Дифракционный спектроскоп

Содержание

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.

Рефрактометр

Это, пожалуй, самое эффективное устройство с точки зрения выводов. Показатель преломления остается одним из самых повторяющихся и воспроизводимых измерений в геммологии.

При использовании этого устройства для контакта между призмой (или рабочим столом) и исследуемым камнем требуется жидкость.

Эта жидкость является дийодметаном, насыщенным серой и другими соединениями.

Его токсичность еще больше, чем токсичность только дийодметана. Поэтому измерение индекса преломления должны проводиться в хорошо проветриваемых помещениях.

Монохроматический источник света, соответствующий D-линии натрия (желто-оранжевая часть белого света), является лучшим освещением для данного анализа и даст более точные измерения.

Однако индекс может быть определен белым светом путем фокусировки на оранжевом цвете спектра, который будет наблюдаться на шкале.

Индекс преломления не будет единственными данными, которые даст вам рефрактометр, так как он также даст вам информацию о двулучепреломлении, оптическом характере.

Решетчатый спектроскоп

Спектр получается благодаря дифракционной решетке, состоящей из тонкой пластины, на которой выгравированы крошечные параллельные щели. Когда падающий свет попадает на эту пластину, она дифрагируется. Еще есть «радуга». »Дифракционная решетка помещена внутри трубки, образующей диафрагму . На одном конце находится окуляр, через который наблюдатель смотрит на спектр; на другом конце щель.

Внутри тубуса: наклонная пластина и линза.

Формируемый спектр линейный.

В принципе и при использовании обоих типов спектроскопов предпочтительно, чтобы красный цвет появлялся слева, а пурпурный — справа. В Соединенных Штатах, однако, это обычное, если не обычное, наблюдение этих цветов в обратном порядке: красный справа, фиолетовый слева (для этого нет причин, все зависит от желаемого обращения и желаемого порядка. , нет соглашения, регулирующего использование спектроскопа)

Также предпочтительно наблюдать спектры в темной комнате, используя непоглощающий белый свет (позволяющий проходить непрерывному спектру, см. Выше).

Драгоценный камень или сырье должны быть полупрозрачными или прозрачными. Непрозрачность не пропускает свет, спектр не будет виден.

Материалы можно тестировать двумя разными способами. При прямом или отраженном свете.

Примеры диагностических спектров поглощения и их причины.

Сапфир синего : черная линия при 450 нм в синий цвет. Хромирующий элемент, отвечающий за абсорбцию: железо . Поскольку железо является примесью, камень называют аллохроматическим.

Перидот (зеленый): как правило , тонкая полоса при 493 нм, 473 нм до линии, одна линия на 453 нм, а группа из 435 до 400 нм. Хромирующий элемент, отвечающий за абсорбцию: также железо. Поскольку железо является неотъемлемой частью химического состава перидота, камень считается идиохроматическим.

Мы обнаружили, что в обоих случаях железо поглощает около 450 нанометров.

Будьте осторожны, спектроскоп определенно показывает диагностические спектры, но не всегда помогает отличить синтетические материалы от натуральных. Кроме того, не все драгоценные камни обязательно производят призрак. Иногда бывает трудно отличить перидот, например, от циркона .

Хотя в идеале циркон состоит из примерно пятидесяти или более тонких линий различной интенсивности, отчетливая линия на 653 нм должна быть хорошим индикатором спектра поглощения урана в цирконе.

UVC

Большинство алмазов (часто тип I) и их имитации полностью поглощают короткое ультрафиолетовое излучение (254 нм). Однако редкие алмазы типа IIa, IIb или некоторые имитации, такие как ниобат лития, прозрачны для UVC.

Цвет коричневых алмазов типа IIa может быть заметно улучшен (т.е. камень становится бесцветным) с помощью HPHT-обработки.

Таким образом, UVC будет простым шагом, который может поднять вопрос о возможной HPHT-обработке бесцветного алмаза.

Эта камера также может быть использована для различения натуральных бесцветных сапфиров от синтетических.

Для выполнения этого теста просто расположите камень на отверстии и закрепите его пастой «Rodico», закройте стык между камнем и отверстием, а затем поместите камень на УФ-лампу.

Если камень прозрачен для UVC, основание камеры (кремниевая пластина) станет зеленым, если нет, то останется инертным

Обратите внимание, что поглощение UVC (и, следовательно, прозрачность) связано с толщиной материала, через который он проходит

Такой камень, как CZ (кубический цирконий), в зависимости от его толщины и/или условий наблюдения (окружающего освещения, остроты зрения наблюдателя и т.д.) может быть непрозрачным или слабо прозрачным.

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.

