Спектрометры высокого разрешения

для исследований структуры атомных и молекулярных спектров представляют собой стационарные лабораторные установки, работающие по схеме, приведённой на рис. 4. Их длиннофокусные (до 6 м) монохроматоры помещаются в вакуумные корпуса (для устранения атмосферного поглощения) и располагаются в виброзащищённых и термостабилизированных помещениях. В этих приборах используется 2- и 4-кратная дифракция на больших эшелеттах, применяются высокочувствительные охлаждаемые приемники, что позволяет достигать в спектрах поглощения значений R = 2*10⁵ при [ris] = 3 мкм. Для выявления ещё более тонкой структуры в схему вводят интерферометры Фабри - Перо, в к-рых сканирование по [ris] в пределах узкого диапазона производится изменением давления в зазоре или изменением величины зазора с помощью пьезодвигатслей, а щелевой монохроматор используется лишь для предварительного выбора спектрального диапазона и разделения налагающихся порядков интерференции. Такие приборы наз. спектрометрами Фабри - Перо; они позволяют в видимой области получать R = 10⁶.
Двухлучевые спектрофотометры (СФ) В двухлучевых оптич. схемах поток от источника разделяется на два пучка - основной и пучок сравнения (референтный). Чаще всего применяется двухлуче-вая схема " оптического нуля" (рис. 5),

Рис. 5. Схема " оптического нуля" двухлучевого одноканального спектрофотометра: К - оптический клин; остальные обозначения аналогичны приведённым на рис. 4.

представляющая собой систему автоматич. регулирования с обратной связью. При равенстве потоков в двух пучках фотометра, попеременно посылаемых модулятором M на входную щель монохроматора Ф, система находится в равновесии, клин К неподвижен. При изменении длины волны пропускание образца меняется и равновесие нарушается - возникает сигнал разбаланса, к-рый усиливается и подаётся на сервомотор, управляющий движением клина и связанным с ним регистратором P (самописцем). Клин перемещается до тех пор, пока вносимое им ослабление референтного потока не компенсирует ослабления, вносимого образцом О. Диапазон перемещения клина от полного закрытия до полного открытия согласуется со шкалой (от О до 100%) регистратора коэффициента пропускания образца. Обычно СФ записывает спектры на бланках с двумерной шкалой, где абсциссой служат длины волн [ris] или волновые числа [ris] (в см^-1), ординатой - значения коэфф. пропускания T (в %) или оптич. плотности D = - l gT (здесь 0< = T< =l).

Многочисленные модели СФ, выпускаемые серийно фирмами MH. стран, можно разделить на 3 осн. класса: сложные универсальные С Ф для науч. исследований (R= 10³ - 10⁴), приборы среднего класса (R = 10³) и простые, ч рутинные", СФ (R = 100-300). В СФ 1-го класса предусмотрена автоматич. смена реплик, источников, приёмников, что

Рис. 6. Инфракрасный двухлучевой спектрофотометр ИКС-29 среднего класса, автоматически регистрирующий спектры пропускания T(V) (или отражения при введении в прибор специальных приставок). Рабочий диапазон 4000 - 400 см~¹ (2, 5 - 25 мкм), погрешности измерений [ris] T = ±1%, [ris][ris] ж ± 1 см^-1 при R ж 1000 (в середине рабочего диапазона). Источник излучения - силитовый стержень (глобар), нагреваемый до 1400 ⁰C, располагается в отсеке 1; 2 - кюветное отделение двухлучевого фотометра с двумя держателями образцов; 3 - отсек монохроматора, работающего на двух сменных репликах, и приёмника - болометра БМК-3. Сверху (4) размещён самописец и система управления прибором.

позволяет охватить широкий спектральный диапазон. Наиболее распространены диапазоны 0, 19-3 мкм, 2, 5-50 мкм и 20-330 мкм. Конструкции этих СФ обеспечивают широкий выбор значений R, M, [ris] f, скоростей и масштабов регистрации спектров различных объектов. В приборах среднего класса (рис. 6) используемый спектральный диапазон меньше и выбор режимов ограничен. В простых СФ предусматриваются обычно 1-2 стандартных режима с простейшим управлением " пуск - стоп"; это переносные приборы массой 20-40 кг.

Кроме СФ, работающих по схеме " оптич. нуля", существуют прецизионные СФ, построенные по схеме " электрич. отношения". В них световые пучки двухлучевого фотометра модулируются различными частотами (или фазами) и отношение потоков определяется в электрич. части прибора. В конструкции спец. типов СФ вводят микроскопы (микроспектрофотометры), устройства для исследований спектров флуоресценции (спектрофлуориметры), поляризации (спектрополяриметры), дисперсии показателя преломления (спектрорефрактометры), измерений яркости внешних излучателей по сравнению с эталонным (спектрорадиометры). Автоматич. С Ф являются осн. приборами для исследований спектральных характеристик веществ и материалов и для абсорбционного спектрального анализа в лабораториях.

Однолучевые нерегистрирующие спектрофотометры - обычно простые и относительно дешёвые приборы для области 0, 19-1, 1 мкм, схема к-рых аналогична приведённой на рис. 4. Нужная длина волны в них устанавливается вручную; образец и эталон, относительно к-рого измеряется пропускание или отражение, последовательно вводятся в световой пучок. Отсчёт снимается визуально по стрелочному или цифровому прибору. Для увеличения производительности СФ оснащаются устройствами цифропечати и автоматич. подачи образцов.

Спектрометры комбинационного рассеяния могут быть однолучевыми и двухлучевыми. Источником излучения в них обычно служат лазеры, а для наблюдения комбинационных частот (см. Комбинационное рассеяние света) и подавления фона, создаваемого первичным излучением, применяются двойные и тройные монохроматоры, а также голографические дифракционные решётки. Приборы снабжаются устройствами для наблюдения комбинационного рассеяния в жидкостях, кристаллах, порошках под разными углами и " на просвет". В лучших приборах отношение фона к полезному сигналу снижено до 10^-15 и комбинационные частоты могут наблюдаться на расстояниях ~ неск. см^-1 от возбуждающей линии.

Скоростные спектрометры (хроно-спектрометры) работают по схеме, приведённой на рис. 4, но, в отличие от предыдущих, их снабжают устройствами быстрого циклического сканирования и широкополосными ([ris] f до 10⁷ гц) приёмно-регистрирующими системами. Для исследований кинетики реакций сканирование ведётся с малой скважностью, к-рая достигается, напр., методом " бегущей щели": вместо выходной щели в фокальной плоскости устанавливается быстро вращающийся диск с большим числом радиальных прорезей. Таким путём получают до 10⁴ спектров в сек. Если время жизни объекта слишком мало для кинетич. исследований, применяют более быстрое сканирование вращающимися зеркалами, это приводит к большой скважности и требует синхронизации начала процесса с моментом прохождения спектра по щели. К скоростным спектрометрам относятся спектровизор СПВ-У (регистрирующий до 500 спектров в сек в видимой области) и скоростной ИК-спектрометр ИКСС-1 (ИКС-20) с регулируемым спектральным диапазоном в пределах интервала 1-6 мкм и скоростями записи от 1 до 100 спектров в сек.