38. Спектрометрдің жұмыс істеу принципі. Спектроскоп, спектрометр және спектрографтың айырмашылығы неде?

Денелерге спектрлері бойынша талдау жүргізу үшін қолданылатын құрал-спектроскоптың принциптік схемасы 8.1-суретте көрсетілген.

Спектрлік құралдардың барлығын үш негізгі бөліктен, яғни

коллиматордан, дисперсиялайтын жүйеден және көру трубасынан немесе

фотокамерадан тұрады деп қарастыруға болады.

Коллиматор көмегімен параллель жарық шоғы алынады (объективтің фокальдық жазықтығына жарық енетін саңылау орналастырылған). Параллель жарық шоғы дисперсиялайтын жүйеден (призмадан) өткеннен кейін сәулелер толқын ұзындықтарына қарай түрлі бағытта параллель сәулелер түрінде таралатын болады, яғни түрлі түске жіктеледі

8.1-сурет. Спектроскоптың оптикалық схемасы: коллиматор (саңылау 1, объектив 2), дисперсияланатын жұйесі (призма 3), көру трубасы (объектив 4, окуляр 5)

Көру трубасының фокальдық жазықтығында (ҒҒ) немесе фотокамерада

жарық енетін саңылаудың кескінінің проекциясы пайда болады. Егер, зерттелетін жарық құрамы күрделі болса, яғни бірнеше түрлі толқын

96

ұзындығынан тұратын болса, мысалы зерттелетін жарықты қарапайым қыздару лампасы беретін болса, пайда болған саңылау кескіндері бірімен бірі қабаттасып тұтас спектр пайда болады. Жарық көзі ретінде газразряд түтікшені алатын болсақ, жарық енетін саңылау кескіні түрлі толқын ұзындығы беретін кеңістіктегі бір бірінен бөлініп көрінетін кескін болады (сызықтық спектр түрінде).

Егер, спектрді бақылау окуляр 5 көмегімен жүргізілетін болса, бұл құрал спектроскоп немесе спектрометр деп аталады. Егер, спектрді бақылау зерттеуші құралдың объективінің фокальдық жазықтығына 4 орналастырылған фотопленкамен немесе фотопластинкамен жабдықталған кассета арқылы жүргізілетін болса, мұндай құралдың аты спектрограф деп аталады.

39.Не себептен затқа жазық шыны пластинка (сұйық қабаты) арқылы қарағанда ол бізге жақынырақ орналасқан сияқты көрінеді? Астигматизм және каустика құбылыстарды түсіндіріп беріңіз.

Сыну көрсеткіштері әртүрлі екі мөлдір заттың жазық бөліну шекарасында сынғанда, жалпы жағдай үшін, бастапқы гомоцентрлік жарық шоғы астигматикалыққа айналатындығын көрсетеміз; олардың кескіндері айқын болмайды.

Екі мөлдір ортаның жазық бөліну шекарасы уоz - жазықтығымен дәл келетін болсын (2.1-сурет, oz-осі сурет жазықтығына перпендикуляр).

2.1-сурет. Жарықтың орталардын жазық шекарасында сынуы (шоқтың астигматизмі)

Заттардың сыну көрсеткіштерің n₁ және n₂ деп белгілейік (n₁>n₂). oх осінде нүктелік жарық көзі S жатсын делік, одан сәуле екі ортаның бөліну шекарасы А₁ нүктесіне келіп түсетін болсын. Егер і₁ - түсу бұрышы, і₂ - сыну бұрышы деп белгілесек, онда сыну заны бойынша:

n₁sіnі₁=n₂sіnі₂ (2.1)

Сынған сәулені кері бағытта, оны ох осімен қиылысқанша созайық. Қиылысу нүктесі S’ болсын. S және S’ нүктелерінін координаталарын x және x’, А₁ нүктесінін координатасын - у арқылы белгілейік.

SА₁О және S’А₁О үшбұрыштарынан:

және (2.2)

(2.2) мәндерін (2.1) өрнегіне қойып, оны х’-ке қатысты шешеміз, сонда

(2.3)

болады.

