Спектроскоп: виды, устройство, описание

Презентация на тему: » Спектроскоп. Виды спектров. Приборы, предназначенные для фотографирования спектра, называют спектрографами Спектроскоп – это прибор, предназначенный для.» — Транскрипт:

1

Спектроскоп. Виды спектров. Приборы, предназначенные для фотографирования спектра, называют спектрографами Спектроскоп – это прибор, предназначенный для визуального исследования спектрального состава электромагнитных волн оптического диапазона

2

Основные части спектрального аппарата Диспергирующий элемент – элемент, способный разделить пучок световых лучей на монохроматические составляющие (призма, решетка) Коллиматор Окуляр зрительной трубы, либо фотопленка

3

Диспергирующий элемент Призма отклоняет сильнее фиолетовые лучи, так как, чем больше скорость распространения волны, тем меньше преломляются лучи Порядок расположения цветов в спектре, даваемом дифракционной решеткой, обратный порядку их расположения в спектре, даваемом призмой Большей длине волны соответствует больший угол дифракции, а значит лучи красного цвета отклоняются сильнее

4

Вид спектров различных веществ зависит от их агрегатного состояния, температуры свечения и химического состава и не зависит от способа возбуждения, вызывающего свечение вещества Виды спектров Спектры испускания Сплошной ПолосатыйЛинейчатый Спектры поглощения

5

Сплошной спектр Сплошной (непрерывный) спектр дают вещества, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также высокотемпературная плазма и сильно сжатые газы Характер сплошного спектра сильно зависит от взаимодействия атомов вещества друг с другом. Взаимодействие велико, вследствие чего волны, излучаемые атомами, имеют широкий и непрерывный интервал частот. В плазме частицы непрерывно сталкиваются приобретая ускорения и излучая

6

Линейчатый спектр Газы, находящиеся в атомарном состоянии (атомарный водород, гелий) дают спектр, представляющий узкие цветные линии, разделенные широкими темными промежутками. Каждая линия в спектре имеет определенный цвет и яркость и соответствует определенному атому какого-либо вещества, поэтому является визитной карточкой самого атома. Спектры испускания: 1 – натрия; 2 – водорода; 3 — гелия

7

Полосатый спектр Полосатый спектр – совокупность отдельных цветных полос, разделенных узкими темными промежутками. Полосы создаются молекулами газа (например Н 2,СО 2 ),в которых атомы тесно связаны друг с другом. Темные промежутки между полосами соответствуют промежуткам между молекулами.

8

Спектр поглощения Каждое вещество в газообразном состоянии поглощает волны тех частот, которые само испускает. Образующийся при этом спектр, в котором отсутствуют линии, соответствующие частотам поглощенного света, называются спектром поглощения Спектры поглощения: 4 – натрия; 5 – водорода; 6 — гелия

9

Спектральный анализ – метод изучения химического состава веществ по их спектрам Спектральный анализ Эмиссионный – анализ, производимый по спектрам излучения Абсорбционный – анализ, производимый по спектрам поглощения

10

Спектральный анализ – чрезвычайно точный метод исследования веществ, позволяет обнаружить вещество при массе г. Исследование состава Солнца и звезд; Открытие новых веществ: гелий, рубидий, галлий, талий, цезий Преимущества метода: Высокая чувствительность; Избирательность; Сравнительная простота

Стационарные лазерные спектрометры

Из оптических эмиссионных спектрометров отечественного производства, которые применяются на крупных предприятиях по ломопереработке, следует отметить установку МСА-5, которая производится ЗАО «Спектральная лаборатория». С её помощью возможен оперативный контроль химсостава любых металлов и сплавов.

Преимуществами стационарных установок вообще, и МСА-5, в частности, являются:

  1. Независимость результатов от напряжения питания батарей, поскольку стационарные спектрометры имеют стабилизирующий источник питания.
  2. Возможность проведения анализа при комфортных внешних условиях (постоянная температура, влажность, отсутствие производственных вибраций).
  3. Адаптивное программное обеспечение, которое может обновляться в зависимости от поставленных требований и задач.
  4. Надёжный уровень сервисного обслуживания, который гарантируется при подписании договоров на поставку указанного оборудования.

