры
Дифракционная С. а. р. основана на разложении рентг. излучения в спектр с помощью дифракции рентг. лучей, В состав этой С. а. р. входят: рентг. трубка, источник её питания, диспергирующий элемент (кристалл-анализатор или дифракц. решётка), детектор рентг. излучения и электронная аппаратура, питающая его и регистрирующая его импульсы. В прецизионной С. а. р. применяются либо кристаллы-анализаторы, представля- 702
ющие собой почти идеальные кристаллы, изогнутые по поверхности кругового цилиндра или сферы (рис., а) либо сферически вогнутые дифракц. решётки (рис., б). В аналитич. С. а. р. используют либо изогнутые кристаллы, либо плоские кристаллы с многопластинчатым коллиматором Соллера, 
Оптич. схемы рентг. спектрометров: а — фокусирующий спектрометр с кристаллом-анализатором К; б — фокусирующий спектрометр с дифракц. решёткой G; в — спектрометр с плоским кристаллом К и коллиматором Соллера (C1 и С2); S — источник излучения; S1 и S2 — щели; f — фокальная окружность, О'— её центр; О—центр окружности, по к-рой изогнут кристалл или центр вогнутой поверхности решётки; D — детектор; Р — фотокатод; М — ВЭУ. ограничивающим угловую расходимость падающего на кристалл излучения от неск. угловых минут до 1° (рис., в). Детекторами в С. а. р. чаще всего служат пропорциональные, сцинтилляционные или ПП счётчики фотонов, а для мягких рентг. лучей — фотокатоды с вторичным электронным умножителем (ВЭУ) открытого типа или каналовым умножителем. С. а. р., предназначенная для одновременной регистрации одной-двух линий спектра, наз. рентг. спектрометром (при фоторегистрации — спектрографом), а при одноврем. регистрации многих (до 24) линий спектра — рентг. квантометром, или многоканальным спектрометром. Выходы каналов могут быть введены в ЭВМ для дальнейшей обработки информации. Нек-рые спектрометры всю программу получения и записи результатов выполняют автоматически.
изотопными источниками, либо миниатюрными рентг. трубками, анодный ток к-рых не превосходит неск. мкА. Бездифракц. С. а. р. обладает сравнительно невысокой разрешающей способностью. Микроанализаторы основаны на возбуждении первичного рентг. излучения образца электронным зондом диам. ок. 1 мкм, разложении этого излучения в спектр и его регистрации. Для получения тонкого электронного зонда используют электронную пушку и фокусирующие магн. линзы. Применение светосильных фокусирующих спектрометров с изогнутыми кристаллами или вогнутой дифракц. решёткой позволяет при токе зонда всего в неск. мкА получить спектр образца в данной точке. Если зонд сканирует по поверхности образца синхронно со строчной развёрткой телевиз. устройства, на вход к-рого подан выходной потенциал детектора спектрометра, то можно получить увеличенное изображение сканируемой поверхности в лучах того элемента, на к-рый настроен спектрометр. В совр. микроанализаторах часто используют два рентг. спектрометра, один — с кристаллом-анализатором, другой — с дифракц. решёткой. Это позволяет выполнить локальный анализ всех элементов, начиная с Li. • Б л о х и н М. А., Методы рентгеноспектральных исследований, М., 1959; его же, Рентгеноспектральная аппаратура, «ПТЭ», 1970, №2; Плотников Р. П., Пшеничный Г. А., Флюоресцентный рентгенорадиометрический анализ, М., 1973; Электронно-зондовый микроанализ, пер. с англ., М., 1974; Рентгенотехника. Справочник, кн. 2, М., 1980. М. А. Блохин. СПЕКТРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ величины, характеризующей излучение (напр., потока излучения, силы света), отношение рассматриваемой величины, взятой в бесконечно малом спектр. интервале, содержащем данную длину волны , к ширине этого интервала d. Вместо могут использоваться частоты, волновые числа или их логарифмы. График зависимости С. п. к.