ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Интерференционные (с фурье-преобразованием) спектрофотометры из "Инструментальные методы химического анализа " Излучение представляет собой последовательность электромагнитных волн с разными частотами, поэтому в каждый момент общая картина складывается из наложения множества электрических и магнитных полей, создаваемых излучениями с индивидуальными частотами. Следовательно, существует принципиальная возможность воспроизвести всю заключенную в потоке информацию, если направить его на детектор и фиксировать сигнал во времени. На пути такого прямого подхода имеется трудность, заключающаяся в том, что частота переменных полей (около 10 Гц) на много порядков выше частоты, которую могут зафиксировать известные детекторы. [c.106] Затруднения, связанные со скоростью, можно преодолеть с помощью интерферометра Майкельсона, изображенного на рис. 4-6. Излучение источника собирается линзой 1 в параллельный пучок и затем делится на два одинаковых потока расщепителем излучения. Потоки отражаются обратно плоскими зеркалами Мг и Ми и, наконец, часть излучения потоков попадает на детектор. Если оба зеркала удалены от расщепителя излучения на равные расстояния, детектор воспринимает одинаково изменяющиеся во времени электромагнитные поля так же, как они воспринимались бы без интерферометра, только с вдвое меньшей интенсивностью. Если теперь передвинуть зеркало М2 вдоль оптической оси вправо, оба потока достигнут детектора в разных фазах, в результате чего будет наблюдаться интерференция. Сдвиг по фазе при данном увеличении длины пути зависит от длины волны излучения и воспринимается детектором как серия последовательных максимумов и минимумов интенсивности. [c.106] В идеале, если оптические пути двух потоков не равны, монохроматическое излучение должно иметь форму косинусоиды (представление в форме косинусоиды, а не синусоиды предпочтительнее, потому что здесь при нулевой разнице длин путей амплитуда максимальна). На рис. 4-7,а и б изображены два монохроматических потока с разными частотами. Если оба потока попадают в интерферометр одновременно, получается кривая в. Развивая далее этот подход, можно объяснить сложность спектров (рис. 4-8). Следовательно, любая комбинация частот с соответствующими амплитудами дает единственную интерферограмму, содержащую всю спектральную информацию об исходном излучении. [c.107] Вывод и применение соответствующих уравнений можно найти в литературе [8, 9]. [c.109] Упрощенные спектрофотометры. Приборы с низким разрешением. Полезные измерения можно выполнить на ручном однолучевом ИК-фотометре, напоминающем фотоэлектроколориметр для видимой области. В целой серии таких приборов (модели Miran ) для выделения длины волны применяются интерференционные светофильтры, которые дают меньшее разрешение, чем дифракционные решетки, но вполне достаточное для многих целей. Эти приборы имеют высокую чувствительность, так как в них используется больший пучок излучения, чем в обычных спектрофотометрах (выигрыш Жакино). Они недороги, надежны и портативны, и их можно использовать для определения соединения или класса соединений, но эти приборы непригодны для идентификации родственных веществ с близкой структурой. [c.110] Дифференциальный детектор — это кинетическое устройство, более эффективно реагирующее на быстрые изменения, чем на постепенные, потому что в схеме предусмотрено одновременное прерывание обоих потоков. В высокочастотную электронную цепь, связанную с небольшим сервомотором, включен чувствительный конденсатор, с помощью которого на пути потока сравнения вводят компенсатор для установления оптического нуля. Степень компенсации указывается на шкале или записывается на ленте самописца. [c.111] Спектрофотометры для дальней инфракрасной области. Дисперсионные приборы для области длин волн выше 50 мкм гораздо сложнее, чем для коротковолновой области. Удобным источником дальнего инфракрасного излучения является дуговая ртутная лампа высокого давления в кварцевом баллоне. Кварц непрозрачен при длинах волн ниже 60 мкм, но рабочий интервал тем не менее начинается с более коротких длин волн благодаря излучению, испускаемому раскаленным кварцем. В этой области применяются пироэлектрические детекторы. Трудность работы в дальней ИК-области связана с поглощением компонентов атмосферы, поэтому необходимо эвакуировать спектрофотометр или продуть его сухим азотом. [c.112] Чтобы охватить весь интервал длин волн, необходим набор сменных дифракционных решеток для получения излучения с самой большой длиной волны используется решетка всего лишь с 2—3 штрихами на миллиметр. Чтобы отсечь фоновое излучение и излучение ненужных порядков, необходимы светофильтры. Для дальнего ИК-излучения существуют два типа светофильтров, в которых используется селективное отражение излучения (а не пропускание). Действие одного из них основано на явлении остаточного излучения, т. е. узкие спектральные полосы с высоким отражением в кристаллических веществах соответствуют максимальному показателю преломления, связанному с областями высокого поглощения [14, 15]. Светофильтр другого типа представляет собой рассеивающую пластинку, которой может быть пленка металла, нанесенная на стеклянную подложку, или дифракционная решетка со штрихами, нанесенными не параллельно, а перпендикулярно вертикали щелей. Рассеяние —очень эффективный прием уменьшения числа волн с более высокими частотами, проходящих через оптическую систему, но не затрагивающий более длинные волны. [c.112] В дальней ИК-области особенно важно прерывать излучение, прежде чем оно попадет на пробу и монохроматор, потому что тепловое излучение элементов оптической системы может быть отнюдь не слабым. Прерывание в сочетании с правильной настройкой усилителя обеспечивает получение сигнала детектора только от источника. [c.112] В дальней ИК-области спектрометры с фурье-преобразованием играют особенно важную роль. Стоимость их изготовления для работы в этой области ниже, чем при работе в других областях, потому что требования к механической системе менее жесткие. [c.112] Калибровка ИК-спектрофотометров как по длинам волн, так и по волновому числу со временем может меняться в результате механического износа, потускнения оптических поверхностей или старения деталей, поэтому целесообразны периодические проверки. [c.113] Теоретически шкалу длин волн (или волновых чисел) можно откалибровать по геометрии дифракционной решетки с известным периодом, но на практике этот прием не применяется. Наиболее простая проверка заключается в том, что снимают спектр тонкого слоя полистирола в качестве вторичного стандарта. Обычно ИК-приборы снабжены специально для этой цели подготовленными образцами с приложением стандартного спектра для сравнения. Такой спектр (см. рис. 4-1) имеет ярко выраженные полосы поглощения в средней ИК-области. [c.113] Если спектрофотометр используется для количественных измерений, время от времени следует проверять линейность шкалы. Грубо это можно сделать, регистрируя спектр полистирола, а более точно — по пропусканию какого-либо растворителя, например бензола, при разной толщине слоя. [c.113] Вернуться к основной статье