1.1.4 Регистрация спектров

Более сложные технические и научные задачи по сравнению с качественным, решаются в рамках количественного спектрального анализа. Среди этих задач: определение количества каждого из элементов в соединении, определение температуры и концентрации заряженных частиц в плазме, многие проблемы астрофизики и т.д. Решение подобных задач связано, как правило, с оценкой интенсивности определенных спектральных линий.

Напомним, что интенсивность излучения света в данной точке пространства определяется как средний по времени световой поток через единицу поверхности площадки, перпендикулярной к направлению распространения световой волны. Оказывается, что для любого приемника света, который будет оценивать этот поток (человеческий глаз, фотопленка, электронные приборы), вовсе небезразлично в каком спектральном интервале он излучается. Приемник будет по разному реагировать на излучение одинаковой интенсивности в различных участках спектра. Так человеческий глаз, например, не воспринимает излучения, лежащего в ультрафиолетовой области спектра, но очень чутко реагирует на излучение в желто-зеленой области. Именно поэтому, рассматривая спектр излучения какого-либо элемента, мы, хотя и видим спектральные линии, представляющиеся нам по-разному яркими, все же мы не можем приписать им конкретное значение интенсивности. Более того, мы не можем даже сравнить интенсивности двух спектральных линий, если они расположены в далеких друг от друга спектральных областях. Измерения подобного рода можно провести только тогда, когда известна спектральная чувствительность фотоприемника: , где i - фототок, поток световой энергии в узком интервале длин волн (, +d). Очевидно из вышесказанного, что функция длины волны света. Вид этой функции для конкретного фотоприемника находится экспериментально.

Простейший способ получения спектральной характеристики, например, фотоэлемента, заключается в том, что на последний направляют при помощи монохроматора свет различных длин волн , но с одинаковым потоком световой энергии в одинаковых интервалах (, +d). Тогда встает вопрос: чем же освещать входную щель монохроматора? Ведь любой источник света обладает различной излучательной способностью в различных областях спектра. Проблема легко решается для таких источников, для которых известна зависимость энергии излучения от длины волны. Такими источниками света, в первую очередь, являются лампочки накаливания, поскольку их излучение подчиняется законам теплового излучения. Знание зависимости позволяет произвести перерасчет силы фототока от реального к воображаемому немоно­хроматическому источнику постоянной интенсивности в любом спектральном интервале. На рис.5 представлена зависимость энергии излучения от длины волны для раскаленного вольфрама, имеющего температуру Т=1800°К. По оси ординат отложена энергия излучения в произвольных единицах. Примем за единицу энергию, соответствующую длине волны =560 нм (эта длина волны соответствует максимальной чувствительности глаза) и ограничимся рассмотрением видимой части спектра. Для света длина волны = 560 нм фототок i во столько раз меньше, чем фототок от источника постоянной интенсивности , во сколько раз меньше . Поэтому, для того, чтобы произвести перерасчет, показание гальванометра (фототок) следует умножить на коэффициент k. Очевидно, для 560 нм k1, для 560 нм k1.

Для определения чувствительности фотоэлемента обычно пользуются эталонными лампами с известными кривыми Вина, либо определяют пирометром температуру нити лампочки накаливания и, зная материал спирали нити по табличным данным строят кривую Вина . Затем определяют коэффициент k для различных длин волн и производят перерасчет.

Рис. 5. График зависимости энергии излучения от длины волны для вольфрама, при температуре 1800°К. Горизонтальная линия характеризует распределение энергии по длинам волн для воображаемого источника (результат перерасчета).

Аналогичных исследований требуют также и фотопленка, стеклянные фотопластинки или фотобумага.