-л. величины от спектр. координаты характеризует распределение излучения ПО спектру. Д. Н. Лазарев. СПЕКТРАЛЬНАЯ СВЕТОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ излучения (устар. назв. — видность), отношение светового потока монохроматич. излучения к соответствующему полному потоку излучения. Обозначается К(). При длине волны =555 нм приобретает макс. значение Kмакс=683 лм•Вт-1. Величины С. с. э. К () и относительная С. с. э. (относительная видность) V()=К ()/Кмакс лежат в основе построения системы световых величин. СПЕКТРАЛЬНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ приёмника оптического излучения, отношение величины, характеризующей уровень реакции приёмника, к потоку или энергии монохроматич. излучения, вызывающего эту реакцию. Различают абсолютную С. ч., выражаемую в именованных единицах (напр., А/Вт, если реакция приёмника измеряется в А), и безразмерную относительную С. ч.— отношение С. ч. при данной длине волны излучения к макс. значению С. ч. или к С. ч. при нек-рой др. длине волны. С. ч. глаза человека — то же, что и спектральная световая эффективность излучения (видность). См. также Приёмники оптического излучения. Д. Н. Лазарев. СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЛИНИИ, линии в спектрах испускания или поглощения атома (либо др. квант. системы), отвечающие определ. излучательным квантовым переходам. С. л. характеризуются узким интервалом частот (длин волн) — шириной спектральной линии. Миним. ширина С. л. наз. естественной или радиационной, она отвечает переходу в изолиров. атоме (или в системе неподвижных и невзаимодействующих атомов). С. л. дополнительно уширяется вследствие хаотич. теплового движения атомов или молекул (доплеровское уширение, см. Доплера эффект), Штарка эффекта или любого другого вз-ствия квант. системы. С. л. приближённо можно считать монохроматическими с длиной волны, отвечающей максимуму интенсивности С. л. испускания (или минимуму С. л. поглощения). СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, приборы для исследования в оптич. диапазоне (10-3—103 мкм; см. Спектры оптические) спектр. состава эл.-магн. излучений по длинам волн, нахождения спектр. хар-к излучателей и объектов, взаимодействовавших с излучением, а также для спектрального анализа. С. п. различаются методами спектрометрии, приёмниками излучения, исследуемым (рабочим) диапазоном длин волн и др. хар-ками. Принцип действия большинства С. п. можно пояснить с помощью имитатора, изображённого на рис. 1. Форма отверстия в равномерно освещённом экране 1 соответствует ф-ции f(), описывающей исследуемый спектр — распределение энергии излучения по длинам волн К. Отверстие 
703
в экране 2 соответствует ф-ции а(-'), описывающей способность С. п. выделять из светового потока узкие участки в окрестности каждой '. Эту важнейшую хар-ку С. п. наз. функцией пропускания или аппаратной функцией (АФ), — её ширина. Процесс измерения спектра f() прибором с АФ а(-') можно имитировать регистрируя изменения светового потока, проходящего через отверстие при перемещении (сканировании) экрана 2 относительно экрана 1. Результат F() измерений исследуемого спектра f() 
Рис. 2. Классификация методов спектрометрии по способам разделения длин волн. Контуры шириной символически изображают аппаратные функции (АФ). В одноканальных методах (1 и 3) применяется сканирование (символ ), в многоканальных (2 и 4) — сканирование отсутствует и измерение интенсивности излучения ряда длин волн ', ", "', . . . производится одновременно. прибором с АФ а(-') описывается интегралом: F()=∫a(-')/()d(), наз. свёрткой ф-ции f с ф-цией а. Чем меньше ширина ф-ции а(-'), тем точнее прибор передаёт истинный контур f(). Тождество F()f() достигается лишь при бесконечно узкой АФ. Ширина АФ наряду с рабочим диапазоном — осп. хар-ка С. п., она определяет спектральное разрешение и спектральную разрешающую способность R = /. Чем шире АФ, тем хуже разрешение (и меньше R), но больше поток излучения, пропускаемый прибором, т. е. больше оптич. сигнал и отношение сигнала к шуму (М). Шумы в общем случае пропорциональны () — полоса пропускания приёмного устройства). Чем шире f, тем выше быстродействие прибора и меньше время измерения, но больше шумы (меньше М). Взаимосвязь величин R, М, определяется соотношением: RМ()=К(). Показатели степени и принимают разл. положит. значения в зависимости от конкретного типа С. п. Константа К, зависящая только от , определяется конструктивными пара- метрами данного типа С. п. и накладывает ограничения на величины R,
