Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Важно отметить также большие успехи в теории спектральных приборов, в области разработки новых экспериментальных методов, совершенствования способов регистрации спектра и создания методик обработки результатов измерений.
В настоящее время можно говорить о новом этапе спектрального приборостроения. Развитие различных областей науки и техники обусловило появление автоматизированных специализированных приборов. В частности, можно отметить приборы для астрофизических исследований, в том числе устанавливаемые на космических аппаратах, геофизических ракетах, искусственных спутниках земли. Астрофизические исследования связаны с необходимостью регистрации слабых свечений с высокой разрешающей способностью. Однако возможности даже совершенных призменных и дифракционных приборов оказываются недостаточными, так как повышение их светосилы связано с определенной потерей разрешающей способности.
Гораздо большими возможностями обладают интерференционные приборы с селективной амплитудной и частотной модуляцией, а также растровые. Указанные приборы обладают высокой светосилой за счет замены узкой щели на диафрагму круглой формы или растр, обеспечивающих существенно больший световой поток, входящий в прибор. Кроме того, оказалось возможным повысить информативность таких приборов, т. е. обеспечить получение большого числа спектральных линий за один момент регистрации.
Получают развитие методы лазерной спектроскопии, в которых используются специфические свойства лазерного излучения, а также голографические методы и методы спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения.
В теоретическом плане в настоящее время развивается новый подход к спектральному прибору как каналу связи, вносящему искажения в передаваемую информацию. Это дает возможность использовать математический аппарат преобразований Фурье, применяемый в теории передачи и преобразования оптических сигналов. При этом роль модулятора выполняет оптическая часть прибора, а преобразование Фурье осуществляет электрическая часть прибора.
Широкое применение ЭВМ резко сокращает время обработки ин* формации и дает возможность автоматизировать измерения,
6
Области применения спектральных приборов. Спектральные приборы нашли чрезвычайно широкое распространение. Это обусловлено важностью и разнообразием получаемой с их помощью информации. Следует подчеркнуть, что спектральные приборы с одинаковым успехом используют как в фундаментальных исследованиях строения материи, так и в прикладных аналитических исследованиях состава вещества. С помощью этих приборов изучают тонкую структуру электронных оболочек и ядер атомов и молекул, исследуют процессы, происходящие в плазме и пламени, определяют атомные константы.
Важное значение метод спектроскопии имеет при астрофизических исследованиях, так как анализ спектров звезд, планет, Солнца несет существенную часть информации об излучении небесных тел.
Методы спектрального анализа. Наиболее распространенным и важным приложением методов спектроскопии является спектральный анализ — определение химического состава вещества по анализу его спектров. В настоящее время для аналитических задач применяется ряд экспериментальных методов спектрального анализа [2].
Эмиссионный анализ — исследование химического состава и строения вещества по спектру его излучения, основанное на зависимости между интенсивностью спектральных линий, излучаемых исследуемым компонентом, и его концентрацией в образце.
Абсорбционный анализ — исследование состава и строения вещества по спектрам его поглощения, основанное на использовании законов поглощения света атомами и молекулами вещества. Здесь также используется свойство абсорбционности (исследуется логарифм отношения падающего на вещество светового потока к потоку, прошедшему через вещество).
Анализ по спектрам комбинационного рассеяния — исследование спектров рассеяния монохроматического света при взаимодействии излучения с молекулами вещества, при котором обнаруживаются дополнительные спектральные линии.
Люминесцентный анализ—.исследование строения вещества на длине волны люминесценции, которая отлична от длины волны источника излучения и определенным образом связана с атомными и молекулярными свойствами исследуемого вещества.
Анализ спектров отражения — исследование спектров поглощения вещества, основанное на изучении излучения света, отраженного веществом. Здесь определяют зависимость коэффициента отражения света от показателя поглощения вещества, отражающего свет. Разновидностью такого анализа является использование спектров нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО), наблюдаемого для определенных углов падения при распространении света из оптически более плотной среды в менее плотную.
Лазерный анализ — исследование специфических свойств лазерного излучения, обладающего большой мощностью, высокими монохроматичностью и спектральной плотностью. Большая энергия излучения, выделяемая в малых объемах, позволяет эффективно
реализовать спектральный микроанализ, т. е. анализ микроколичества вещества, возбужденного лазерным излучением.