спектрометр МСА-5

В состав лазерного спектрометра МСА-5 входят: оптический блок  с мощным осветителем (позволяет существенно повысить спектральное разрешение), температурный стабилизатор (эффективен для образцов, имеющих температуру отличную, от температуры окружающей среды), аргоносодержащая разрядная камера (отвечает за мощность испускаемого лазерного пучка), искровой генератор импульса, а также считывающая/регистрирующая система.

Точность определения химического элемента в установке МСА-5 характеризуется допустимой величиной рассеивания (дрейфа) показаний фактического спектра излучения, который не превышает 0,8…1.2 нм/мм. Это на порядок выше, чем толщина линии для магния – наиболее «капризного» из легирующих компонентов металлических сплавов.

Разрешающая точность монитора установки составляет 3,46 Мп, что позволяет выполнять качественную оценку даже слабых спектральных линий, это соответствует примерно 0,005% состава определяемого химического элемента в образце.

Прибор достаточно компактен, и может функционировать при разбросе питающего напряжения 210…245 В.

Аналогичными возможностями обладают и иные модели стационарных лазерных спектрометров, как отечественных (МФС-8СЛ), так и импортных (LMA-10, Германия).

Спектральный анализ

Йозеф Фраунгофер

Объектом исследований Фраунгофера был солнечный свет. В 1814 г. учёный обнаружил на непрерывном солнечном спектре отчётливые тёмные линии. Такие же линии он увидел и в спектрах Венеры и Сириуса, а также искусственных источников света.

Нужно сказать, что ещё за 12 лет до этого, в 1802 г., эти же линии в солнечном спектре обнаружил английский учёный Уильям Хайд Волластон (Уолластон), изучая солнечный свет с помощью камеры-обскуры. Он подумал, что это линии, разделяющие цвета спектра, поэтому и не пытался найти объяснение их появлению.

Как и Волластон, Фраунгофер также не смог объяснить природу тёмных линий. Но линии эти стали называться Фраунгоферовы линии, а сам спектр — Фраунгоферовым спектром.

В 1854 г. немецкий химик-экспериментатор Роберт Вильгельм Бу́нзен изобрёл горелку, способную давать очень чистое белое пламя. Для чего нужна была такая горелка? Оказывается, атомы разных химических элементов испускают свет разной длины волны. И если нагревать в таком чистом пламени вещество, то пламя будет окрашиваться в разные цвета. Например, натрий даст ярко-жёлтый цвет пламени, калий — фиолетовый, барий — зелёный. Этот опыт называется пробой на окрашивание пламени. Именно по цвету пламени определяли в те времена химический состав вещества. Но если в пламя вводили сложное вещество, состоящее из нескольких элементов, то довольно трудно было точно определить его цвет.

Роберт Вильгельм Бунзен

В 1859 г. коллега Бунзена, один из великих физиков XIX века Густав Роберт Кирхгоф, предложил изучать не цвет пламени, окрашенного парами металлических солей, а его спектр. Говорят, что свой первый спектроскоп Бунзен и Кирхгоф сделали, распилив пополам подзорную трубу и поместив эти половинки в отверстия, проделанные в коробке из-под сигар, в которой находилась стеклянная призма. Так ли было на самом деле, сказать трудно, но с помощью спектроскопа они смогли продолжить опыты по определению спектра химических элементов, которые и позволили определить причину появления Фраунгоферовых линий.

Густав Роберт Кирхгоф

Учёные стали раскалять в чистом белом пламени образцы химических элементов, а затем пропускали световые лучи от них через призму, чтобы получить их спектр. К своему удивлению они обнаружили, что длина и частота некоторых ярких светлых линий в спектре этих элементов совпадает с длиной и частотой тёмных линий Фраунгофера в спектре Солнца. И вот это и стало ключом к разгадке природы этих линий.

Всё дело в том, что химический элемент поглощает лучи такой же частоты, которые сам и испускает. Это означает, что в солнечной короне находятся химические элементы, которые поглощают часть солнечного спектра, имеющего такую же частоту излучения. То есть, спектральные линии характеризуют химические элементы, излучающие их. Так как каждый элемент имеет свой спектр, отличный от спектров других элементов, то исследуя спектры небесных тел, можно определить их химический состав.