Рассмотренный принцип действия С. п. относится к одноканальным методам спектрометрии. В распространённых наряду с ними многоканальных методах сканирование не применяется, и излучения различных регистрируются одновременно. Это соответствует наложению на экран 1 неподвижного экрана с вырезанными N контурами АФ для разных при независимой регистрации потоков от каждого отверстия (канала). Общая классификация методов спектрометрии, являющихся основой для разл. схем и конструкций С. п., осуществляется по двум осн. признакам — числу каналов и физ. методам выделения X в пр-ве или времени (рис. 2). Исторически первыми и наиболее распространёнными явл. методы пространственного разделения X (селективной фильтрации), к-рые наз. классическими (группы 1 и 2). В одноканальных С. п. (группа 1) исследуемый поток со спектром f() посылается на спектрально-селективный фильтр, к-рый выделяет из потока нек-рые интервалы 6Х в окрестности каждой ' и может перестраиваться (непрерывно или дискретно), осуществляя сканирование спектра во времени t по нек-рому закону '(t). Выделенные компоненты посылаются на приёмник излучения, запись сигналов к-рого даёт ф-цию времени F(t). Переход от аргумента t к аргументу позволяет получить ф-цию F() — наблюдаемый спектр. В многоканальных С. п. (группа 2) одновременно регистрируются (без сканирования по ) неск. приёмниками потоки излучения разных длин волн ', ", ''', . . ., к-рые выделяют, напр., набором узкополосных фильтров или многощелевыми монохроматорами (полихроматорами). Если расстояние между каналами не превышает и число каналов N достаточно велико, то получаемая информация аналогична содержащейся в записи спектра на сканирующем одноканальном приборе (при тех же , одинаковых приёмниках и пр. равных условиях), но время измерения может быть сокращено в N раз. Наибольшая многоканальность достигается применением многоэлементных фотоэлектрич. приёмников излучения и фотогр. материалов (в спектрографах). Принципиальной основой новых методов (группы 3 и 4 на рис. 2), получивших развитие с сер. 60-х гг., явл. селективная модуляция (см. Модуляция света), при к-рой ф-ции разделения переносятся из оптич. части прибора в электрическую. В простейшем одноканальном С. п. группы 3 исследуемый поток со спектром f() посылается на спектрально-селективный модулятор, способный модулировать нек-рой частотой 0=const лишь интервал в окрестности ', оставляя остальной поток немодулированным. Сканирование '(t) производится перестройкой модулятора т. о., чтобы различные последовательно модулировались частотой 0. Выделяя составляющую 0 в сигнале приёмника с помощью электрич. фильтра, получают ф-цию времени F(t), значения к-рой пропорц, соответствующим интенсивностям в спектре f(). Многоканальные системы с селективной модуляцией (группа 4) основаны на операции мультиплексирования (от лат. multiplex — сложный, многочисленный) — одновременном приёме излучения от мн. спектр. элементов в кодиров. форме одним приёмником. Это обеспечивается тем, что длины волн ', '', ''', ... одновременно модулируются разными частотами ', ", '", ... и суперпозиция соответствующих потоков в приёмнике излучения даёт сложный сигнал, частотный спектр к-рого по несёт информацию об исследуемом спектре по . При небольшом числе каналов компоненты ', ", ''', ... выделяются из сигнала с помощью электрич. фильтров. По мере увеличения числа каналов гармонич. анализ сигнала усложняется. В предельном случае интерференц. модуляции искомый спектр f() можно получить фурье-преобразованием регистрируемой интерферограммы (см. Фурье спектроскопия). Среди других возможных способов 704 многоканального кодирования получили практич. применения маски-матрицы Адамара (см. ниже). За рамками классификации, приведённой на рис. 2, остаются лишь методы, использующие почти монохроматич. излучение перестраиваемых лазеров (см. Лазерная спектроскопия). 1. Одноканальные С. п. с пространственным разделением длин волн Основой схемы приборов этой группы (рис. 3) явл. диспергирующий элемент (дифракционная 
