Elektromagnit nurlanish spektri

25.9-chizma. Prizma yordamida mono- xromatlash.

₁

25.10-chizma. Difraktsion panjara yordamida monoxromatlash.

Difraktsion panjara (25.10-chizma) bir xil kenglikka ega bo’lgan ko’p sonli tor teshikchalardan iborat bo’lib, ular orasidagi masofa bir xil bo’ladi (panjara doimiysi). Har bir tirqishning kengligi spektr ishchi sohasidagi nurning to’liq uzunligidan katta bo’ladi. Shuning uchun ham, nur har bir tirqishdan o’tgandan keyin difraktsiya tufayli istalgan burchak ostida tarqalishi mumkin. Nurning burchak dispersiyasi panjara doimiysiga bog’liq. Qo’shni tirqishlar orasida- gi masofa qancha kichik bo’lsa, turli to’lqin uzunligiga ega bo’lgan chiziqlar orasidagi masofa shuncha katta bo’ladi.

8. 
   Optik materiallar. Yorug’lik dastasi monoxromatordan o’tgandan keyin boshqa nurlardan ajratiladi. So’ngra bu nur biror elektrik signalga aylantiriladi va signalning intensivligi o’lchanadi. Yorug’lik dastasini elektrik signalga aylantirish uchun nur qabul etgichlardan foydalaniladi. Yorug’lik qabul etgichlarning ish- lash tartibi turli fizikaviy hodisalarga asoslangan. Bular orasida fotoeffektga asoslangan fotoelementlar keng qo’llaniladi. Yorug’lik qabul etgichga kelib tushayotgan nur undan chiqayotib, elektrik signalga aylanadi. Bu signalning intensivligi nur dastasining in- tensivligiga bog’liq. Analitik o’lchashlarda kichik kontsentratsiyali eritmalar bilan ishlanganligi uchun uning intensivligi kichik bo’ladi. Shu bois uni kuchaytirish talab etiladi. Bunday maqsadda ra- diotexnik kuchaytirish usulidan foydalanish qulaydir.
   
   1. 
      Fotoelementlar. Yorug’likni qabul etgichlarning elektrik turlari orasida vakuum fotoelementlar keng tarqalgan. Bunday fo- toelementlar metallni yoritganda undan chiqadigan elektronlar emis- siyasiga asoslangan. Bu fotoelementlar tashqi tok manbai bilan bir- galikda ishlaydi. Uning soddalashtirilgan tuzilishi 25.11-chizmada keltirilgan.
      

A K

1

E₁

R E₂ E₂

Manba

2 E₃

A

25.11-chizma. Fotoelement. A – anod; K – foto- katod; R – qarshilik; 1 va 2 – fotoko’paytirgichga ulanadi- gan klemmalar.

25.12-chizma. Fotoko’paytirgichning tu-zilishi. K – katod; E₁, E₂, .– emitterlar,

A – anod.

Elektr maydoni ta’siridan fotokatoddan elektronlar anodga to- mon uchib, zanjir ulanadi. Kolba ichida gaz bo’lmaganligi uchun bu harakat qarshiliksiz sodir bo’ladi. Fotoelementlarning sezgirligi, asosan, katodning materiali va uning ishlanish darajasiga bog’liq. Fotoelement katodidan chiqadigan elektronlarni va fotoelementning sezgirligini shu asosda boshqarish mumkin.Fotoelement tanlashda kolbaning shaffofligiga ham ahamiyat beriladi. Ultrabinafsha sohada ishlaydigan kolba kvartsdan yasaladi. Vakuum fotoelementlar- da qorong’ilik toki deb ataladigan tok bo’ladi. Bu tok nur bo’lmaganda ham mavjud bo’ladi. U juda kichik bo’lsa-da, spektrni qayd qilishga xalaqit beradi, chunki u asosiy tok bilan birgalikda kuchayadi. Qorong’ilik tokining yuzaga kelishi kolbadagi turli yo’qotishlar va katoddan elektronlarning tasodifiy chiqib ketishi bilan bog’liq. Elektronlarning katoddan chiqib ketishi haroratga bog’liq, haroratning ortishi elektronning chiqib ketish ehtimolini ancha oshiradi. Qorong’ilik tokini yo’qotish uchun kolbaning sirti yaxshilab yuvilishi yoki elektrodlarning payvandlangan joylari erga ulanishi kerak (bunda tok erga ketadi). Gaz to’ldirilgan fotoelementlarning sezuvchanligi vakuum fotoelementlarnikidan ancha yuqori bo’lsa-da, ularning barqarorligi past bo’ladi.

