Приглашаем посетить сайт

Русский язык (rus-yaz.niv.ru)

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

В начало энциклопедии

По первой букве
A-Z А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ - приборы для исследования спектральногосостава эл.-магн. излучений по длинам волн (в оптич. диапазоне 10-3-103 мкм; см. Спектры, оптические), нахождения спектральных характеристикизлучателей и объектов, взаимодействовавших с излучением, а также для спектральногоанализа.

Принцип действия большинства С. п. можно пояснить с помощью имитатора, <изображённого на рис. 1. Форма отверстия в равномерно освещённом экране . соответствуетф-ции Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,описывающей исследуемый спектр - распределение энергии (потока) излученияпо длинам волн Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.Отверстие в экране 2 соответствует ф-ции Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, описывающей способность С. п. выделять из светового потока узкие интервалы Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫв окрестности каждой Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.Эту важнейшую характеристику С. п. называют функцией пропускания или аппаратнойфункцией (АФ). Процесс измерения спектра Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫприбором Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫможно имитировать, если поместить за экраном 1 приёмник излученияи регистрировать изменения потока излучения, проходящего через остающиесяотверстия при наложении и перемещении (сканировании) экрана 2 поэкрану 1. Результат регистрации будет представлять собой нек-руюф-цию времени F(t), от к-рой, зная закон сканирования Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, легко перейти к ф-ции длины волны Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,описывающей форму Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫс тем лучшей точностью, чем меньше была ширина АФ - интервал Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.Рассмотренный процесс математически описывается интегралом Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫФизическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, называемым свёрткой ф-ции f с ф-цией а. Ширина АФ наряду с рабочимдиапазоном длин волн является осн. характеристикой оптич. части С. п.,она определяет спектральное разрешение Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫи разрешающую способность Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. Чемшире АФ, тем меньше R, но тем больше поток излучения, пропускаемыйприбором, т. е. больше оптич. сигнал, несущий измеряемую информацию, ибольше отношение сигнал/шум М. Шумы, в свою очередь, зависят отполосы частот Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫприёмно-усилит. системы прибора (обычно они пропорциональны Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. Чем меньше Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,тем меньше шумы, но и тем больше инерционность системы и больше затратывремени t на измерения Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.Взаимосвязь величин R, M,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ характеризуетсяинвариантом вида:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Показатели степени Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫи Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ принимаютразл. положит. значения в зависимости от конкретного типа С. п. (обычно Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ). Константа «качества» К, зависящая только от Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,определяется конструктивными параметрами данного С. п. и накладывает ограниченияна рабочие диапазоны значений R, М,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. верх. <предел R (мин. ширина АФ) нередко определяется аберрациями оптич. <систем, дифракцией света, а макс. полоса Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫлимитируется постоянной времени Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫприёмника Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫизлучения (или др. электрич. звеньев).

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Рис. 1.

Проиллюстрированный с помощью имитатора принцип действия С. п. относитсяк одноканальным методам спектрометрии. В распространённых нарядус ними многоканальных методах сканирование не применяется и потоки разных Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫрегистрируются одновременно. В имитаторе этому соответствует наложениена экран 1 другого неподвижного экрана, имеющего N отверстийдля разных Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫсо своими АФ; при этом яоток от каждого отверстия (канала) регистрируетсянезависимо.

Общая классификация методов спектрометрии, являющихся основой разл. <схем и конструкций С. п., осуществляется по двум осн. признакам - числуканалов и способам разделения Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (рис. 2).

Исторически первыми и наиб. распространёнными являются методы пространственногоразделения Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (спектрально-селективной фильтрации), к-рые низ. классическими (группы1 и 2).

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Рис. 2. Классификация методов спектрометрии по числу каналов и способамразделения длин волн. Контуры шириной Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫсимволически изображают аппаратные функции (АФ). В однока-нальных методах(1 и 3) применяется сканирование (символ Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ),в многоканальных (2 и 4) - сканирование отсутствует и измерение интенсивностиизлучения ряда длин волн Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ... проводится одновременно.

В одноканальных С. п. группы 1 исследуемый поток со спектром Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫпосылается на спектрально-селективный фильтр, к-рый выделяет из потоканек-рые интервалы Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫв окрестности каждой Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫи может перестраиваться (непрерывно или дискретно), осуществляя сканированиеспектра во времени t по нек-рому закону Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. Выделенные компоненты Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫпосылаютсяна приёмник оптического излучения, запись сигналов к-рого даёт ф-циювремени F(t). Переход от аргумента t к аргументу Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫпозволяет получить ф-цию Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ- наблюдаемый спектр.

