ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Наиболее распространенные монохроматоры из "Прикладная ИК-спектроскопия" Простой монохроматор Литтрова, оптическая схема которого показана на рис. 2.6, г, можно сочетать с любым осветителем и получить одно- или двухлучевой спектрофотометр. После осветителя пучок света проходит через входную щель (51) и попадает сначала на зеркало (С), которое превращает его в параллельный, а затем на призму (Р), установленную в минимум отклонения. Для того чтобы просканировать требуемый интервал длин волн, зеркало Литтрова (ЬМ) поворачивается винтовым или кулачковым. механизмом. В случае дифракционных монохроматоров в положении ЬМ находится дифракционная решетка, а около Х, - подходящие светофильтры. Световой пучок дважды проходит через призму и фокусируется в плоскости щели Пучок почти монохроматического света, проходя через выходную щель S2, фокусируется зеркалом ОМ на приемнике П. Сигнал от него усиливается, фильтруется и используется для приведения в движение в канале сравнения аттенюатора, связанного с пером самописца (система с оптическим нулем), или только пера самописца (однолучевой спектрометр или система с регистрацией электрического отношения). [c.26] Входная и выходная щели монохроматора расположены вертикально. Для компенсации значительного изменения энергии с изменением длины волны их ширина меняется во время сканирования, но между собой они остаются равными. [c.26] Две щели необходимы по следующей причине. Входная щель ограничивает угол в горизонтальной плоскости, в пределах которого распространяется свет, попадающий в монохроматор. Она выступает в роли линейного источника, подобно щели эмиссионного спектрографа. Хорошо известно, что для спектрографа, дающего стигматическое изображение, спектральные линии имеют такую же форму, как и щель. Уменьшение ширины щели приводит к уменьшению ширины спектральных линий (вплоть до дифракционного предела Рэлея). [c.26] В ИК-монохроматоре вместо фотопластинки, используемой в качестве приемника, устанавливается выходная щель, с помощью которой в сущности осуществляется сканирование по спектру. Легко видеть, что энергия, попадающая на приемник, состоит из пучка близких длин волн, который приближается к монохроматическому по мере уменьшения ширины щели. Ширина этой полосы энергии на половине высоты в максимуме интенсивности известна как спектральная ширина щели. [c.26] Энергия, прошедшая через входную щель монохроматора, пропорциональна ширине щели. Так как имеются две щели и каждая пропускает некоторую долю света, то общая величина энергии выходящего излучения пропорщюнальна произведению ширины двух щелей. Если обе щели имеют одинаковую ширину, то энергия, пропускаемая монохроматором, пропорциональна квадрату ширины щели. Об этом соотношении важно помнить в процессе работы на спектрометре. [c.26] Излучение диспергируется либо призмой, либо решеткой. Исторически именно призма была тем центром, вокруг которого развивалась ИК-спектроскопия. В начальный период призмы изготавливали из природных минералов, но такие материалы ограничены размерами, а их оптические свойства далеко не совершенны. Развитие техники выращивания больших монокристаллов галогенидов щелочных металлов и других материалов сделало возможным широкое использование призм высокого качества и приемлемой стоимости. Несомненно, что наиболее попул5ф-ным материалом для призм является каменная соль, так как ее пропускание перекрывает значительную часть фундаментальной ИК-области или области отпечатка пальцев при разумном компромиссе между ценой, областью пропускания и разрешением. [c.27] Для того чтобы призма диспергировала излучение и возникал спектр, показатель преломления материала призмы должен изменяться с длиной волны. Чем быстрее это происходит, тем выше дисперсия. Так как это условие выполняется вблизи полос поглощения, то наилучшую дисперсию призма имеет как раз на границе пропускания. [c.27] Преимущество призменных монохроматоров заключается в их большей простоте по сравнению с дифракционными. Недостатками призменных монохроматоров являются ограниченное разрешение, его зависимость от длины волны и чувствительность дисперсии к изменению температуры. Призмы также искривляют изображение прямой входной щели в фокальной плоскости выходной щели, причем кривизна проекции щели в виде сегмента параболы зависит от длины волны. Для компенсации этого эффекта, который может быть основной причиной, ограничивающей реальное разрешение спектрофотометра, одну из щелей (или обе) обычно искривляют [79]. [c.27] Необходимо отметить, что для решеток характерна поляризация ИК-излучения, причем степень поляризации зависит от направления падающего луча к поверхности решетки [26, 87]. Поляризация происходит и в призменных спектрометрах, но в меньшей степени. [c.28] К недостаткам решеток относятся необходимость устранения нежелательных порядков спектров, больший уровень рассеянного света, менее эффективное использование излучения и ограниченная спектральная область работы для одной решетки. Два первых недостатка можно преодолеть при использовании призмы для предварительного разложения в схеме двойного монохроматора или полосовых фильтров, которые имеют очень низкое пропускание для нежелательных частот и хорошее пропускание в нужной области спектра. Для того чтобы перекрыть полный спектр, обычно применяют две или большее число решеток и несколько фильтров. Требования к отрезающему фильтру довольно жесткие, так как коротковолновое излучение, которое составляет большую часть рассеянного излучения, гораздо интенсивнее (см. рис. 2.2). Эффективность решетки может быть повышена нарезанием канавок таким способом, чтобы увеличить интенсивность в определенном порядке (угле блеска). [c.28] Двойной монохроматор, используемый в некоторых спектрометрах, представляет собой, как это ясно из названия, два последовательно соединенных монохроматора. Преимущество такой конструкции состоит в очень малом рассеянном свете и увеличении дисперсии почти в два раза Недостатком являются повьпиенная сложность и стоимость двух монохроматоров вместо одного. [c.28] Система двойного прохождения, которая в сущности превращает одинарный монохроматор в двойной, показана на рис. 2.6, д. Она обычно используется в однолучевых приборах с простым немодулируе-мым источником, так как модулирование в точке С применяется для разделения одно- и двукратно прошедшего излучения. Однако систему двойного прохождения можно также комбинировать с двухлучевой оптикой источника. Монохроматор двойного прохождения имеет те же преимущества в дисперсии и рассеянной энергии, что и двойной монохроматор, но, поскольку модулятор стоит после кюветного отделения, прибор чувствителен к температуре образца. При количественном анализе нулевая линия может смещаться в ходе сканирования из-за нагревания излучением образца или ножей щели. [c.28] Существуют и другие сх-емы монохроматоров, но они распространены не так широко, как схема Литтрова. Сравнение некоторых двухлучевых систем, которые могут быть использованы в ИК-спект-рофотометрии, было проведено Голеем [32]. [c.28] Вернуться к основной статье