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

Самодельный спектрометр из ювелирного спектроскопа

18 Мар 2017

В предыдущих статьях я описывал, как тестировал различные светодиоды для растений. Для анализа спектра я использовал дифракционную решетку и школьный спектроскоп на основе призмы взятые у знакомого учителя физики.

Но потребность в таком приборе появляется периодически и спектроскоп, а еще лучше спектрометр хотелось бы иметь под рукой.

Идеальным входом была бы покупка спектрометра, но жаба вежливо покрутила у виска.
Попытка сварганить спектрометр из CDROMа хорошего стабильного результата не дала.
И тогда мой взгляд обратился к ювелирным спектроскопам.

Дешевый сегмент китайского рынка представлен двумя типами спектроскопов — с призмой и чуть более дорогой — с дифракционной решеткой.

Мой выбор — ювелирный спектроскоп с дифракционной решеткой

Раз вещь для ювелиров — то в комплекте шел «кожаный» чехол

Размеры у спектроскопа маленькие

Что в прочем было ясно из описания магазина
Собрано все крепко, так что расчлененки не будет.
Поверим и так, что с одной стороны трубки стоит объектив-линза, с другой дифракционная решетка и защитное стекло.

А внутри красивая радуга. Налюбовавшись ею вволю стал искать, а что бы такое посмотреть на спектре.
К сожалению, по прямому назначению спектроскоп применить не удалось, так как вся моя коллекция брильянтов и драгоценных камней ограничилась обручальным кольцом, совершенно непрозрачным и не дающим никакого спектра. Ну разве что в пламени горелки ))).
Зато ртутная люминисцентная лампа честно дала много красивых полосок. Вволю налюбовавшись различными источниками света озадачился вопросом, что нужно картинку как то зафиксировать и спектр измерить.

Немного DIY

В голове уже давно крутилась картинка насадки на фотоаппарат, а под столом стоял ЧПУ станочек, не прошедший еще последней модернизации, но вполне успешно справляющийся с ПВХ пластиком.

Конструкция получилась не очень красивой. Все таки люфты по X и Y я победил не до конца. Ничего ШВП уже лежат в сборе и ждут, когда опорные линейные рельсы приедут.

А вот функциональность получилось вполне приемлемой, чтобы радуга отобразилась на стареньком Canon, давно лежащем без дела.

Правда тут меня ждало разочарование. Красивая радуга становилась какой то дискретной.

Всему вина — RGB матрица любого фотоаппарата и камеры. Поигравшись с настройками баланса белого цвета и режимами съемки, я смирился с картинкой.
Ведь преломление света не зависит от того, каким цветом фиксировать изображение. Для спектрального анализа подошла бы и черно-белая камера с максимально равномерной чувствительностью по всей ширине измеряемого диапазона.

Методика спектрального анализа.

Путем проб и ошибок нарисовалась такая методика
1. Рисуется картинка шкалы видимого диапазона света (400-720нм), на ней обозначаются основные линии ртути для калибровки.

2. Снимается несколько спектров, обязательно с эталонным ртутным. В серии съемок нужно зафиксировать положение спектроскопа на объективе, чтобы исключить сдвиг спектра из серии снимков по горизонтали.

3. В графическом редакторе шкала подгоняется под ртутный спектр, а все остальные спектры масштабируются без горизонтального сдвига в редакторе. Получается что-то вроде этого

4. Ну а потом все загоняется в программу анализатор Cell Phone Spectrometer из этой статьи

Проверяем методику на зеленом лазере, у которого длина волны известна — 532нм

Погрешность получилась около 1% что при ручной методике подгона ртутных линий и рисования шкалы практически от руки очень даже неплохо.
Попутно узнал, что зеленые лазеры не прямого излучения, как красные или синие, а используют твердотельную диодную накачку (DPSS) с кучей вторичных излучений. Век живи — век учись!

Измерение длины волны красного лазера тоже подтвердило правильность методики

Для интереса померил спектр свечки

и горящего природного газа

Теперь можно мерить спектр светодиодов, например «полный спектр» для растений

Спектрометр готов и работает. Теперь буду готовить с его помощью следующий обзор — сравнение характеристик светодиодов разных производителей, дурят ли нас китайцы и как сделать правильный выбор.

Вкратце, полученным результатом доволен. Может быть имело смысл подключить спектроскоп к веб камере для непрерывного измерения спектра, как в этом проекте

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».

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.

Часть 5. Спектральное разрешение

Общие сведения

Одной из важнейших характеристик спектрометра является спектральное (оптическое) разрешение. Спектральное разрешение системы определяет максимальное количество спектральных пиков, которые спектрометр может определить. Например, если спектрометр имеет диапазон 200 нм и спектральное разрешение 1 нм, система способна определить до 200 длин волн (пиков) в спектре.