В многоканальных С. п. группы 2 одновременно регистрируются (без сканированияпо Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ) неск. приёмникамипотоки излучения разных длин волн Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ..., к-рые выделяют, напр., многощелевым монохроматором (полихроматором).Если расстояние между каналами не превышает Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫи число каналов N достаточно велико, то получаемая информация аналогичнасодержащейся в записи на сканирующем одноканальном приборе (при тех же Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,одинаковых приёмниках и пр. равных условиях), но время измерения можетбыть сокращено в N раз. наиб. многоканальность достигается применениеммногоэлементных фотоэлектрич. приёмников излучения и фотогр. материалов(в спектрографах).

Для С. п. групп 3 и 4, получивших развитие с сер. 1960-х гг., принципиальнойосновой является спектрально-селективная модуляция (см: Модуляция света), прик-рой задача разделения длин волн l, переносится из оптич. части приборав электрическую. В одноканальном С. п. группы 3 исследуемый поток со спектром Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫпосылается на устройство, способное модулировать нек-рой частотой Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫлишь интервал Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫвокрестности длины волны настройки Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, оставляя остальной поток немодулированным. Сканирование Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫпроводится так, чтобы различные Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫпоследовательно модулировались частотой w0. Выделяя составляющуюw0 в сигнале приёмника с помощью электрич. фильтра, получаютф-цию времени F(t )и соответственно спектр Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Многоканальные системы группы 4 основаны на операции мультиплексирования- одно-врем. приёме излучения от многих спектральных элементов Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫв кодированной форме одним приёмником. Это обеспечивается тем, что длиныволн Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,... одновременно модулируются разл. частотами Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫФизическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,..., и суперпозиция соответствующих потоков в приёмнике излучения даётсложный сигнал, частотный спектр к-рого по w несёт информацию об исследуемомспектре по Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫЗа рамками приведённой классификации остаются лишь методы т. н. активнойспектрометрии, основанной на генерации излучений перестраиваемыми по Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫлазерами (см. Активная лазерная спектроскопия).

1. Одноканальные спектральные приборы с пространственным разделениемволн

Основой оптич. схем С. п. этой группы является диспергирующий элемент( дифракционнаярешётка, эшелетт, эшелле, интерферометр Фабри - Перо, спектральнаяпризма), обладающий угловой дисперсией Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, что позволяет развернуть в фокальной плоскости изображения входной щелив излучении разных Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (рис. 3). Для объективов O1 и О 2 обычно используютсязеркала, не обладающие хроматич. аберрациями (в отличие от линзовых систем).Если в фокальной плоскости установлена одна выходная щель, схема С. п. <представляет собой схему моиохроматора, если неск. щелей,- полихроматора, <если фототувствит. слой или глаз,- спектрографа или спектроскопа.

Одноканальные С. п. обычно строятся на основе монохроматоров, в к-рыхсканирование осуществляется поворотом дифракц. решёток. В простейших менохроматорахвместо диспергирующего элемента и выходной щели применяются циркулярно-клиновыеинтерференц. светофильтры с непрерывной перестройкой по Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫполосы пропускания. Для таких С. п. характерно последоват. соединение функциональныхэлементов, в к-рых информативный сигнал к.-л. образом обрабатывается (рис.4). Для измерений спектров пропускания и отражения разл. образцов используютсявстроенные источники излучения со сплошным спектром, для исследованийспектров внеш. излучателей - соответствующие осветители, а для непосредств. <измерения поглощения в веществе могут использоваться оптико-акустич. ячейки, <преобразующие поглощённую энергию в подходящий для регистрации сигнал. <В классич. С. п. оптич. модулятор вводится в схему лишь для того, чтобыв электрич. части применить усиление на перем. токе.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Рис. 3. Схема спектрального прибора с пространственным разделениемдлин волн с помощью угловой дисперсии: 1 - коллиматор с входной щелью Щи объективом О, с фокусным расстоянием f1; 2 - диспергирующийэлемент, обладающий угловой дисперсией Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ; 3 - фокусирующая система (камера) с объективом 0„, создающим в фокальнойплоскости Ф изображения входной щели в излучении разных длин волн с линейнойдисперсиейФизическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Рис. 4. Блок-схема однолучевого одноканального прибора: И - источникизлучения; М - оптический модулятор (обтюратор); Ф - сканирующий фильтр(монохроматор); П - фотоэлектрический приёмник излучения; У - усилительи преобразователь сигналов приёмника; Р - аналоговый или цифровой регистратор;БУ - блоки управления и обработки данных на базе ЭВМ.

