Рис. 5. Считывающая головка спектрофотометра

Рис. 5. Считывающая головка спектрофотометра

После прохождения по световодам луч света попадает на комплекс фильтров, имеющих определенную полосу пропускания. Как и в случае с денситометрами на отражение, в комплект со спектрофотометрами входят различные поляризационные фильтры.

Прошедший через фильтры свет попадает на фотоэлектронный умножитель, который усиливает сигнал и посылает его на аналогоцифровой преобразователь. Тот, в свою очередь преобразует аналоговый сигнал в цифровой для последующей обработки центральным процессором прибора. После обработки информации данные индицируются на дисплее и могут быть распечатаны на принтере или введены в персональный компьютер.

В некоторых спектрофотометрах для разложения хроматического излучения (белого света) на основные цветовые компоненты используются монохроматоры, в состав которых входит призма или дифракционная решетка. При этом монохроматическое излучение с дискретным интервалом в несколько нанометров проходит через ту часть прибора, где располагается образец с исследуемой пробой.

Рис. 6. Монохроматор на основе призмы: 1 — входная щель; 2 — объектив, формирующий параллельный поток световой энергии; 3 — призма; 4 — объектив, направляющий поток энергии на экран; 5 — экран; 6 — выходная щель

Монохроматор на основе призмы (рис. 6) имеет щель 1, на которую падает хроматический поток световой энергии, находящуюся в фокальной плоскости линзы 2. Эта часть прибора называется коллиматором. Выходящий из объектива 2 параллельный поток световой энергии падает на призму 3. Вследствие дисперсии (обусловленной зависимостью показателя преломления от длины волны) свет различных длин волн выходит из призмы под разными углами. Если в фокальной плоскости линзы объектива 4 поставить экран 5, то линза сфокусирует параллельные потоки энергии для различных длин волн в разных местах экрана. Поворачивая призму 3, можно просканировать через щель 6 монохроматические потоки энергии во всем спектре излучения. Эти монохроматические потоки последовательно, с некоторым интервалом длин волн направляют на исследуемый образец. В монохроматорах другого типа применяется дифракционная решетка, которая представляет собой стеклянную или металлическую пластину с нанесенными одинаковыми параллельными штрихами. Штрихи расположены на строго одинаковом расстоянии друг от друга. На рис. 7 показана дифракционная решетка, состоящая из чередующихся, параллельных друг другу щелей одинаковой ширины b, расположенных на одном и том же расстоянии а друг от друга. Сумма а + b является периодом этой структуры и называется постоянной решетки d.

Рис. 7. Монохроматор на основе дифракционной решетки: 1 — входная щель; 2 — объектив, формирующий параллельный поток световой энергии; 3 — дифракционная решетка; 4 — объектив, направляющий поток энергии на экран; 5 — экран; 6 — выходная щель

Через входную щель 1 хроматический поток световой энергии линзой объектива 2 трансформируется в параллельный поток, который проходит через щели дифракционной решетки 3. В каждой точке на экране 5, расположенном в фокальной плоскости линзы объектива 4, соберутся лучи, которые до линзы были параллельными между собой и распространялись под определенным углом Q к направлению падающей волны. Поэтому освещенность в точке на экране 5 определяется результатом интерференции вторичных волн, распространяющихся как от разных участков одной щели, так и от разных щелей. Существует направление, распространяясь по которому вторичные волны от всех щелей будут приходить в точку экрана в одной фазе и усиливать друг друга, и направление, когда волны не совпадают по фазе и ослабляют друг друга. Таким образом, на экране наблюдается чередование светлых и темных полос. Условие формирования максимумов от дифракционной решетки, то есть когда волны усиливают друг друга при интерференции, соблюдается в том случае, если разность хода равна целому числу волн.

Если на решетку падает свет разных длин волн, то максимумы для различных длин волн располагаются под разными углами Q к первоначальному направлению распространения света. Поэтому дифракционная решетка разлагает хроматический свет в дифракционный спектр и употребляется как диспергирующий прибор.

Дифракционная решетка технологически более сложное изделие, чем призма. Большинство применяемых в настоящее время решеток изготовлены способом выжигания и голографического копирования и представляют собой пластины с большим числом параллельных штрихов — до нескольких сот на миллиметр.

Основным преимуществом использования призмы в спектрофотометре является ее низкая стоимость. Преимущество дифракционных решеток состоит в том, что они обеспечивают линейную дисперсию света на всем диапазоне видимого и УФспектров. Недостатком дифракционных решеток является их высокая стоимость в сравнении с призмами и светофильтрами.

Одна из самых важных характеристик монохроматоров — полоса пропускания, выражаемая в единицах длин волн — нанометрах.

Если интерференционные фильтры дают ширину пропускания в диапазоне 620 нм, то призмы и дифракционные решетки обеспечивают более узкую полосу — менее 5 нм, а следовательно, и большую «чистоту» (монохромность) света, падающего на исследуемый образец. Полоса пропускания является одной из важнейших характеристик спектрофотометра.

⇐ Предыдущая 1 2 3 45