В дисперсионных спектрометрах существует три ключевых фактора, которые определяют спектральный диапазон устройства: входная щель, дифракционная решетка, детектор. От щели зависит минимальный размер изображения, который оптический стол может сформировать в плоскости детектора. Дифракционная решетка определяет суммарный спектральный диапазон. Детектор определяет максимальное количество и размер неярких точек, которые можно оцифровать в виде спектра.

Измерение спектрального разрешения

Следует помнить о том, что наблюдаемый сигнал (S_o) зависит не только от спектрального разрешения (R) спектрометра, но и от длины волны сигнала (S_r). В результате этого наблюдаемое разрешение представляет собой искажение (измененное значение) от двух источников:

Уравнение 5-1

Если частотный диапазон сигнала значительно шире спектрального разрешения, то данный эффект можно не учитывать и считать, что измеренное разрешение соответствует разрешению сигнала. И, наоборот, если диапазон частот сигнала значительно меньше разрешения спектрометра, то наблюдаемый спектр ограничен только разрешением спектрометра.

Для решения большинства задач следует допустить, что вы работаете с одним из этих вариантов, но в определенных ситуациях, например, в рамановской спектроскопии высокого разрешения, искажение игнорировать нельзя. Например, если спектрометр имеет спектральное разрешение ~3 см-1, лазер выдает излучение шириной ~4 см-1, то наблюдаемый сигнал будет иметь ширину ~5 см-1, так как спектральные разрешения близки к друг другу (распределение Гаусса).

По этой причине, при измерении спектрального разрешения спектрометра следует понимать, что измеренный сигнал значительно уже и измерение имеет ограниченное разрешение. Это обычно решается применением эмиссионной лампы низкого давления, например, с содержанием паров Hg или Ar, так как частотный диапазон таких источников обычно существенно уже, чем спектральное разрешение спектрометра с дисперсионной решеткой. Если требуется более узкое разрешение, можно использовать лазер, работающий на одном режиме.

После получения данных от лампы низкого давления спектральное разрешение измеряется на полуширине (FWHM) процента пика.

Расчет спектрального разрешения

При расчете спектрального разрешения (δλ) спектрометра следует учитывать: ширину щели (Ws), спектральный диапазон спектрометра (Δλ), ширину пикселя (Wp) и количество пикселей детектора (n)

Важно помнить о том, что спектральное разрешение определяется как полуширина FWHM. Грубой ошибкой при расчете спектрального разрешения является заключение о том, что для определения пикового значения FWHM требуется минимальное количество пикселей, поэтому спектральное разрешение (в предположении Ws = Wp) равно троекратному разрешению пикселей (Δλ/n)

Данное соотношение можно расписать для получения параметра, известного как фактор разрешения (RF), который определяется по отношению ширины щели к ширине пикселя. Если Ws ≈ Wp , то фактор разрешения равен 3. Если Ws ≈ 2Wp , то фактор разрешения снижается до 2,5 и продолжает снижаться до тех пор, пока не будет соблюдаться соотношение Ws > 4Wp , в этом случае фактор разрешения достигает значения 1,5.

Все вышесказанное можно подытожить уравнением:

Уравнение 5-2

Например, если в спектрометре используется щель размером 25 мкм, 14 мкм, 2048-пиксельный детектор и спектральный диапазон составляет 350–1050 нм, то расчетное разрешение равно 1,53 нм.

Принцип работы масс-спектрометров

В методах масс-спектрометрии используют ионизацию вещества, так как существуют эффективные методы управления пучками заряженных частиц с помощью магнитных и электрических полей. Большая часть исследований ведется с пучками положительных ионов.

Схематически процесс ионизации с образованием положительных ионов можно представить следующим образом:

где Нм, Нх, Н1 и Н2 – число частиц в единице объема; Ем, Ех, Е1, Е2 – энергия соответствующих частиц; q – степень ионизации, в большинстве случаев равная единице и поэтому Н1 = Н2.

Образование положительных ионов является результатом взаимодействия молекул, атома или радикала в газовой фазе (М) с электроном, фотоном, ионом или быстрой молекулой (х), а также макроскопическим телом, обладающим электрическим полем с высоким градиентом.

Ех должна быть больше потенциала ионизации (М). Избыток энергии Ех над потенциалом ионизации после ионизации распределяется между ионом Мq+ с энергией Е1 и эмиттированным электроном с энергией Е2.

Ручной спектроскоп

С помощью небольшого портативного спектроскопа, либо призменного, либо с дифракционной решеткой, вы увидите спектры поглощения, которые иногда являются реальными физическими характеристиками исследуемого драгоценного камня.

Использование портативного спектроскопа не самое простое, но с небольшой практикой вы сможете подтвердить некоторые геммологические анализы.