Так было положено начало спектральному анализу, позволившему определять качественный и количественный состав исследуемого объекта дистанционно.

Спектроскоп Кирхгофа-Бунзена

Позднее в спектроскоп была встроена шкала с делениями, обозначающими длины волн.

Спектроскопом часто называют настольный прибор, с помощью которого вручную рассматривают участки различных спектров. Спектроскоп, который способен регистрировать спектр для его дальнейшего анализа с помощью различных методов, называется спектрометром. Если окуляр спектроскопа заменить регистрирующим прибором (например, фотокамерой), то получится спектрограф.

Спектрометры способны исследовать спектры в широком диапазоне волн: от гамма до инфракрасного излучения.

Конечно, современные спектроскопы отличаются от своих предков. И хотя они имеют множество модификаций, функции их остались прежними.

Назначение и возможности комплекса «Спектроскан»

Назначение комплекса «Спектроскан» — качественное и количественное определение ряда химических таблицы Менделеева в различных по агрегатному состоянию средах – твердых (как компактных, так и сыпучих), жидких и газообразных. Круг определяемых элементов различен для разных модификаций прибора «Спектроскан»: от одного элемента – серы S для спектрометра «Спектроскан S» до группы элементов от натрия Na до урана U для спектрометра «Спектроскан Макс GV»

«Спектроскан» – сложный по устройству, но простой в обращении, надежный, удобный и высокопроизводительный прибор, не имеющий аналогов в мире.

«Спектроскан» способен обеспечить решение очень широкого круга аналитических задач в различных областях:
Металлургия, горная промышленность и золотодобыча, нефтехимия, стекольная и цементная промышленность, экология, сельское хозяйство, пищевая промышленность, энергетика, машиностроение, транспорт авиационный, железнодорожный, морской и трубопроводный, переработка редких и драгоценных металлов, ювелирная промышленность, экспертиза и другие.

«Спектроскан» прост и надежен в работе. Для удобства пользователя приборов «Спектроскан» разработаны и аттестованы специализированные методики анализа различных объектов. Методики анализа позволяют получить наилучшие результаты по части пределов обнаружения, воспроизводимости и точности результатов анализа и не требуют высокой квалификации оператора.

Однако понимание устройства спектрометра «Спектроскан» и принципа его действия позволит Вам более эффективно его использовать и избежать многих ошибок при работе со спектрометром «Спектроскан».

Приложения

UVES — спектрограф высокого разрешения на очень большом телескопе .

Есть несколько приложений к спектроскопии в области медицины, физики, химии и астрономии. Воспользовавшись свойствами поглощения , спектроскопия может быть использована для идентификации определенных состояний природы. К таким примерам относятся:

  • Cure мониторинга из композиционных материалов с использованием оптических волокон .
  • Оцените время воздействия выветривания древесины с помощью спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне.
  • Измерение различных соединений в образцах пищевых продуктов с помощью абсорбционной спектроскопии как в видимом, так и в инфракрасном спектре.
  • Измерение токсичных соединений в образцах крови
  • Неразрушающий элементный анализ методом рентгенофлуоресценции .
  • Исследование электронной структуры с помощью различных спектроскопов.
  • Радар для определения скорости и скорости удаленного объекта
  • Определение физических свойств далекой звезды или ближайшей экзопланеты с помощью релятивистского эффекта Доплера .

Принцип работы и конструкция УФ-спектрометра

Спектрофотометрический метод анализа основывается на избирательном поглощении молекулами определяемого компонента видимого света или ультрафиолетового излучения. Данные представляют в виде спектров поглощения вещества.

Спектр поглощения — это распределение по длинам волн (или частотам) интенсивности электромагнитного излучения при прохождении его через исследуемое вещество.

На практике для определения спектра поглощения вещества используют приборы, называемые спектрофотометрами. Работают они следующим образом. Исследуемое вещество помещают между источником и приемником излучения. Источник с помощью специальных устройств посылает излучение с определенной или меняющейся длиной волны. Приемник измеряет интенсивность излучения, прошедшего через образец, и регистрирует его.

