Теоретичні основи спектральних методів аналізу (стр. 4 из 4)

Замість забарвлених стекол можна використовувати дві скляні пластинки, між якими наливають розчин забарвленої сполуки.

Більш вузьку смугу пропускання (до кількох нанометрів) отримують за допомогою інтерференційного світлофільтра, більш складного за своєю будовою.

Монохроматор складається з диспергуючого елементу, вхідної та вихідної щілин та деяких оптичних елементів. Диспергуючими елементами є призми та дифракційні решітки.

Розкладання світла призмою базується на його заломленні на межі поділу двох матеріалів, наприклад повітря та кварцу або повітря та скла. Випромінювання від джерела фокусується на вхідну щілину, зводиться в паралельний потік, що колимирується лінзою, та потрапляє на призму. Промені світлового потоку, потрапляючи на грань призми, відхиляються від прямолінійного шляху під кутом, що залежить від довжини хвилі (рис. 3).

При виході з призми промені знову заломлюються та виходять під різними кутами. Це явище називають розкладанням світла (дисперсією). Розкладене випромінювання фокусують та спрямовують на вихідну щілину. Випромінювання, що виходить, має форму вихідної щілини, наприклад, вузької смуги. Щоб отримати випромінювання потрібного інтервалу довжин хвиль, призму повертають навколо осі за допомогою спеціального механічного пристрою. При цьому чим вужча щілина, тим менше інтервал довжин хвиль, що виходять з неї.

Рис. 3. Призмовий монохроматор

Розкладання світла дифракційними решітками базується на явищах дифракції та інтерференції. Дифракційні решітки бувають пропускаючими та відбиваючими. Пропускаюча решітка являє собою пластинку з прозорого матеріалу, наприклад, скла, на яку вручну або спеціальною машиною наносять паралельні штрихи. Випромінювання проходить крізь прозорі смуги та розкладається на промені різних довжин хвиль, що інтерферують між собою. Відбиваючу решітку виготовляють з металевої пластини, на якій нарізають канавки певного профілю. Промені, потрапляючи на виступи решітки, відбиваються та інтерферують. В результаті відбувається розкладання світла на складові промені різних довжин хвиль.

Приймачі випромінювання. Для детектування випромінювання використовують фотохімічні реакції (фотографію), явище фотоефекту та безпосередньо підрахунок фотонів.

Фотографія заснована на відомій фотохімічній реакції – виділення металічного аргентума з його солей під дією фотонів. Сіль аргентума (звичайно хлорид) закріплюють на скляній пластині. Почорніння смуги пропорційно інтенсивності падаючого на фотопластинку випромінювання. Фотографію використовують в емісійних методах.

Фотоелектричні методи основані на явищі фотоефекту – відриву електрону від поверхні, на яку падає фотон (зовнішній фотоефект), або на збільшення електричної провідності провідника під дією світла (внутрішній фотоефект). Пристрої, в яких використовують явища фотоефекту, називають фотоелементами.

Фотоелементи з внутрішнім фотоефектом мають просту конструкцію, але малочуттєві та швидконасичувані ("насичуваність" - послаблення сигналу при тривалому освітленні). Ці фотоелементи використовують для вимірювань достатньо інтенсивних світлових потоків в видимій області.

Фотоелемент із зовнішнім фотоефектом складається з фотокатоду та аноду, розміщених в скляному балоні, з якого викачане повітря. Фотокатод покривається шаром сполуки лужного металу (Cs₂O, Cs₃Sb, K₂CsSb та ін.), що випускає електрони при попаданні на нього фотонів. Якщо до катоду та аноду прикласти зовнішню напругу ~ 90 В, то виникає електричний струм, який вимірюють гальванометром. В різних областях спектру використовують різні фотоелементи: киснево-цезієвий (650 – 100 нм) та сурм'яно-цезієвий (185 – 650 нм). В фотоелементах із зовнішнім ефектом навіть за відсутності випромінювання протікає електричний струм (він називається темновим), який вимірюється за допомогою спеціального потенціометра.

Найчастіше для прийому випромінювання використовують фотопомножувачі, що складаються з фотокатоду та кілька додаткових електродів (динодів), з’єднаних між собою (рис. 4). На кожен динод подається напруга на 90 В більша, ніж на попередній. Електрон, що вибитий з фотокатоду під дією фотону, потрапляє на перший динод та викликає випускання п електронів, які направляються до другого диноду та знову викликають емісію п електронів і т. д. Електрони, що випускаються динодами, називають вторинними. Загальна кількість електронів дорівнює п^т, де т – число динодів. Нехай п = 4 та число динодів рівне 12, тоді загальна кількість електронів, що отримуються при попаданні на фотокатод одного-єдиного фотону, дорівнює 17·10⁶, що складає струм ~ 0,5 мА.

Рис. 4. Схема фотопомножувача

Якщо інтенсивність падаючого потоку мала, то можна зафіксувати та порахувати сигнали від окремих фотонів за допомогою спеціальних електронних пристроїв – лічильників фотонів.

Література

1. Бабко А.К, Пятницкий И.В. Количественный анализ. М.: Высшая школа, 1968. 494 с.

2. Багатоядерний ЯМР: навч. посібник / Г. Шредер, В. Гєрчик, Й. Опейда та ін. – Донецьк: Юго-восток, 2003. – 111 с.

3. Барковский В.Ф., Городенцева Т.Б., Тодорова Н.Б. Основы физико-химических методов анализа / Под ред. В.Ф. Барковского. – М.: Высш. шк., 1983.- 247 с.

4. Брицке М.Э. Атомно-абсорбционный спектрохимический анализ. М.: Химия, 1982. 250 с.

5. Дорохова Е. Н., Прохорова Г. В. Задачи и вопросы по аналитической химии.— М.: Мир., 2001.— 267 с.

6. Збірник задач і вправ з аналітичної хімії / А.С. Середа, Р.Л. Галаган; За ред. А.С. Середи. – К.: ЦУЛ, 2002. – 427 с.

7. Коренман И. М. Методы количественного химического анализа.— М.: Химия, 1989.- 124 с