Устройства управления С. п. и обработки результатов измерений строятсяна базе микропроцессоров. Они отличаются большим разнообразием и обеспечиваютоптимизацию режимов работы С. п. по параметрам R, М,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ врамках условия (1) [для классич. С. п. условие имеет вид Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,если шум приёмника не зависит от падающего на него потока]. Вместо величины . иногдаиспользуют т. н. энергетический фактор Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,к-рый численно равен отношению сигнал/шум, наблюдаемому при единичном выделяемомспектральном интервале Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫиединичной полосе частот Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.Накладываемые фактором Q энергетич. ограничения играют осн. рольв ИК-области, где яркости источников быстро уменьшаются и значения . малы;напр., в ср. ИК-области (Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ10 мкм) хорошие С. п. имеют Q =107 мкм -2 Гц 1/2 (вшкале волновых чисел Q =103 см -2 Гц 1/2).В видимой и ближней ИК-областях энергетич. ограничения играют меньшую рольи рабочие значения Л могут приближаться к дифракц. пределу (напр., в С. <п. с дифракц. решётками - к значению Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫФизическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,где k - кратность дифракции,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ- волновое число, L - ширина решётки,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ- угол дифракции). Рассмотрим типичные приборы группы 1.

Спектрометры высокого разрешения для исследований структуры атомныхи молекулярных спектров; представляют собой стационарные лаб. установки, <построенные по схеме рис. 4. В зависимости от области спектра применяютсяразнообразные монохроматоры (с фокусными расстояниями до 10 м) в вакуумируемыхкорпусах, в виброзащищённых и термостабилизиров. помещениях. В этих приборахиспользуется 2- и 4-кратная дифракция на эшеллях шириной до 400 мм, применяютсяспец. источники и охлаждаемые приёмники, что позволяет достигать в спектрахпоглощения Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫв области длин волн 2,5 мкм. Для выявления ещё более тонкой структуры всхему измерений : вводят сканирующие интерферометры Фабри - Перо (Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫв видимой области).

Спектрофотометры (СФ) выполняют операции фотометрирования дляопределения отношений потоков - безразмерных коэф. пропускания и отраженияразнообразных образцов веществ и материалов. В наиб. прецизионных СФ этазадача решается по схеме рис. 4 сравнением двух последоват. отсчётов дляодного и того же пучка излучения: «образец в пучке», «образец вне пучка».Такой же метод применяется в массовых нерегистрирующих СФ - сравнительнодешёвых С. п., сотни разновидностей к-рых выпускаются десятками фирм. Серийныеавтоматич. регистрирующие СФ основаны на более сложных, но и более производительныхдвухлучевых схемах измерений, отличающихся от однолучевой тем, что междуисточником и фильтром (или между фильтром и приёмником) организуются двапучка излучения - измерительный (в к-рый помещается образец) и референтный. <Эти пучки модулируются по определ. алгоритмам, обеспечивающим работу т. <н. систем электрического отношения, регистрирующих коэф. пропускания . илиоптич. плотности D = -lgTФизическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ какф-ции Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫили Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ .Использовавшиеся для этих целей системы оптич. нуля практически вышли изупотребления к кон. 1980-х гг.

Многочисл. модели автоматич. СФ можно разделить примерно на три класса:сложные универсальные СФ для науч. исследований (R ~ 2000-5000), приборыср. класса (R ~ 500-1000) и простые, т. н. рутинные, СФ (R ~ 100-500) срабочими спектральными диапазонами, заполняющими всю область прозрачностиатмосферы 0,19-50 мкм. Кроме того, спец. вакуумные модели выпускаются дляУФ-области (0,1-0,2 мкм) и ИК-области (50-300 мкм). Конструкции автоматич. <СФ обеспечивают широкий выбор значений Л, М,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, скоростейи масштабов регистрации спектров разл. объектов, приборы оснащаются наборамигазовых и жидкостных кювет, приставками для измерений зеркального и диффузногоотражений, а также нарушенного полного внутреннего отражения, приставкамидля измерений малых образцов, для исследований при разных темп-pax и т. <п. В конструкции спец. типов СФ вводят микроскопы (микроспектрофотометры),устройства для исследований спектров люминесценции (спектрофлуориметры),дисперсии показателя преломления (спектрорефрактометры), поляризации (спектрополяриметры),измерений яркости внеш. излучателей в сравнении с встроенным эталонным(спектрорадиометры), испытаний чувствительности фотоматериалов (спектросенситометры)и др.