Спектрометр представляет собой лабораторный прибор, который включает в себя источник излучения, монохроматор, кюветное отделение, фотометрический детектор и устройство обработки сигнала. Для вывода сигнала на экран монитора спектрометр подсоединяют к компьютеру. Источниками излучения могут служить специальные галогенные вольфрамовые, дейтериевые и ксеноновые лампы. Монохроматоры обычно построены на базе дифракционной решетки. Фотодиодные детекторы или фотоэлектрические умножители используют для регистрации сигнала.

Благодаря электронной микропроцессорной базе современных спектрометров, позволяющей выполнить необходимый пересчет и преобразование сигнала, возможен вывод результата анализа вещества непосредственно в единицах концентрации.

Схема УФ-спектрометра

Рис.3

Достоинства метода:

-высокая чувствительность

-точность

-быстрота анализа

-достаточно малое количество вещества

-простота в оборудовании и техники

Недостатки метода:

-спектры имеют небольшое число полос поглощения

-наложение спектров

-недостаточная избирательность

Изотопные эффекты

Различные изотопы одного вида могут проявлять разные мелкие детали в инфракрасной спектроскопии. Например, частота растяжения O – O (в обратных сантиметрах) оксигемоцианина экспериментально определена как 832 и 788 см –1 для ν ( 16 O– 16 O) и ν ( 18 O– 18 O), соответственно.

Рассматривая связь O – O как пружину, частоту поглощения можно рассчитать как волновое число [= частота / (скорость света)].

ν~знак равно12πckμ{\ displaystyle {\ tilde {\ nu}} = {\ frac {1} {2 \ pi c}} {\ sqrt {\ frac {k} {\ mu}}}}

где k — жесткость связки, c — скорость света, а μ — приведенная масса системы A – B:

μзнак равномАмBмА+мB{\ displaystyle \ mu = {\ frac {m _ {\ mathrm {A}} m _ {\ mathrm {B}}} {m _ {\ mathrm {A}} + m _ {\ mathrm {B}}}}}

( — масса атома ).
мя{\ displaystyle m_ {i}}я{\ displaystyle i}

Приведенные массы для 16 O– 16 O и 18 O– 18 O могут быть приблизительно равны 8 и 9 соответственно. Таким образом

ν~(16О)ν~(18О)знак равно98≈832788.{\ displaystyle {\ frac {{\ tilde {\ nu}} (^ {16} \ mathrm {O})} {{\ tilde {\ nu}} (^ {18} \ mathrm {O})}} = {\ sqrt {\ frac {9} {8}}} \ приблизительно {\ frac {832} {788}}.}

Было обнаружено, что влияние изотопов как на колебания, так и на динамику распада сильнее, чем считалось ранее. В некоторых системах, таких как кремний и германий, распад антисимметричной растягивающей моды межузельного кислорода включает симметричную растянутую моду с сильной изотопической зависимостью. Например, было показано, что для образца природного кремния время жизни антисимметричного колебания составляет 11,4 пс. Когда изотоп одного из атомов кремния увеличивается до 29 Si, время жизни увеличивается до 19 пс. Аналогичным образом, когда атом кремния заменяется на 30 Si, время жизни становится 27 пс.

Схема прибора

В состав схемы спектрального анализатора входят источник непрерывного спектра, узел исследуемого материала, спектральный узел и система регистрации.

Существует 2 основных конструктивных типа спектрофотометров:

  • однолучевые – измеряют интенсивность света до и после каждого образца, для измерений применяются коэффициенты коррекции;
  • двухлучевые – один луч падает на исследуемый предмет, а второй — на образец, затем сравниваются результаты интенсивности между двумя световыми путями.

Преимущество двухлучевых спектральных анализаторов очевидно: они более точны и менее чувствительны к изменяющимся условиям окружающей среды.

Звезды и их свойства


Непрерывный спектр

Эмиссионные линии ( дискретный спектр )

(дискретный спектр)

Химические свойства

Ньютон использовал призму, чтобы разделить белый свет на спектр цветов, а высококачественные призмы Фраунгофера позволили ученым увидеть темные линии неизвестного происхождения. В 1850-х годах Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен описали явления, скрытые за этими темными линиями. Горячие твердые объекты излучают свет с непрерывным спектром , горячие газы излучают свет с определенной длиной волны, а горячие твердые объекты, окруженные более холодными газами, демонстрируют почти непрерывный спектр с темными линиями, соответствующими эмиссионным линиям газов. Сравнивая линии поглощения Солнца со спектрами излучения известных газов, можно определить химический состав звезд.