Рис. 3. Принципиальная оптич. схема спектр. прибора с пространств. разделением длин волн с помощью угловой дисперсии: 1 — коллиматор с входной щелью Щ и объективом O1 с фокусным расстоянием С1; 2 — диспергирующий элемент, обладающий угловой дисперсией /; 3 — фокусирующая система (камера) с объективом О2, создающим в фокальной плоскости Ф изображения входной щели в излучении разных длин волн с линейной дисперсией х/. решётка, эшелетт, интерферометр Фабри — Перо, призма), обладающий угловой дисперсией /, что позволяет развернуть в фокальной плоскости Ф изображение входной щели Щ в излучении разных длин волн. Объективами O1 и O2 обычно служат сферич. или параболич. зеркала, т. к. их фокусные расстояния не зависят от (в отличие от линзовых систем). Одноканальные С. п. имеют в плоскости Ф одну выходную щель и наз. монохроматорами; если щелей несколько, то С. п. наз. полихроматором, если светочувствит. слой или глаз, С. п.— спектрограф или спектроскоп. Сканирование в монохроматорах по осуществляется, как правило, поворотом диспергирующего элемента 2 или вспомогат. зеркала. В простейших конструкциях вместо дифракц. решеток и призм применяются циркулярно-клиновые светофильтры с непрерывной перестройкой узкой полосы пропускания или наборы узкополосных светофильтров, дающие ряд дискр. отсчётов для разных . На основе монохроматоров строятся однолучевые и двухлучевые спектрометры. Для однолучевых С. п. (рис. 4) характерно последоват. соединение функциональных элементов. В случае измерения спектров пропускания или отражения обычно используется встроенный в С. п. источник сплошного спектра излучения; для измерения спектров внеш. излучателей предусматриваются соответствующие осветители. Для С. п. этого типа соотношение (1) обычно имеет вид: R2M=К(), и накладываемые им ограничения на R и играют осн. роль в ИК области, где яркости источников быстро уменьшаются и значения К малы. В видимой и ближней ИК областях энергетич. ограничения играют меньшую роль и рабочие значения R могут приближаться к дифракц. пределу (напр., в С. п. с дифракц. решётками к значению Rдиф2kvLsin, где k — кратность дифракции, v=1/. — волн. число, L -ширина решётки, — угол дифракции). Двухлучевые схемы характерны для спектрофотометров. Рассмотрим типичные приборы группы 1.
для исследований структуры ат. и мол. спектров представляют собой стационарные лаб. установки, работающие по схеме, приведённой на рис. 4. Их длиннофокусные (до 6 м) монохроматоры помещают в вакуумные корпуса (для устранения атм. поглощения) в виброзащищённых и термостабилизиров. помещениях. В этих приборах используется 2- и 4-кратная дифракция на больших эшелеттах, применяются высокочувствит. охлаждаемые приёмники, что позволяет достигать в спектрах поглощения значений R2•105 при З мкм. Для выявления ещё более тонкой структуры в схему вводят интерферометры Фабри — Перо, в к-рых сканирование по , в пределах узкого диапазона производится изменением давления в зазоре или величины зазора с помощью пьезодвигателей, а щелевой монохроматор используется лишь для предварит. выбора спектр. диапазона и разделения налагающихся порядков интерференции. Такие приборы наз. спектрометрами Фабри — Перо, они позволяют в видимой области получать R106. Двухлучевые спектрофотометры (СФ). В двухлучевых оптич. схемах поток от источника разделяется на два пучка — основной и пучок сравнения (референтный). Чаще всего применяется двухлучевая схема «оптич. нуля» (рис. 5), представляющая собой систему автоматич. регулирования с обратной связью. При равенстве потоков излучения в двух пучках, проходящих через образец и фотометрич. клин К и попеременно посылаемых модулятором М на входную щель монохроматора Ф, система находится в равновесии — клин К неподвижен. С изменением длины волны при сканировании пропускание образца меняется и равновесие нарушается — возникает сигнал разбаланса, к-рый усиливается и подаётся на сервомотор, управляющий движением клина и связанным с ним регистратором Р (самописцем). Клин перемещается до тех пор, пока вносимое им ослабление референтного потока не компенсирует ослабления, вносимого образцом. Диапазон перемещения клина согласуется со шкалой (от 0 до 100%) регистратора коэфф. пропускания образца. 