Призменный спектроскоп даст вам, в дополнение к наблюдаемой спектральной картине, приблизительное смещение полос и составляющих их линий, благодаря градуированной шкале (нм), проецируемой второй трубкой.

Спектроскопы с дифракционной решеткой имеют точно такую же ценность, как и призменные спектроскопы.

Однако наблюдаемое спектральное распределение цветов является линейным (не логарифмическим). То есть, с помощью призменного спектроскопа красная часть спектра распадается, а синяя – очень широкая, тогда как с помощью спектроскопа с дифракционной решеткой цветовые диапазоны распределены более равномерно.

Иногда исследуемый камень может представлять собой красную флуоресценцию с линиями излучения, которые с ним связаны.

Чтобы лучше воспринимать линии излучения в красной части спектра, можно вставить фильтр, который будет поглощать всю красную часть источника света, чтобы иметь возможность оценить линии, идущие только от явления флуоресценции.

Эта техника может быть очень полезна для более тонкого изучения драгоценного камня. Например:

Можно оценить сильную красную флуоресценцию синтетического изумруда по сравнению со слабой флуоресценцией природного изумруда, который обычно содержит следы такого элемента, как железо, препятствующего флуоресценции.
Линии излучения красного цвета красных шпинелей характерны для этого драгоценного камня.

С более подробной информацией можно ознакомиться на сайте

https://www.geminterest.com/materiel.php

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

Спектроскопы [ править ]

Спектроскоп

Другие названия	Спектрограф
Похожие материалы	Масс-спектрограф

Сравнение различных спектрометров на основе дифракции: оптика отражения, оптика преломления, волоконная / интегрированная оптика необходима цитата

Спектроскопы часто используются в астрономии и некоторых областях химии . Ранние спектроскопы были просто призмами с градуировкой, обозначающей длину волны света. Современные спектроскопы обычно используют дифракционную решетку , подвижную и какой-то фотодетектор , все они автоматизированы и управляются компьютером .

Йозеф фон Фраунгофер разработал первый современный спектроскоп, объединив призму, дифракционную щель и телескоп таким образом, что увеличило спектральное разрешение и было воспроизведено в других лабораториях. Фраунгофер также изобрел первый дифракционный спектроскоп. Густав Роберт Кирхгоф и Роберт Бунзен открыли применение спектроскопов в химическом анализе и использовали этот подход для открытия цезия и рубидия . Анализ Кирхгофа и Бунзена также позволил химическое объяснение , включая линии фраунгофера .

Когда материал нагревается до накала, он излучает свет , характерный для атомарного состава материала. Определенные световые частоты приводят к появлению четко определенных полос на шкале, которые можно рассматривать как отпечатки пальцев. Например, элемент натрия имеет очень характерную двойную желтую полосу, известную как D-линии натрия на 588,9950 и 589,5924 нанометрах, цвет которых будет знаком любому, кто видел натриевую лампу низкого давления .

В оригинальной конструкции спектроскопа в начале 19 века свет попадал в щель, и коллимирующая линза преобразовывала его в тонкий пучок параллельных лучей. Затем свет проходил через призму (в портативных спектроскопах, обычно призму Амичи ), которая преломляла луч в спектр, потому что разные длины волн преломлялись по-разному из-за дисперсии . Затем это изображение просматривали через трубку со шкалой, которая была перенесена на спектральное изображение, что позволяло проводить его прямые измерения.

С развитием фотопленки был создан более точный . Он был основан на том же принципе, что и спектроскоп, но вместо смотровой трубы у него была камера. В последние годы электронные схемы, построенные вокруг фотоэлектронного умножителя , заменили камеру, что позволяет проводить спектрографический анализ в реальном времени с гораздо большей точностью. Массивы фотодатчиков также используются вместо пленки в спектрографических системах. Такой спектральный анализ, или спектроскопия, стал важным научным инструментом для анализа состава неизвестного материала, а также для изучения астрономических явлений и проверки астрономических теорий.

В современных спектрографах в УФ, видимом и ближнем ИК диапазонах спектр обычно задается в виде числа фотонов на единицу длины волны (нм или мкм), волнового числа (мкм -1 , см -1 ), частоты (ТГц). ) или энергии (эВ), единицы измерения указаны по оси абсцисс . В среднем и дальнем ИК-диапазоне спектры обычно выражаются в ваттах на единицу длины волны (мкм) или волновом числе (см -1 ). Во многих случаях спектр отображается с оставленными подразумеваемыми единицами (например, «цифровыми счетчиками» на спектральный канал).

Сравнение четырех типов абсцисс, обычно используемых для спектрометров видимого диапазона.

Сравнение четырех типов абсцисс, обычно используемых для инфракрасных спектрометров.