Основные линии фраунгофера и элементы, с которыми они связаны, представлены в следующей таблице. Обозначения из ранней серии Бальмера показаны в скобках.

Обозначение Элемент Длина волны ( нм )
у O 2 898,765
Z O 2 822,696
А O 2 759,370
B O 2 686,719
C (Hα) ЧАС 656 281
а O 2 627,661
D 1 Na 589 592
D 2 Na 588,995
D 3 или d Он 587,5618
е Hg 546,073
E 2 Fe 527,039
б 1 Mg 518,362
б 2 Mg 517.270
б 3 Fe 516,891
б 4 Mg 516,733
Обозначение Элемент Длина волны ( нм )
c Fe 495,761
F (Hβ) ЧАС 486,134
d Fe 466 814
е Fe 438,355
G ‘(Hγ) ЧАС 434,047
г Fe 430,790
г Ca 430,774
h (Hδ) ЧАС 410,175
ЧАС Ca + 396 847
K Ca + 393,368
L Fe 382,044
N Fe 358,121
п Ti + 336,112
Т Fe 302,108
т Ni 299 444

Не все элементы Солнца были идентифицированы сразу. Ниже приведены два примера.

  • В 1868 году Норман Локьер и Пьер Янссен независимо друг от друга наблюдали линию рядом с дублетом натрия (D 1 и D 2 ), которую Локьер определил как новый элемент. Он назвал его гелием , но только в 1895 году этот элемент был обнаружен на Земле.
  • В 1869 году астрономы Чарльз Август Янг и Уильям Харкнесс независимо друг от друга наблюдали новую зеленую эмиссионную линию в короне Солнца во время затмения. Этот «новый» элемент был неправильно назван коронием , так как он был обнаружен только в короне. Только в 1930-х годах Вальтер Гротриан и Бенгт Эдлен обнаружили, что спектральная линия при 530,3 нм связана с сильно ионизированным железом (Fe 13+ ). Другие необычные линии в корональном спектре также вызваны сильно заряженными ионами, такими как никель и кальций , причем высокая ионизация происходит из-за экстремальной температуры солнечной короны .

На сегодняшний день перечислено более 20 000 линий поглощения Солнца между 293,5 и 877,0 нм, но только примерно 75% этих линий связаны с элементарным поглощением.

Анализируя ширину каждой спектральной линии в спектре излучения, можно определить как элементы, присутствующие в звезде, так и их относительные содержания. Используя эту информацию, звезды можно разделить на ; Звезды популяции I — самые молодые звезды и имеют самое высокое содержание металлов (наше Солнце — звезда популяции I), а звезды популяции III — самые старые звезды с очень низким содержанием металлов.

Температура и размер

Кривые черного тела для различных температур.

В 1860 году Густав Кирхгоф предложил идею черного тела — материала, излучающего электромагнитное излучение на всех длинах волн. В 1894 году Вильгельм Вин вывел выражение, связывающее температуру (T) черного тела с его максимальной длиной волны излучения (λ max ).

λМаксимумТзнак равноб{\ displaystyle \ lambda _ {\ text {max}} T = b}

b — константа пропорциональности, называемая константой смещения Вина , равная2,897 771 955 … × 10 -3  m⋅K . Это уравнение называется законом Вина . Измеряя максимальную длину волны звезды, можно определить температуру поверхности. Например, если максимальная длина волны звезды составляет 502 нм, соответствующая температура будет 5778 кельвинов .

Светимость звезды является мерой электромагнитной энергии выхода в заданный промежуток времени. Светимость (L) может быть связана с температурой (T) звезды соотношением

Lзнак равно4πр2σТ4{\ Displaystyle L = 4 \ pi R ^ {2} \ sigma T ^ {4}} ,

где R — радиус звезды, а σ — постоянная Стефана – Больцмана со значением5,670 374 419 … × 10 −8  Вт⋅м −2 ⋅K −4 . Таким образом, когда известны и светимость, и температура (посредством прямых измерений и вычислений), радиус звезды может быть определен.

