1.1.3 Спектральные приборы

Для эмиссионного спектрального анализа применяются раз­личные спектральные приборы с визуальной, фотографической или фотоэлектрической регистрацией спектров:

Спектрографы, у которых спектры регистрируются на фотогра­фическую пластинку и занимают достаточно большой спектральный интервал.

Стилоскопы и стилометры, предназначенные для визуального качественного и полуколичественного анализов сталей и сплавов.

Монохроматоры у которых спектры занимают очень малый спектральный интервал и регистрируются визуально или фотоэлектрическим способом.

Полихроматоры с фотоэлектрической регистрацией световых потоков и предназначен­ные для быстрого и автоматизированного проведения большого числа анализов. От монохроматоров они отличаются тем, что ими может быть выделено несколько узких спектральных областей.

Все эти приборы имеют примерно одинаковую конструкцию с использованием в качестве диспергирующего элемента стеклянной (для ультрафиолетовой области кварцевой) призмы или дифракционной решетки. Призменные приборы почти потеряли научное применение, однако широко используются в технических и учебных целях. Современные исследовательские спектральные приборы – это, как правило, дифракционная техника с высокими значениями основных параметров.

О птическая схема призменного монохроматора как простейшего спектрального прибора представлена на рис.3. Свет от источника 1 попадает на входную щель 2 монохроматора 2, которая находится в фокусе линзы 3. Призма 4 разлагает свет в спектр, который наблюдается в фокальной плоскости линзы 5. Монохроматоры чаще всего используются для выделения почти монохроматического пучка света, который используется для различных исследований, например определения коэффициентов преломления и отражения света различными веществами на различных частотах (длинах волн.)

Наиболее распространенными приборами, применяющимися для эмиссионного спектрального анализа, являются спектрографы. Большинство задач эмиссионного анализа решается при ис­пользовании спектральных линий, расположенных в видимом, ближнем ультрафиолетовом (УФ) и инфракрасном (ИК) участках спектра. В соответствии с этим чаще всего применяются спектро­графы, работающие в интервале длин волн 200—1000 нм. Принципиальная схема призменного спектрографа представлена на рис. 4.

Рис. 4. Оптическая схема призменного спектрографа:

1 — входная щель; 2 — коллиматорный объектив; 3 —

призма; 4 — камерный объектив; 5 — фотопластинка

Спектрограф имеет три основные части: коллиматор, состоящий из объ­ектива 2 и щели 1, установленной в его фокусе; диспергирующую систему 3, состоящую из одной или нескольких преломляющих призм, и фотографическую камеру, со­стоящую из объектива 4 и фотопла­стинки 5, расположенной в его фокальной плоскости. Показатель преломления материала призмы неодинаков для различных длин волн. Поэтому неоднородный по спектральному составу параллельный пучок лучей, формируемый коллиматором и падаю­щий на призму, разделяется в ней на монохроматические пучки, идущие по разным направлениям. Камерный объектив 4 собирает эти пучки в своей фокальной плоскости, создавая на фотопластинке 5 последовательность монохроматических изображений ще­ли — спектральные линии.

Дисперсия спектрографа показывает на геометрические размеры спектра, приходящиеся на единичный спектральный интервал. Чем больше дисперсия (угловая либо линейная), тем дальше друг от друга находятся на соответствующих спектрограммах одни и те же спектральные линии.

Разрешающая способность спектрографа R показывает, могут ли наблюдаться как отдельные две рядом расположенные спектральные линии или они сольются в одну, т.е. прибор их не разрешает. Причина не разрешения двух рядом расположенных линий определяется совместным действием раз­личных факторов. К их числу относятся дифракция на действую­щем отверстии спектрографа, различные аберрации и другие по­грешности оптики прибора, ширина входной щели и зернистая структура фотографической эмульсии. Как правило, большая дисперсия определяет и большую разрешающую способность

Рабочий диапазон спектра ог­раничивается поглощением излучения оптическими деталями при­бора и в слое воздуха между источником света и приемником, величиной области дисперсии материала призм и об­ластью чувствительности приемника излучения.

В заключение данной главы приведем несколько фотографий (спектрограмм) отдельных участков спектров различных элементов, на которых отмечены отдельные спектральные линии и их длины волн в нанометрах.

Обратите внимание на:

- сложность структуры спектров;

- обилие количества линий в небольшом спектральном интервале;

- точность в определении длин волн линий;

- различие в яркости и четкости изображения линий;

- различия в толщине (ширине) линий, т.е. в спектральных интервалах, которые они занимают, сравните его с тем значением длинны волны, которое приписывается данной линии, с точностью данного значения.