2.2. Основные типы спектрофотометров [7, 8].

В наиболее простых (однолучевых) спектрофотометрах поглощение измеряют в отдельных точках (длинах волн). Установку длины волны и отсчет величины поглощения производят вручную. При этом последовательно для каждой выбранной длины волны измеряют интенсивность света прошедшего через прибор до и после введения поглощающего слоя, т.е. измеряют J и J_о. По формулам (1.15) или (1.17) вычисляют D или Т, соответственно. В серийно выпускаемых оптико-механической промышленностью однолучевых спектрофотометрах вычисления указанных величин проводится автоматически для каждой выбранной длины волны. По полученным значениям спектр поглощения строят вручную. К таким приборам относятся спектрофотометры СФ-4А, СФ-5, СФ-16, СФ-26 и др.

В более совершенных (двулучевых) приборах автоматически измеряют отношение интенсивности двух пучков света, один из которых прошел через исследуемый объект, а другой через эталон сравнения (воздух, растворитель и др.). На выходе прибора получают спектральную кривую поглощения (пропускания), которая обычно регистрируется самопишущим потенциометром. К таким приборам относятся спектрофотометры СФ-8, СФ-14, СФ-18, Саry-14 и другие.

В настоящее время при широком внедрении вычислительной техники спектрофотометры, как правило, комплектуют внешним или встроенным компьютером и программным обеспечением, что существенно упрощает обработку спектров. К таким приборам можно отнести выпускаемые ЛОМО (Россия) спектрально-вычислительные комплексы КСВУ различных типов, спектрофотометры для ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областей (190-1100 нм) серии Specord (Германия), серии UV (Япония) и др.

Для расширения круга решаемых задач и объектов исследования спектрофотометры снабжают микроскопами для изучения микрообъектов (микроскопы-спектрофотометры МСФП-2У, МСФУЛ-312 и др.), приставками для съемки спектров диффузного и зеркального отражения, поляризаторами и криостатами. Глубокое охлаждение кристаллов (жидкий азот – 77^оК, жидкий водород – 20,4 ^оК и гелий – 4,2 ^оК) во многих случаях оказывается необходимым для выявления структуры электронных спектров, которая при обычной температуре размыта за счет колебаний решетки.

Большое значение имеют исследования спектров поглощения во внешних полях: магнитном (эффект Зеемана), электрическом (эффект Штарка), ориентированной упругой деформации (пьезоспектроскопический эффект). Это позволяет получать дополнительную информацию об энергетических состояниях кристалла

2.3. Особенности получения спектров поглощения кристаллов.

Объектами для исследования оптических спектров поглощения могут служить любые кристаллические вещества с ионным и ковалентным типом химической связи (полупроводники и диэлектрики). Для кристаллов с металлическим характером химической связи (металлы, интерметаллические соединения, сульфиды и др.) оптико-спектроскопические исследования сводятся к изучению спектров зеркального отражения. Поглощение металлов очень сильное и сравнительно малоселективное почти во всем оптическом диапазоне. Как и характерный металлический блеск, оно связано с наличием в металлах свободных электронов. Т.к. плотность свободных электронов значительна (n ≈ 10²²см ^{- 3}), то даже очень тонкие слои металла (d < 10 ^{– 5}см) отражают бóльшую часть падающего на них света и, как правило, практически непрозрачны. В ИК-области спектра оптические свойства металлов обуславливаются гл. обр. свободными электронами, которые ведут себя как электронная плазма. При переходе к видимому и УФ свету начинает играть роль внутренний фотоэффект, т.е. переходы электронов между энергетическими зонами за счет поглощения квантов света.

Максимальную информацию о природе поглощающего центра получают из поляризованных низкотемпературных спектров. Поэтому для анизотропных кристаллов готовят полированные препараты в виде кубика или параллелепипеда, грани которых параллельны основным кристаллографическим осям или осям оптической индикатрисы. Ориентировку кристаллов при изготовлении препаратов из них осуществляют кристаллооптическими и рентгеновскими методами. Поверхности граней должны быть плоскопараллельны и для уменьшения рассеяния света, а, следовательно, уменьшения искажения спектра поглощения иметь высокое качество полировки (шероховатость не должна превышать размер длины волны коротковолнового края спектра).

.