II. 4. Спектральные приборы

Разложение излучаемого спектра на составляющие или выделение излучения с определенной длиной волны проводится с помощью спектральных приборов. На рис. II.1 представлена принципиальная схема спектрального прибора для эмиссионного анализа.

Рис. II.1 Принципиальная схема спектрального прибора

Изображение источника излучения с помощью осветительной системы фокусируется на входную щель спектрального прибора. Затем с помощью коллиматорного объектива формируется параллельный пучок света, который попадает на диспергирующий элемент. Последний осуществляет пространственное разделение лучей в зависимости от длины волны. После диспергирующего элемента свет попадает на камерный объектив, который в своей фокальной плоскости формирует многократные изображения входной щели прибора для каждой длины волны разложенного пучка света.

В зависимости от типа прибора полученный спектр можно рассматривать визуально (спектроскоп или стилоскоп), фотографировать на фотопластинку (спектрограф) или с помощью выходных щелей регистрировать фотоэлектрическими приемниками света (спектрометр).

Из основных технических характеристик спектральных приборов можно выделить следующие.

1. Рабочая область - диапазон длин волн, для работы в котором предназначен прибор.

2. Угловая дисперсия спектрального прибора - D _j= d j/ d l - изменение угла отклонения луча света с изменением длины волны. Определяется величиной дисперсии диспергирующего элемента.

3. Линейная дисперсия - D_l = dl / d l= D _j F - расстояние между двумя спектральными линиями с разностью длин волн d l. На величину линейной дисперсии влияют угловая дисперсия диспергирующего элемента D _j и фокусное расстояние камерного объектива F (геометрические параметры прибора). В технической документации обычно приводится обратная линейная дисперсия 1/ D_l, выраженная в ангстремах или нанометрах на миллиметр. Линейная дисперсия призменных приборов увеличивается по мере уменьшения длины волны. Поэтому при одной и той же разности длин волн коротковолновые линии находятся на большем расстоянии, чем длинноволновые. График зависимости расстояния между линиями от длины волны называют графиком линейной дисперсии или дисперсионной кривой.

4. Разрешающая способность - R =l/ d l - отношение длины волны к той разнице длин волн, при которой спектральные линии наблюдаются раздельно. На величину разрешающей способности оказывают влияние в первую очередь линейная дисперсия и ширина входной щели. Наилучшее разрешение двух спектральных линий с близкими значениями длин волн можно получить при узкой входной щели спектрального прибора.

5. Светосила спектрального прибора. Светосилой g_l называют отношение освещенности изображения спектральной линии E к спектральной яркости источника излучения В - g_l= E _l/ B _l. Светосилу прибора характеризуют следующие основные фотометрические величины. Световой поток Ф измеряется количеством световой энергии, протекающей в единицу времени через некоторую поверхность S. Единица измерения - ватт (для видимой области - люмен). Освещенность Е - световой поток, приходящийся на единицу некоторой поверхности S: E = Ф / S. Единица измерения Вт/см² (в видимой области люкс). Яркость источника В измеряется световым потоком D Ф, испускаемым внутри телесного угла a с площадки источника DS в направлении нормали к этой площадке В =D Ф /D S a. В зависимости от способа регистрации спектра различают светосилу по световому потоку g _n= Ф / В (фотоэлектрическая регистрация спектра) и светосилу по освещенности g ₀= E / B (при фотографической регистрации). Светосила в основном определяется потерей света при прохождении его через спектральный прибор и относительным отверстием камерного объектива. Яркость линейчатого спектра не зависит от ширины щели спектрографа. Яркость сложного или непрерывного спектра снижается с уменьшением ширины входной щели и увеличением линейной дисперсии спектрального прибора. Таким образом с увеличением линейной дисперсии спектрального прибора улучшаются условия регистрации спектральных линий малой интенсивности за счет ослабления интенсивности сплошного фона.

Дата добавления: 2015-07-11