Билет 12 Спектрометрия видимого и ультрафиолетового спектра. Общая схема и основные элементы конструкции спектрофотометров для измерений в видимом и ультрафиолетовом диапазонах спектра

Для возбуждения валентных электронов молекул необходимо излучение, лежащее в УФ-видимой области. Энергии такого излучения достаточно для того, чтобы одновременно возбудить колебательные и вращательные состояния молекул.

Диапазон длин волн: от 100 до 400 нм (УФ) и от 400 до 800 нм (видимый свет).

С принципиальной точки зрения аппаратура для спектроскопии в УФ-видимой области вполне соответствует общей блок-схеме:

• Источник излучения

Общими требованиями ко всем источникам являются высокая интенсивность и стабильность излучения. Самыми общеизвестными являются источники непрерывного излучения, которые широко применяются и в быту (например, лампы накаливания). Также в качестве источника могут использоваться лазеры.

• Сосуды для проб

Для жидких проб используют кюветы, изготовленные из кварца (для исследований в УФ-области), стекла (для видимой и ближней ИК-области) или солей – NaCl, KBr (для ИК-области спектра). Твердые образцы исследуют или непосредственно, или в виде таблеток, спрессованных из порошкообразного материала и подходящего наполнителя, например, KBr в ИК-спектроскопии.

• Монохроматор

Нужен для выделения узкополосных световых потоков. Типичный монохроматор состоит из:

А) входной щели, вырезающей узкий прямоугольный пучок из падающего светового потока;

Б) системы линз или вогнутых зеркал для получения параллельного светового потока;

В) диспергирующего элемента – призмы или дифракционной решетки;

Г) фокусирующего устройства для фокусирования потока на выходной щели;

Д) выходной щели, вырезающей из выходного светового потока пучок лучей желаемой спектральной ширины.

В монохроматорах используют как дифракционные решетки, так и призмы, но последние нынче используются все реже. Дифракционные решетки дешевле призм. По сравнению с призмами равного размера они обладают лучшим спектральным разрешением, а дисперсия излучения одинакова во всем диапазоне длин волн. В то же время призмы обладают большей светосилой. Показатель преломления материала призмы нелинейно зависит от длины волны. Вследствие этого дисперсия призм неодинакова в различных спектральных областях.

• Приемник излучения

Используют приборы, действие которых основано на фотоэлектрических или термоэлектрических явлениях. Явление внешнего фотоэффекта лежит в основе действия счетчиков фотонов таких, как фотоэлементы или фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Фотоэлемент содержит катод, из которого фотон при падении на него выбивает электрон. Вследствие этого в вакуумном пространстве между катодом и анодом возникает электрический ток.

Фотоприемниками на основе внутреннего фотоэффекта являются полупроводниковые фотоэлементы и фотодиоды.

• Регистрирующее устройство

Для одновременного измерения интенсивностей во всей области спектра все большее распространение находят многоканальные детекторы (массивы фотодиодов, диодные линейки). В них отдельные фотоприемники (светочувствительные элементы) расположены таким образом, чтобы световой поток, разложенный в спектр, освещал все светочувствительные элементы одновременно.