Что такое масс-спектрометры и в каких отраслях они применяются

Принцип работы этих приборов основан на измерении отношения массы атома к его заряду. На нейтральный атом не действуют ни магнитные, ни электрические поля. Но если добавить или отнять один или несколько электронов, он станет ионом. То, как он движется, определяет его масса и заряд. Если заряд известен, вычисляется его масса.

Функционируют масс-спектрометры следующим образом:

  • Сначала исследуемый материал ионизируется выбиванием электронов из атома.
  • Полученные ионы ускоряются так, чтобы каждый имел одинаковую кинетическую энергию.
  • Производится отклонение ионов от траектории (чем меньше его масса, тем сильнее он отклоняется).
  • Завершающий этап – детектирование пучка ионов, прошедших через прибор.

Так выглядит лабораторный масс-спектрометр

Масс-спектрометры применяются для определения относительного количественного состава атомов элемента (-ов) в смеси. Метод используется в:

  • Химической промышленности.
  • Металлургии.
  • Пищевой отрасли и сельском хозяйстве.
  • Медицине.

Нередко приборы попадают на вооружение к экологическим службам и отделам криминалистической экспертизы.

Виды спектрометров

  • Блескомер. Это спектрометр, ориентирующийся на измерение блеска.
  • Спектрофотометр. С помощью этого устройства анализируется спектральный состав посредством определения длины электромагнитного излучения в оптическом диапазоне. Выходные данные представляются в виде фотометрии и могут применяться для контроля печати.
  • Колориметр. Это прибор для измерения интенсивности и температуры оттенков с поправкой на контрольную цветовую шкалу.
  • Экспонометр. Определяет экспозицию в фотографии и кинематографии.
  • Спектрорадиометр. В его основе — оптическая система, накапливающая спектры и производящая их подсчет. 
  • Яркометр. Устройство, определяющее яркость световых источников.
  • Люксметр. Этот аппарат представляет сведения об освещенности.

Многофункциональные промышленные спектрометры способны работать со светом, красками и другими рабочими средами в контексте изучения разных параметров.

Принцип действия прибора «Спектроскан»

Принцип действия приборов «Спектроскан» фактически описан в его развернутом названии, приведенном в начале этой страницы.

Портативный

Существующие в России и в мире приборы для рентгенофлуоресцентного анализа весят сотни килограмм, а то и тонны, потребляют многие киловатты электроэнергии, требуют для своего размещения отдельного помещения, представляют радиационную опасность для персонала. В отличие от них, «Спектроскан» построен по оригинальной светосильной рентгенооптической схеме, в тысячи раз превышающей по своей чувствительности и эффективности традиционные. Благодаря этому, «Спектроскан» сохраняет высокие аналитические параметры, несмотря на примененный в нем маломощный источник питания рентгеновской трубки, в тысячи раз менее мощный, чем в традиционных приборах. В результате этого рентгеновское излучение прибора «Спектроскан» в тысячи раз меньше, что сняло требования к радиационной защите персонала, позволило уменьшить габариты и массу прибора и привело в итоге к новому качеству – созданию небольшого настольного высокочувствительного прибора «Спектроскан».

Рентгенофлуоресцентный

Аппарат «Спектроскан» относится к приборам для рентгенофлуоресцентного анализа (РФА). Это означает, что в нем используется источник первичного рентгеновского излучения – рентгеновская трубка – для облучения анализируемого образца, в результате чего сам образец начинает излучать (флуоресцировать) в рентгеновском диапазоне длин волн электромагнитного излучения. Излучаемый спектр является характеристическим и однозначно соответствует элементному составу анализируемого образца. Атомы каждого химического элемента имеют свой набор спектральных линий в указанном диапазоне, который характерен только для данного элемента. Поэтому по наличию или отсутствию во вторичном спектре излучения образца конкретных линий (так называемых характеристических линий того или иного элемента) можно судить о наличии или отсутствии данного элемента в составе образца, а по амплитуде (то есть «яркости») соответствующих линий – о количественном содержании (концентрации) данного элемента.

