ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Недиспергирующие приборы из "Прикладная ИК-спектроскопия" Малая ширина полосы (в пределах от 1 до 10 см ) и высокая концентрация мощности перестраиваемых лазеров столь привлекательны, что, без сомнения, в ближайшие несколько лет появятся ИК-спектрометры нового поколения для специальных целей. Главными системами, используемыми в настоящее время, являются лазеры на полупроводниковых диодах (ПД), лазеры с переворотом спина с использованием комбинационного рассеяния (ПСКР) и параметрические генераторы (ПГ). [c.32] В устройствах с параметрической генерацией используется лазерное возбуждение и перестройка частоты происходит при изменении температуры. Область перестройки частот этих лазеров и ширина полосы обычно больше, чем для лазеров ПД и ПСКР [3]. [c.33] Имеется ряд обзоров, в которых обсуждаются лазеры, перестраиваемые в ИК-области [1, 16, 41, 56, 65, 83, 11, 12]. [c.33] Оптико-акустическая спектроскопия является методом, родственным с предыдущими в том отношении, что в качестве источника света в анализаторе используется лазер с перестраиваемой частотой. Лазерный луч, промодулированный со звуковой частотой, направляют в камеру образца, в одну из стенок которой вмонтирован чувствительный емкостный микрофон. Когда частота модуляции излучения лазера соответствует частоте полосы поглощения газа в кювете, газ, нагреваясь, расширяется, при этом возникают колебания давления с частотой модуляции. Эти колебания давления регистрируются емкостным микрофоном. Метод крайне чувствителен он позволяет при подходящих условиях обнаруживать концентрации порядка нескольких частей на миллиард, а при удачных обстоятельствах и даже меньше [9, 22, 23, 54, 55]. [c.33] Приборы с пространственным детектированием можно представить как ИК-спектрографы с множеством детекторов. (В спектрографах излучение всех длин волн фокусируется на приемнике. В отличие от них монохроматоры сконструированы так, что от аберраций свободна только та часть излучения, которая проходит через выходную щель.) В одном из таких приборов, который был построен, приемник представлял линейный ряд пироэлектрических детекторов, а сканирование осуществлялось электронным лучом, аналогично тому как это происходит в телевизионной камере. Из-за сложности устройства прибор стоит дорого и сложен по конструкции, но он идеально подходит для скоростной спектроскопии, так как не имеет подвижных элементов, за исключением электронного пучка. [c.34] Оптическая схема спектрометра, действие которого основано на преобразовании Адамира, показана на рис. 2.11. Необходимо заметить, что монохроматор имеет вполне обычный вид вплоть до щели, ограничивающей поле спектра. В этом месте излучение разложено в спектр (подобно невидимой радуге) вдоль плоскости диафрагмы маски. Однако вместо ограниченного потока излучения, вырезаемого выходной щелью, через щелевую полевую диафрагму и многощелевую маску, изготовленную в точном соответствии с картиной, определяемой матрицей преобразования Адамара, проходит весь интервал длин волн. Каждый прозрачный или непрозрачный прямоугольный участок маски соответствует элементу разрешения спектрометра. Упрощенная схема маски Адамара и соответствующая матрица показаны на рис. [c.35] Преимущества спектрометра с преобразованием Адамара (СПА) включают достоинства мультиплекса, т. е. гораздо более высокое пропускание по энергии, чем у дифракционного спектрометра (чж-ленно в ]/n/2 раз), одновременную фиксацию всех длин волн, в том числе и интересуюших исследователя, и использование хорошо разработанной техники сканирующих спектрофотометров. Недостатками СПА являются необходимость применения ЭВМ для декодирования данных, ошибки в кодировании, возникающие из-за оптических аберраций, и отсутствие контроля за температурой маски. Кроме того, эффективность дифракционной решетки высока только в относительно ограниченном интервале, поэтому охват полного спектра практически невозможен. [c.37] Рассчитано, что в СПА с 255 щелями отношение сигнал/шум увеличивается в 8 раз [20]. Был построен спектрометр с 2047 щелями [21], но о его характеристиках не сообщалось. [c.37] Однако при спектрофотометрировании отдельных узких спектральных интервалов СПА сохраняет преимущества многоканальных спектрометров, избегая некоторых недостатков интерференционного ИК-спектрометра. [c.37] Спектрометр на основе интерферометра имеет ряд важных преимуществ перед диспергирующими спектрометрами. Некоторые из них внутренне присущи самой конструкции, а другие обусловлены тем, что данные помещаются в цифровом виде в Память ЭВМ. Принцип конструкции довольно прост (рис. 2.13). Интерферометр состоит из фиксированного и подвижного зеркал и светоделителя. Источник ИК-излучения и приемник вместе с соответствующей оптикой образуют спектрометр. [c.37] Работу прибора можно понять, обратившись к рис. 2.13 и 2.14 (более подробные объяснения даны в других работах [36, 37, 45, 58]). [c.37] Эти два уравнения определяют взаимосвязь между интерферограм-мой и спектром. Преобразование интерферограммы в спектр производится на ЭВМ с использованием алгоритма преобразования Кули-Тьюки [18, 25]. Для расчета спектра в интервале 400 — 3800 см с разрешением 0,5 см требуется примерно 16000 машинных слов. [c.40] Приближенный расчет выигрыша энергии в интерферометре по сравнению с диспергирующим спектрометром дает превосходный результат. Мы уже обсуждали выигрыш Фелжетта /]у, где N - число разрешаемых элементов (N = 3400 и /м = 58 для интервала 3800 -400 = 3400 см при разрешающей способности 1 см ). Дополнительно интерферометр имеет более высокий геометрический фактор -коэффициент, назьшаемый выигрышем Жакино (по имени французского исследователя), и его появление можно объяснить тем, что входное отверстие интерферометра имеет круглую, а не щелеобразную форму. За счет этого от интерферометра ожидается выигрыш в энергии в 80-200 раз. [c.41] В силу своих уникальных характеристик фурье-спектрометрия применима к ряду проблем, которые было бы трудно или невозможно решить на ди акщюнном спектрометре. Некоторые из этих приложений описаны более полно ниже, и они включают такие проблемы, требующие быстрого сканирования, как съемка спектров газовых хроматограмм, сточных вод непосредственно в потоке или кинетические измерения в газовой фазе. [c.43] Явное преимущество фурье-спектрометрии обусловлено тем, что спектральные данные вводятся в цифровом виде в память ЭВМ и с ними легко обращаться шум можно снизить повторным сканированием и усреднением сигнала, спектры можно умножить на коэффициент пересчета, разделить или вычесть из другого спектра и т. д. Однако дифракционные спектрофотометры, оборудованные ЭВМ для обработки данных, могут выполнять те же операции [10, 60]. Некоторые из этих трюков требуют превосходной воспроизводимости по длинам волн — порядка 10 см [42, 43]. [c.44] Вернуться к основной статье