Автоматич. СФ являются осн. приборами для исследований спектральныххарактеристик веществ и материалов и абсорбционного спектрального анализа.

Спектрометры комбинационного рассеяния могут быть однолучевымии двухлучевыми. Источниками излучения в них обычно служат лазеры, а длянаблюдения комбинац. частот (см. Комбинационное рассеяние света )иподавления фона, создаваемого первичным излучением, применяются двойныеи тройные монохроматоры с голографич. дифракц. решётками. В лучших приборахотношение фона к полезному сигналу снижено до 10-15 и комбинац. <частоты могут наблюдаться на расстояниях порядка неск. см -1 от возбуждающей линии.

Скоростные спектрометры (хроноспектрометры) работают по схемерис. 4, но в отличие от др. С. п. их снабжают устройствами быстрого циклич. <сканирования и широкополосными (Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫдо 107 Гц) приёмно-регистрирующими системами. Для исследованийкинетики хим. реакций сканирование ведётся с малой скважностью, к-рая достигается, <напр., методом «бегущей щели»: вместо выходной щели в фокальной плоскостиустанавливается быстро вращающийся диск с большим числом радиальных прорезей. <Таким способом получают до 104 спектров в 1 с. Если время жизниобъекта слишком мало, применяют более быстрое сканирование вращающимисязеркалами, это приводит к большой скважности и требует синхронизации началапроцесса с моментом прохождения спектра по щели.

2. Многоканальные спектральные приборы с пространственным разделениемдлин волн

В этой группе приборов сканирование не применяется, дискретный ряд длинволн (в полихроматоpax) или участки непрерывного спектра (в спектрографах)регистрируются одновременно и оптич. часть строится обычно по схеме, приведённойна рис. 3. Если вместо системы, создающей угл. дисперсию, служит наборузкополосных светофильтров, то прибор относят к фотометрам.

Многоканальные приборы используются гл. обр. для спектрального анализаэлементного состава по аналитич. спектральным линиям. По мере увеличениячисла каналов появляется возможность изучения спектральных распределений Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.Рассмотрим наиб. типичные приборы этой группы (в порядке возрастания числаканалов).

Пламенные (атомно-абсорбционные и эмиссионные) спектрофотометры имеютобычно 1-2 канала регистрации. Они измеряют интенсивности линий абсорбции, <эмиссии или флуоресценции атомов элементов в пламени спец. горелок илидр. атомизаторов. В простых конструкциях аналитич. линии выделяются узкополоснымифильтрами (пламенные фотометры), в приборах более высокого класса применяютсяполихроматоры или монохроматоры, последовательно переключаемые на разл. <длины волн Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.Приборы данного типа используются для определения большинства элементовпериодич. системы. Они обеспечивают высокую избирательность и чувствительность(до 10-14 г).

Квантометры - фотоэлектрич. установки для промышленного спектральногоанализа сталей, сплавов, смазочных масел, минералов - строятся на основеполихроматоров; выходные щели полихроматора выделяют из спектра излученияисследуемого вещества аналитич. линии и линии сравнения; соответствующиесветовые потоки посылаются на приёмники (фотоумножители), установленныеу каждой щели. Фототоки приёмников заряжают накопит. конденсаторы; величиназаряда, накопленного за время экспозиции, служит мерой интенсивности линии, <к-рая пропорциональна концентрации элемента в пробе. Модели квантометровразличаются рабочими диапазонами спектра (внутри обласли 0,17- 1 мкм),числом одновременно работающих каналов (от 2 до 80), степенью автоматизации, <способами возбуждения спектров (дуга, искра, лазер, источник на основеиндуктивно-связанной плазмы).