Кристалл-дифракционный

В аппарате «Спектроскан» реализован один из нескольких известных способов выделения характеристических линий того или иного элемента из вторичного спектра флуоресцентного излучения, а именно кристалл-дифракционный. «Спектроскан» использует волновые свойства электромагнитного излучения, а именно его способность преломляться (дифрагировать) на прозрачных или непрозрачных для него препятствиях (призмах, дифракционных решетках). Поскольку рентгеновское излучение имеет длины волн, измеряемые ангстремами, что сравнимо с межатомноми расстояниями в кристаллах, в качестве преломляющих (дифракционных) решеток для него возможно использовать некоторые монокристаллы. Дифракция рентгеновского излучения происходит на узлах кристаллической решетки такого монокристалла.

Сканирующий

В аппарате используется способ последовательной развертки спектра – линия за линией, то есть «прохождение спектра», называемое в физике электромагнитного излучения сканированием. С учетом высокой светосилы прибора «Спектроскан» и высокой степени автоматизации это не приводит к серьезному увеличению времени анализа по сравнению, скажем, со способом параллельной регистрации линий спектра, зато позволяет обозревать весь спектр без пропусков, что повышает надежность анализа.

«Спектроскан» – лучшее решение задач по элементному химическому анализу разнообразных объектов в различных отраслях человеческой деятельности – в промышленности и сельском хозяйстве, на транспорте, в науке и искусстве, медицине и криминалистике.

Планеты, астероиды и кометы

Планеты , астероиды и кометы отражают свет своих родительских звезд и излучают свой собственный свет. Для более холодных объектов, включая планеты Солнечной системы и астероиды, большая часть излучения приходится на инфракрасные длины волн, которые мы не видим, но которые обычно измеряются с помощью спектрометров . Для объектов, окруженных газом, таких как кометы и планеты с атмосферой, дальнейшее излучение и поглощение происходит на определенных длинах волн в газе, запечатлевая спектр газа на спектре твердого объекта. В случае миры с толстыми атмосфер или полной облачности (такие как газовые гиганты , Венера и Сатурн «ы спутник Титан (спутник) ), спектр в основном или полностью из — за одной только атмосферы.

Планеты

Отраженный свет планеты содержит полосы поглощения из-за минералов в горных породах, присутствующих в скалистых телах, или из-за элементов и молекул, присутствующих в атмосфере. На сегодняшний день открыто более 3500 экзопланет . К ним относятся так называемые Горячие Юпитеры , а также планеты земного типа. С помощью спектроскопии были обнаружены такие соединения, как щелочные металлы, водяной пар, монооксид углерода, диоксид углерода и метан.

Астероиды

По спектру астероиды можно разделить на три основных типа. Первоначальные категории были созданы Кларком Р. Чепменом, Дэвидом Моррисоном и Беном Зеллнером в 1975 году, а затем расширены Дэвидом Дж. Толеном в 1984 году. В том, что сейчас известно как , C-типы состоят из углеродистого материала. , S-типы состоят в основном из силикатов , а X-типы являются «металлическими». Есть и другие классификации необычных астероидов. Астероиды C- и S-типа являются наиболее распространенными астероидами. В 2002 году классификация Толена была далее «развита» в , увеличив количество категорий с 14 до 26 для учета более точного спектроскопического анализа астероидов.

Кометы

Оптический спектр кометы Хиякутаке .

Спектры комет состоят из отраженного солнечного спектра от пылевых облаков, окружающих комету, а также линий излучения газовых атомов и молекул, возбужденных до флуоресценции солнечным светом и / или химическими реакциями. Например, химический состав кометы ISON был определен с помощью спектроскопии по хорошо заметным линиям излучения цианогена (CN), а также двух и трех атомов углерода (C 2 и C 3 ). Близлежащие кометы можно увидеть даже в рентгеновских лучах, поскольку ионы солнечного ветра, летящие в кому , нейтрализуются. Поэтому рентгеновские спектры комет отражают состояние солнечного ветра, а не состояние кометы.

Портативные и стационарные аппараты

Портативные (мобильные, карманные) устройства внешне напоминают небольшие тестеры или мультиметры. Это компактные аппараты, которыми можно контролировать цвета на поверхностях со сложной геометрией, где невозможно применение стационарного оборудования. Приборы такого типа эффективно справляются с анализом разных покрытий.

