СПЕКТРОСКОП Спектроскоп, прибор для получения и изучения
advertisement
СПЕКТРОСКОП Спектроскоп, прибор для получения и изучения спектра света электромагнитного излучения (света или других длин волн). Спектроскоп является основным инструментом спектроскопии, где он применяется для исследования химического состава и физических параметров объекта. Спектроскопы применяются в астрономии для изучения света звезд и в химии для обнаружения следов различных химических элементов в образцах, которые слишком малы, чтобы присутствие элементов можно было установить другими методами. Свет, входящий в спектроскоп, сводится в тонкий пучок при помощи щели и линзы. Затем луч проходит либо через призму, либо через дифракционную решётку, разлагаясь в спектр. С решеткой или призмой соединена шкала, по которой можно определить спектральные длины волн. Астрономические спектроскопы известны как спектрографы или спектрометры. По сути, спектрограф - это спектроскоп, оснащенный камерой для непрерывного записывания спектра, тогда как под спектрометром понимают прибор для точного измерения длин волн и интенсивности спектральных линий. История и общие сведения Спектроскопия первоначально была инструментом исследованием спектра источников света, а также изучения взаимодействия между излучением и различными образцами вещества в видимом диапазоне длин волн (λ) электромагнитного излучения. Исторически первые спектроскопы строились на принципе использования видимого света, подвергнутого дисперсии с помощью призмы. Длина волны фиксировалась с помощью встроенной в прибор шкалы, её положение устанавливали по известным ярким спектральным линиям эмиссионного излучения отдельных веществ. Позже понятие было расширено, и теперь оно включает любые измерения интенсивности излучения как функции длины волны излучения (или частоты). Таким образом спектроскопия позволяет изучать взаимодействие излучения с веществом в переменной области частот (ν). В дальнейшем возможности исследований были расширены, исследуется энергия как переменная E = hν для фотонов (h — постоянная Планка). Отклик системы исследуют как функцию длины волны излучения (часто — частоты), его именуют спектром. Спектрометрия часто используется, чтобы полуколичественно оценить концентрацию веществ (например, стилоскоп для исследования металлических сплавов). Более совершенные и сложные приборы для исследования спектров — спектрометр, спектрограф, спектрофотометр. Такие приборы используется в физической и аналитической химии для идентификации веществ по спектрам излучения или испускания. Оптическая и радиоспектрометрия используются в астрономии, при исследованиях космических объектов. Большинство больших телескопов имеет спектрометры, которые используются при исследованиях химического состава и физических свойств астрономических объектов, и для измерения скорости их движения Эффект Допплера. Разложение излучения в спектр осуществляется с помощью оптических призм или дифракционных решёток. С помощью флюоресцентного окуляра визуально можно наблюдать ультрафиолетовый спектр, а с помощью электронно-оптического преобразователя — ближнюю инфракрасную область спектра. В английском языке используется название спектрометр для специализированных устройств, предназначенных для определения интенсивности заданного числа спектральных линий, часто автоматизированных; а словом спектро в последнее время именуют настольный прибор, позволяющий вручную просматривать различные участки спектра. Трёхгранная призма расщепляет белый свет, лучи с разной длиной волны преломляются по-разному Принцип работы спектроскопа Выходящие из объектива параллельные лучи проходят через призму. Из призмы лучи различных цветов выходят под различными углами вследствие различия длин волн: красные отклоняются на меньший угол, фиолетовые имеют наибольшее отклонение. Все лучи других цветов проходят в промежутке между крайними цветами. Так как все лучи с одинаковыми длинами волн выходят из призмы параллельными между собой, то объектив собирает их в одну точку фокальной плоскости. В этой плоскости лучи одного цвета дают изображение узкой щели: геометрическое место всех изображений даваемых различными лучами, входящими в состав исследуемого пучка, называется призматическим спектром данного излучения. Так как изображение спектра мало, то для увеличения его применяют окуляр, действующий как обычная лупа. Коллиматор предназначен для направления на призму параллельного пучка лучей от узкой щели. Щель установлена в фокальной плоскости дополнительного объектива параллельно преломляющему ребру призмы. Призма служит для разложения света. Лучи света из коллиматора падают на переднюю грань призмы, в которой разлагаются и выходят параллельными пучками разных цветов и направлений в зависимости от длины волны. Призма вклеивается в оправу. С решеткой или призмой соединена шкала, по которой можно определить спектральные длины волн[2]. Зрительная трубка служит для подвижного однолинзового окуляра. В фокальной плоскости окуляра имеется металлическая нить, расположенная вертикально. Металлическая нить предназначена для фиксации спектральных линий. В каждом спектроскопе есть также винтовой микрометр. Он служит для определения относительного положения полос в спектре. Микрометр состоит из винта с шагом 1 мм и барабанчика, на котором нанесена шкала с делениями. Колпачок надевается на призму и объективные концы коллиматорной и зрительной трубок и необходим для предохранения от попадания в спектроскоп посторонних лучей.