Спектрографы одновременно регистрируют протяжённые участки спектра, <развёрнутого в фокальной плоскости (рис. 3), на фотопластинках и фотоплёнках(фотогр. спектрографы), а также на экранах электронно-оптич. преобразователейс «запоминанием» изображений. Типы спектрографов отличаются большим разнообразием- от простых приборов настольного типа для учебных целей и компактных ракетныхи спутниковых бортовых спектрографов до крупных астроспектрографов, работающихв обсерваториях в сочетании с телескопами, и лабораторных 10-метровых вакуумныхустановок с большими дифракц. решётками для исследований тонкой структуры спектров. <Линейная дисперсия спектрографов Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫможет лежать в пределах 102- 104 мм/мкм, разрешающаяспособность - достигать дифракц. предела, светосила по освещённости (отношениеосвещённости в изображении входной щели к яркости источника, освещающеговходную щель) -от 0,5 в светосильных приборах до 10-3 и менеев длиннофокусных приборах большой дисперсии.

Развитие многоэлементных приёмников матричного типа (с числом элементовдо 1024) открыло возможность анализа излучений по спектральной и пространственнойкоординатам и привело к появлению разл. вариантов фотоэлектрич. спектрографов-спектрометровс системами электронного сканирования (последоват. опроса сигналов приёмныхэлементов). Такие С. п., строго говоря, не являются многоканальными, посколькув них отсутствует независимая и одноврем. регистрация сигналов от каждогоприёмного элемента.

Скоростные многоканальные С. п. для исследований спектров быстропротекающихпроцессов конструируются путём сочетания спектрографа со скоростной кинокамерой(киноспектрографы), введения в схему прибора многогранных вращающихся зеркал, <применения многоканальной регистрации с многоэлементными приёмниками (такиеС. п. наз. хроноспектрографами, спектрохронографами, спектровизорами).

3. Одноканальные спектральные приборы со спектрально-селективноймодуляцией

Типичными приборами 3-й группы являются растровые спектрометры и сисамы.

Растровые спектрометры строятся по общей схеме, представленнойна рис. 4, но в сканирующем фильтре (монохроматоре) входная и выходнаящели заменяются идентичными растрами. При периодич. сдвиге одногоиз растров с нек-рой частотой w0 возникает амплитудная модуляциятой Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, дляк-рой изображение входного растра совпадает с выходным растром. Для другихl изображения смещаются в результате угл. дисперсии и амплитуда модуляцииуменьшается. Ширина АФ Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫтакого С. п. соответствует полупериоду растра. По сравнению со щелевымирастровые монохроматоры дают значит, выигрыш в потоке, однако их применениеограничено засветкой приёмника большим потоком немодулиров. излучения, <сложностью изготовления растров и высокими требованиями к качеству оптики. <На растровой установке уникального типа с фокусным расстоянием 6,5 м достигалисьзначения R =2*105 в области 2,5 мкм.

Сисам - спектрометр интерференционный с селективной амплитудноймодуляцией - строится на основе двухлучевого интерферометра (рис. 5),в к-ром зеркала заменены синхронно поворачивающимися дифракц. решёткамии введён модулятор по оптич. разности хода. В этом случае амплитудная модуляциянакладывается только на интервал Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, соответствующий дифракц. пределу вблизи Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,к-рая удовлетворяет условию максимума дифракции для обеих решёток. Сисамвсегда работает на дифракц. пределе:Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,при этом за счёт увеличения входного отверстия поток примерно в 100 разбольше, чем в классич. приборах 1-й группы, но оптико-механич. часть весьмасложна в изготовлении и настройке. С помощью сисама достигнута наивысшаяразрешающая способность с дифракц. решётками в ср. ИК-области: R=1*105 (в диапазоне 8-10 мкм при точности определения длин волн106).

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Рис. 5. Принципиальная оптическая схема двухлучевого сканирующегоинтерферометра: Д вх, Д вых - входная и выходная круглыедиафрагмы; С - светоделитель; З 1 - неподвижное зеркало; З 2- подвижное зеркало, перемещаемое (сканируемое) на расстояние Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (разность хода).

4. Многоканальные спектральные приборы со спектрально-селективноймодуляцией

Для данной группы С. п. характерны одноврем. спектрально-селективнаямодуляция (кодирование) длин волн, воспринимаемых одним фотоэлектрич. приёмником, <и последующее декодирование электрич. сигналов. наиб. распространение получилидва типа приборов этой группы - адамар-спектрометры и фурьеспектрометры.

