- •Спектроскопия. Что такое спектроскопия?
- •Техника спектрального анализа.
- •«Ударное» уширение.
- •Зависимость интенсивности спектральных линий от концентрации пробы..
- •Источники света. Общие требования к источникам света.
- •Дуга постоянного тока.
- •Стабилизация дуги.
- •Плазмотрон.
- •Дуга переменного тока.
- •II. Спектральные приборы.
- •Кривизна спектральных линий.
- •Дифракционная решетка.
Кривизна спектральных линий.
В спектральном приборе призма, призма, как правило, устанавливается так, что луч, лежащий в плоскости главного сечения, проходит призму в условиях наименьшего отклонения. Поэтому для наклонных лучей, идущих от краёв щели, эти условия не соблюдаются, и они отклоняются призмой на больший угол. В результате спектральная линия искривляется так, что её выпуклость обращена в сторону длинных волн (рис.14).
Рис.14. К искривлению спектральной линии
на выходе призменного прибора (кривизна линий
увеличивается с уменьшением длины волны).
Форма линии у её середины описывается уравнением параболы, кривизна которой у вершины равна
, (27)
где f2 – фокусное расстояние линзы L2 (на рис.9); - угол падения луча на призму.
Из (27) видно, что чем короткофокуснее камерный объектив L2, тем больше кривизна спектральных линий. Кривизна возрастает также с ростом показателя преломления, и при переходе в коротковолновую область спектра.
Астигматизм призмы.
Важным типом искажения, присущим призме, является астигматизм. Он появляется из-за того, что призма не всегда устанавливается точно в минимуме отклонения. Следствием астигматизма является то, что каждая точка входной щели в фокальной плоскости линзы L2 изображается отрезком прямой, параллельной щели (рис.15). Это приводит к ухудшению разрешающей способности прибора из-за размытия изображения щели.
Обычно этот астигматизм невелик, т.к. призма все–таки устанавливается вблизи угла наименьшего отклонения. Длина отрезка, отображающего точку щели в фокальной плоскости прибора, обычно не превышает 0,1 – 0,2мм, что практически не уменьшает разрешающей силы прибора.
Рис.15. К астигматизму призмы.
Материал для изготовления призм.
Для разных областей спектра применяют призмы из различных материалов. Для видимой области служат специальные стекла с большой дисперсией (так называемые флинты – тяжелые стекла, содержащие значительное количество окиси свинца). Для УФ области основным материалом является кристаллический кварц. Иногда применяется сильвин (КCℓ), плавленый кварц, флюорит (CaF2), увиолевые стекла, прозрачные в УФ области и другие материалы. В более далекой области спектра (от 1200 до 2000Å) материалом для УФ призм и других оптических деталей могут служить флюорит и фтористый литий.
В ИК области спектра используют кварц, флюорит, фтористый литий, хлористый натрий и другие кристаллы.
Типы призм.
Кристаллы кварца являются двулучепреломляющимися. Вырезанная из такого кристалла призма (произвольным образом) будет давать двойные линии из–за двойного преломления и вращения плоскости поляризации, присущих этим кристаллам.
Корню предложил изготавливать призмы из двух симметричных половин, одна из которых является право-, а другая левовращающей (см. рис. 16). Оптическая ось кристаллов расположена параллельно прохождению лучей через призму. Наиболее обычная форма призмы – трехгранная, с преломляющим углом 60º. Наряду с такими простыми призмами в ряде приборов применяются более сложные призмы, которые сводятся к комбинации нескольких обычных призм.
Рис.16. Призма Корню.
Призма постоянного отклонения (призма Аббе) устроена так, что луч, идущий в условиях наименьшего отклонения, выходит из призмы всегда перпендикулярно входящему лучу.
Устройство такой призмы показано на рис.17, на котором призма Аббе условно разделена на три призмы, из которых призма А является призмой полного внутреннего отражения, поворачивающей луч на 90º. Призмы В и С – тридцатиградусные преломляющие призмы. Применение призмы Аббе особенно удобно в монохроматорах.
Рис.17. Призма Аббе.
В небольших спектроскопах применяется призма прямого зрения, состоящая из набора 3–5 призм из стекол с различными дисперсиями (рис.18). Легко подобрать стекла I и II так, что луч, соответствующий средней части видимого спектра, проходит через призмы без изменения своего направления.
Рис.18. Призма прямого действия.
Призма с преломляющим углом около 30º с одной отражающей гранью (рис.19) называется автоколлимационной. Ее действие эквивалентно 60º-й призме. При изготовлении из кристалла кварца такая призма равноценна призме Корню. (Прохождение луча в прямом и обратном направлениях вдоль оптической оси дает тот же результат, что и прохождение через право – и левовращающие половинки призмы Корню). Автоколлимационная призма дешевле призмы Корню, так как требует меньше материала, что особенно существенно для больших кварцевых спектрографов.
Рис.19. Автоколлимационная призма