Стационарный спектрометр – это более функциональный аппарат, обеспеченный мощными оптическими элементами и средствами обработки данных. Он имеет собственный микропроцессор с системой визуального представления зарегистрированных спектров. Пользователь может работать с собственным LCD-дисплеем и клавиатурой оборудования.

Дифракционный спектрометр

Дифракционный спектрометр ДФС-12 ( рис. 278) относится к однолучевым приборам. Основой спектрометра является двойной монохроматор со сложением дисперсии.

Дифракционные спектрометры высокого разрешения — это уникальные приборы, разработанные и построенные в крупных научных учреждениях. В табл. 1 дан их перечень на настоящее время.

Жираром , представляет собой обычный дифракционный спектрометр ( схема Литтрова), в котором входная и выходная щели заменены растрами — системами прозрачных и непрозрачных полос, ограниченных равноотстоящими гиперболами. Затем пучки падают на внеосевое параболическое зеркало 6, разлагаются в спектр дифракционной решеткой 7 и фокусируются зеркалом 6 на поверхности выходного растра 8, проектируя на него поочередно два изображения растра 5 ( в проходящем и отраженном свете), являющиеся дополнительными друг к другу — светлым полосам одного изображения соответствуют темные полосы второго, и наоборот.

Голей предложил увеличить светосилу дифракционного спектрометра, заменив щели растрами. Сохраняя привычную и хорошо разработанную конструкцию обычных дифракционных приборов, растровые спектрометры по способу регистрации, виду аппаратной функции сходны с сисамами.

В последние годы наряду с усовершенствованием обычных приз-менных и дифракционных спектрометров для дальней инфракрасной области успешно развивается принципиально иной экспериментальный метод — интерферометрия. В практике химических исследований для абсорбционных измерений используют интерферометры различных типов, например интерферометр Фабри-Перо и ламеллярные решетки, однако наибольшее распространение, пожалуй, получили варианты интерферометра Майкельсона.

Оценим эту величину, когда сканирующий прибор — щелевой дифракционный спектрометр.

Преимущество в светосиле интерферометра Ф — П перед дифракционным спектрометром связано с тем.

Расположение электродов в рентгеновской трубке для получения пучка под скользящим углом.

Экспериментальная установка для наблюдения рентгеновской дифракции по существу аналогична оптическому дифракционному спектрометру, но, так как для рентгеновских лучей нельзя использовать линзы и зеркала, внешне она сильно отличается от оптического прибора.

За нормали I класса принимают такие точно измеренные на дифракционном спектрометре линии испускания или отдельные полосы поглощения, которые являются одиночными, симметричными и достаточно узкими. Первому требованию удовлетворяют те линии и полосы, структура которых не может быть выявлена призменным прибором из-за его ограниченной разрешающей способности. Последнее требование означает, что максимум линии или полосы должен быть настолько острым, чтобы определение его положения не вносило дополнительной ошибки.

Запись интерферограммы с помощью вспомогательного источника. I, — источник света. L, — коллиматорная линза. Mt, Мг — зеркала интерферометра. М3 — светоделительное зеркало. L, — линза. S, — диафрагма. Р — при-емьик излучения. 12 — вспомогательный управляемый источник света. S2 — щель. F — фотопластинка.

Суть метода состоит в том, что в фокальной плоскости обычного дифракционного спектрометра помещается многощелевая диафрагма, ширина которой равна удвоенному спектральному интервалу ДА, ограниченному выходным отверстием прибора. Иначе говоря, отдельные прозрачные и непрозрачные элементы диафрагмы перекрывают спектральные интервалы, меняющиеся в пределах от б А, до / сбА, где k — небольшое целое число.

Аппаратура спектральной регистрации свечения удаленной лазерной искры включает фокусирующую линзу, дифракционный спектрометр, многоканальное координатное устройство с коллекторным световодом и блоком ФЭУ с усилителями.

В связи с этим приведенный пример может служить образцом рационального совместного использования классического дифракционного спектрометра и перестраиваемого диодного лазера для получения прецизионной количественной спектральной информации.

Майкельсона и Фабри — Перо в несколько сот раз больше, чем светосила дифракционного спектрометра равной разрешающей силы.