Адамар-спектрометры строятся по схеме спектрографа с дифракц. решёткой(рис. 3). Разл. длины волн развёрнутого в фокальной плоскости спектра одновременнокодируются циклически сменяемыми масками-матрицами Адамара и посылаютсяна фотоэлектрич. приёмник, сигналы к-рого декодируются вычислит. устройствоми регистрируются в виде дискретного спектра. Такой метод продлевает рабочийдиапазон спектрографов в ИК-область и позволяет решать широкий круг задачмолекулярного спектрального анализа - от определения состава выхлопныхгазов двигателей переносными приборами до анализа веществ с высоким разрешениемна уникальных установках (R до 1,7*104 в области 6 мкм).

Фурье-спектрометры осуществляют непрерывное кодирование длин волн спомощью интерференц. модуляции, реализуемой обычно по схеме рис. 5, представляющейсобой двухлучевой интерферометр Майкельсона. При равномерном перемещениизеркала З 2 в интерференц. картине на выходной диафрагме возникаетот каждой монохроматич. составляющей Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫвходящего излучения периодич. мерцание (светло - темно) с частотой тембольшей, чем меньше Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.Суперпозиция таких модулиров. вкладов от всех поступающих Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫв приёмнике регистрируется в ф-ции разности хода Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,образуя интерферограмму Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, фурье-преобразование к-рой на встроенной ЭВМ даёт спектр F(v). Фурье-спектрометрыодновременно реализуют два выигрыша: за счёт многоканальности и за счётувеличения входного отверстия. Они наиб. эффективны для исследований протяжённыхспектров слабых излучений (особенно в ИК-области, где требования к оптикеинтерферометра упрощаются). Конструкции и характеристики приборов этоготипа весьма разнообразны: от лаб. спектрометров универсального типа, выпускаемыхсерийно многими фирмами, до компактных спутниковых (для геофиз. и космич. <исследований) и уникальных стационарных установок с разностью хода до 10м, на к-рых достигаются точность измерений Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫи разрешающая способность на порядок выше, чем в классич. С. п. (напр.,. до3*106 в ближней ИК-области). (Подробнее см. в ст.Фурье-спектрометр.)

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Рис. 6. ИК-спектры поглощения паров воды на участке 200-250 см -1,полученные с помощью фурье-спектрометра при различных оптических равностяххода Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫв интерферометре. Чем больше Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,тем больше деталей можно выявить в исследуемом участке спектра, так кактем больше разрешающая способность R=Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Итак, принципиальное различие рассмотренных групп приборов следующее:в одноканальных С. п. групп 1 и 3 время эксперимента затрачивается на накоплениеинформации о новых участках спектра (на сканирование по Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ),в многоканальных приборах группы 2 - на накопление сигнала и усреднениешумов (улучшение отношения сигнал/шум), а в фурье-спектрометрах - на накоплениеструктурных деталей в данном спектральном диапазоне (рис. 6).

Лит.: Тарасов К. И., Спектральные приборы, 2 изд., Л., 1977;П е и с а х о о н И. В., Оптика спектральных приборов, 2 изд., Л., 1975;Зайдель А. Н., Островская Г. В., Островский Ю. И., Техника и практика спектроскопии,2 изд., М., 1976; Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения, пер. <с франц. и англ., М., 1972; Белл Р. Д ж., Введение в Фурье-спектроскопию, <пер. с англ., М., 1975; Малышев В. И., Введение в экспериментальную спектроскопию, <М., 1979; Миберн Д ж.. Обнаружение и спектрометрия слабых источников света, <пер. с англ., М., 1979; Нагибина И. М., Михайловский Ю. К., Фотографическиеи фотоэлектрические спектральные приборы и техника эмиссионной спектроскопии, <Л., 1981; Новые методы спектроскопии, Новосиб., 1982; Современные тенденциив технике спектроскопии, под ред. Г. Н. Раутиана, Новосиб., 1982; СкоковИ. В., Оптические спектральные приборы, М., 1984; Г е р ш у н М. А., ЕгороваЛ. В., Спектрометры с селективной интерференцией, «Оптико-мех. пром.»,1987, № 4, с. 47; Светосильные спектральные приборы. Сб., под ред. К. И. <Тарасова, М., 1988; Приборы спектральные оптические. Термины и определения. <ГОСТ 27176-86. В. А. Никитин.

В начало энциклопедии