Рис. 5. Схема «оптич. нуля» двухлучевого одноканального спектрофотометра: К — оптич. клин; остальные обозначения аналогичны приведённым на рис. 4. Обычно СФ записывает зависимость коэфф. пропускания Т (в %) или оптич. плотности D=-IgT (0T1) от , или волн. числа v. Многочисл. модели СФ можно разделить на три осн. класса: сложные универсальные СФ для науч. исследований (Л = 103—104), приборы ср. класса (R103) и простые («рутинные») СФ (R=100—300). В СФ 1-го класса предусмотрена автоматич. смена реплик, источников, приёмников, что позволяет охватить широкий спектр. диапазон. Наиболее распространены приборы с диапазонами 0,19—3, 2,5 — 50 и 20—330 мкм. Конструкции этих СФ обеспечивают широкий выбор значений R, М, , скоростей и масштабов регистрации спектров разл. объектов. Кроме СФ, работающих по схеме «оптич. нуля», существуют прецизионные СФ, построенные по схеме «электрич. отношения». В них световые пучки двухлучевого фотометра модулируются разл. частотами (или фазами) и отношение потоков определяется в электрич. части прибора. В конструкции спец. типов СФ вводят микроскопы (микроспектрофотометры), устройства для исследований спектров флуоресценции (спектрофлуориметры), дисперсии показателя преломления (спектрорефрактометры), измерений яркости внеш. излучателей в сравнении с эталонным (спектрорадиометры). Автоматич. СФ являются осн. приборами для исследований спектр. хар-к в-в и материалов и абсорбционного спектр. анализа в лабораториях. Однолучевые нерегистрирующие спектрофотометры — обычно простые и относительно дешёвые приборы для 705
области 0,19—1,1 мкм, схема к-рых аналогична приведённой на рис. 4. Нужная длина волны в них устанавливается вручную; образец и эталон, относительно к-рых измеряется пропускание или отражение, последовательно вводятся в световой пучок. Отсчёт снимается визуально по стрелочному или цифровому прибору. Спектрометры комбинационного рассеяния могут быть однолучевыми и двухлучевыми. Источником излучения в них обычно служат лазеры, а для наблюдения комбинац. частот (см. Комбинационное рассеяние света) и подавления фона, создаваемого первичным излучением, применяются двойные и тройные монохроматоры, а также голографич. дифракц. решётки. В лучших приборах отношение фона к полезному сигналу снижено до 10-15 и комбинац. частоты могут наблюдаться на расстояниях порядка неск. см-1 от возбуждающей линии. Скоростные спектрометры (хроноспектрометры) работают по схеме, приведённой на рис. 4, но в отличие от предыдущих С. п. их снабжают устройствами быстрого циклич. сканирования и широкополосными ( до 107 Гц) приёмно-регистрирующими системами. Для исследований кинетики реакций сканирование ведётся с малой скважностью, к-рая достигается, напр., методом «бегущей щели»: вместо выходной щели в фокальной плоскости устанавливается быстро вращающийся диск с большим числом радиальных прорезей. Таким способом получают до 104 спектров в 1 с. Если время жизни объекта слишком мало, применяют более быстрое сканирование вращающимися зеркалами, это приводит к большой скважности и требует синхронизации начала процесса с моментом прохождения спектра по щели. 2. Многоканальные С. п. с пространственным разделением длин волн Сканирование в этой группе приборов не применяется, дискр. ряд длин волн (в полихроматорах) или участки непрерывного спектра (в спектрографах) регистрируются одновременно и оптич. часть строится обычно до схеме, приведённой на рис. 3. Если же вместо системы, создающей угловую дисперсию, применяется набор узкополосных светофильтров, прибор обычно относят к фотометрам. Многоканальные С. п. используются для спектр. анализа состава в-в по выбранным аналитич. длинам волн . По мере увеличения числа каналов появляется возможность изучения спектр. распределений f(). Рассмотрим наиб. типичные приборы данной труппы (в порядке возрастания числа каналов).
один-два канала регистрации. Они измеряют интенсивности линий абсорбции, эмиссии или флуоресценции атомов элементов в пламени спец. горелок или др. атомизаторов. В простых конструкциях аналитические выделяются узкополосными фильтрами (пламенные фотометры), в приборах более высокого класса применяются полихроматоры или монохроматоры, к-рые можно переключать на разл. длины волн. Приборы данного типа используют для определения большинства элементов период.ч, системы. Они обеспечивают высокую избирательность и чувствительность (до 10-14 г). жүктеу/скачать 3.15 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