S’ нүктесінін алатын орны A₁ сыну нүктесінің орналасуына байланысты екендігі (2.3) өрнегінен көрініп тұр; яғни ол SA₁ сәуле бағытына (S жарық көзінің х бойынша берілген орнына) тәуелді. Демек, әр түрлі сәулелер бір заттан екінші бір затқа өткенде әртүрлі болып сынады және олардың созындысы ох осін кез-келген жерде кесіп өтеді.

SA₁ бірінші сәулемен жіңішке гомоцентрлік жарық шоғын түзейтін екінші SA₂ сәулесін қарастыралық. Сынғаннан кейіңгі бұл сәуленің бағыты А₂В₂ болады және онын кері бағыттағы созындысынан ох осіндегі S’’ қиылысу нүктесін тауып алуымызға болады. A₁В₁ және А₂В₂ сәулелерінің созындылары өзара бірдей уақытта S₁ нүктесінде қиылысады.

S нүктелік жарық көзінен шығатын және SA₁ және SA₂ сәулелер аралығында жататын басқа сәулелер сынғаннан соң олардын кері бағыттағы созындылары да S₁ нүктесінде қиылысады және ох осін S’ және S” нүктелерінін аралығында қиып өтеді.

Шексіз денелік dΩ₁ бұрышпен шектелген нүктелік S жарық көзінен шығатын кеңістік сәулелер шоғын бөліп алу үшін 2.1-суретті ойша ох осінің айналасында dα бұрышына бұралық. Сонда сынғаннан сон бұл сәуле шоғы басқа dΩ.2 айналады; хоу жазықтығымен қимасы А₁В₁ және А₂В₂ сызықтарымен анықталады. dΩ₂ барлық сәулелер шоғынын созындылары ох осін S’S” кесінді аралығында қиып өтеді. Осы аралықтағы S’S” сызық негізінде, астигматикалық dΩ₂ шоғынын фокальдық сызықтарынын бірі болып табылады. Басқа фокальдық сызық S₁ нүктесі арқылы өтеді де, ол доғаның (сурет ох осінің айналасында dα бұрышына бұрылғанда) азғантай бөлігі болып есептелінеді. Бұрыш dα шексіз аз болғанда доғаның орнына сурет жазықтығына перпендикуляр түзудің азғантай кесіндісін алуға болады. dΩ₂ шоғына жататын барлық сәулелердін созындысы осы кесіндіні қиып өтеді. Сондықтан ол екінші фокальдық сызық болып табылады.

Сурет жазықтығында жататын S’S” фокальдық сызық сагиттальдық, ал сурет жазықтығына перпендикуляр S₁ фокальдық сызық меридиональдық сызық деп аталынады.

Егер біз жарық шоғының түсу бұрышын өзгертетін болсақ, онда айтылған екі фокальдық сызықтардың орындары да өзгереді. S₁ нүктелердің геометриялық орны (2.2-суретте пунктирмен көрсетілген) каустика деп аталынатын пішінді болады.

2.2-сурет. Каустика

Сагиттальдық фокустық сызықтар S’ нүктесінен С нүктесіне дейін ох осінің бойымен орналасады. S нүктесінен шығатын және бөліну шекарасына нормаль (і₁=0) болып түсетін жіңішке шоқты қарастырғанда екі фокальды сызықтар S’ нүктесінде бірігіп кететіндігіне көз жеткізуге болады. Мұнда сынған шоқ гомоцентрлі болып қала береді.

(2.3)-өрнегіндегі у=0 болады деп қарастырып S’ нүктесінің координатасын табуға болады:

x’=(n₂/n₁)x (2.4)

Бұл жағдайда, берілген шартқа сай, астигматизмнін аз болуына байланысты объектің (S жарық көзінің) бейнесі айқын болады.

А және 0 (немесе і₁ түсу бұрышынын белгілері қарама-қарсы өзгергендегі С және 0) нүктелеріне сәйкес келетін фокальдық сызықтардын алатын шекті орындары толық ішкі шағылу пайда болатын түсу бұрышынын шекті мәніне ұмтылатын шартты қанағаттандырады.