1.7 Приборы и аппаратура, используемые при спектральных исследованиях
I. Дисперсионный спектроскоп
Дисперсионный спектроскоп - наиболее простой спектральный прибор. Он предназначен для наблюдения спектров испускания и поглощения различных веществ в видимом диапазоне длин волн. Принцип действия основан на дисперсии - зависимости показателя преломления вещества от частоты или длины волны света. Это явление позволяет разделять фотоны с различной энергией при прохождении их через специальную преломляющую прозрачную призму, изготовленную в зависимости от спектрального диапазона из специального материала: для видимого света - тяжёлое стекло (флинт), для УФ области спектра - кварц, для ИК области - каменная соль NaCl, KBr или CaF2.
Схема устройства дисперсионного спектроскопа и ход лучей в преломляющей призме изображены на рис. 8.
П
Рис. 8. Устройство
дисперсионного спектроскопа.
II. Фотоэлектрический колориметр (фэк)
Под колориметрией понимают спектральные исследования, позволяющие осуществлять определение концентрации растворённых веществ путём сравнения с раствором, содержащим то же самое растворённое вещество в известной концентрации.
Фотоэлектрический колориметр (ФЭК) служит для определения концентрации различных растворов. Принцип действия ФЭК основан на анализе отношений интенсивностей света, прошедшего через растворитель и раствор. Для повышения точности измерений используется свет преимущественно той длины волны, которая поглощается растворённым веществом наиболее сильно. Прибор построен по двухлучевой схеме, поэтому для расчёта коэффициента пропускания используется соотношение (3). Регистрация излучения, прошедшего через кювету с растворителем и кювету с раствором осуществляется полупроводниковыми фотоэлементами. После соответствующего преобразования электрических сигналов от них, реализуются соотношения (4) и (4’) - таким образом, информация об оптической плотности раствора выводится на индикатор - стрелочный измерительный прибор, расположенный на передней панели. Принципиальная схема колориметра представлена на рис. 9.
Рис. 9. Схема устройства колориметра.
Конструкция и принцип действия
Излучение от источника сплошного спектра (лампа накаливания 1), пройдя через светофильтры, надетые на линзы-конденсоры (2) и (3) преобразуется в параллельные потоки лучей. Каждый поток проходит через соответствующую ирисовую диафрагму с изменяемым отверстием, далее сквозь прозрачную кювету с жидкостью (4 и 5) и попадает на фотоэлемент (6 и 7).
Напряжение, возникающее на выводах фотоэлемента при освещении, подаётся на мостовую измерительную схему, содержащую потенциометры (9) и (10) и микроамперметр (11). При попадании одинаковых потоков света на оба фотоэлемента стрелка микроамперметра остаётся на нуле. При неравенстве освещённостей фотоэлементов стрелка отклоняется пропорционально возникшей разности потенциалов в сторону соответствующего фотоэлемента. Скомпенсировать дисбаланс освещённостей и установить стрелку прибора на нуль можно с помощью ирисовых диафрагм.
С правой стороны прибора находятся два барашка (8), при помощи которых можно изменять чувствительность. Поворотом маленького барашка можно перекрывать поток излучения светонепроницаемой крышкой перед правым фотоэлементом. Если при перекрытом потоке с помощью потенциометров «грубо» (10) и «точно» (9) стрелка прибора устанавливается на 100, то при самом измерении одно деление шкалы равно пропусканию в размере 1%. Вторая крышка, поворачиваемая большим барашком, содержит фильтр с пропускной способностью, равной 10%. После подключения этого фильтра и установки разностного тока фотоэлементов на 100 по шкале прибора одно деление шкалы соответствует пропускной способности 0,1%. Если требуется чувствительность, равная от 1% до 0,1% пропускной способности в пересчёте на одно деление шкалы, то для этого нужно установить при включенном фильтре (большой барашек) стрелку на определённое значение между 0 и 100.
Например, установка на 50 делений по шкале означает, что одно деление шкалы соответствует пропускной способности в размере 0,2% (10%, делённые на количество установленных делений). Если требуется повышенная точность измерений, то к соединительным гнёздам (12) и (13) можно подключить измерительный прибор с большей чувствительностью.