2. 
   Fotoko’paytirgichlarda (25.12-chizma) fotoelement bilan kuchaytirgich uyg’unlashtirilgan bo’lib, uning ishlashi elektronlar- ning ikkilamchi emissiyasiga asoslangan. Nur ta’siridan katoddan chiqqan birlamchi elektronlar elektr maydonida tezlashtiriladi va emitterga (E) tushadi. O’z kinetik energiyasi tufayli emitterga tush- gan elektron uning sirtidan ikkilamchi elektronni urib chiqaradi. Har bir birlamchi elektron bir necha ikkilamchi elektronni urib chiqaradi. Navbatdagi emitter oldingisidan ko’ra musbatroq zaryad- langani uchun kuchayish emitterdan emitterga ortib boradi va anodga
   

bir necha marta ko’paygan dasta tushadi. Agar fotoelementning sezgir- ligi 10–100 mkA bo’lsa, fotoko’paytirgichning sezgirligi 10, 100 hatto 1000 A ni tashkil etadi. Fotoko’paytirgichda ichki qarshilik katta bo’lganligi uchun uning chiqish joyiga katta qarshilik ulab, fo- totokni yanada kuchaytirish mumkin. Fotoko’paytirgichlarda ham qorong’ilik toki bo’ladi. Vakuum fotoelementlar va fotoko’paytirgichlar ultrabinafsha va ko’rinadigan sohalarda foto- elektrik tokni qayd qilish uchun ishlatiladi.

9. 
   Spektroskopiya usullarining sinflanishi. Spektrosko- piya usullari atom va molekulyar spektroskopiyadan tashqari elektro- magnit nurlanish bilan moddaning ta’siri asosida qator usullarga bo’linadi. Bunday bo’linishni 25.1-jadval shaklida tasvirlash mum- kin.
   

Bundan tashqari, spektral asboblar bo’yicha spektroskopiya usulla- rini kanallar soni va to’lqinni fazo va vaqtda ajratish usullariga bo’lish mumkin. Bu usullar orasida klassik usullar (to’lqinni fazoda ajratish, selektiv filtrlash) ko’p tarqalgan. Bir kanalli usullarda o’lchash ketma-ket amalga oshiriladi, ko’p kanalli usullarda to’lqin uzunliklar bir yo’la o’lchanadi. Keyingi yillarda paydo bo’lgan usul- larning negizini selektiv modullash tashkil etib, unda to’lqinni farqlash optik qismdan spektral asbobning elektrik qismiga o’tkazilgan. Bir kanalli asboblarda selektiv filtrlash usullariga ponasimon filtrli, monoxromatorli va boshqa spektrometrlar, se- lektiv modullash usullariga esa rastr optikali va sisam spektro- metrlari kiradi. Ko’p kanalli asboblarda selektiv filtrlash usul- lariga ko’p filtrli va monoxromatorli spektrometrlar, spektro- graflar, selektiv modullash usullariga multipleks, Adamar va Fu- re spektrometrlar kiradi.

25.1-jadval

Elektromagnit nurlanish energiyalari sohalari, ularga to’g’ri keladigan analiz usullari va ularning negizini tashkil etuvchi jarayonlar

Nurlanish sohasi va usul	Energiya kvantlarining tavsifi			Jarayon
	To’lqin uzunligi, , m	Boshqa kattaliklar
Radio chastotali YaMR va EPR	10–10^-1	q10^6–10^9 Gts	Yadro va elektron- lar spinining o’zgarishi
Mikroto’lqin	10^-1–10^-3	 q0,1–10 sm^-1	Aylanish holatlarining o’zgarishi
Optik UB Ko’rinadigan	10^-6–10^-8	q400–200 nm q750–400 nm	Valent elektronlar holatining o’zgarishi

Infraqizil	10^-3–10^-6	 q10–1,3·10^4 sm^-1	Tebranish holatlar- ning o’zgarishi
Rentgen	10-8–10-10	Eq0,1–100 KeV	Ichki elektronlar ho-latining o’zgarishi
Gamma–nurlanish (yadro fizikaviy usullar)	10-10–10-13	Eq0,01–10 MeV	Yadro reaktsiyalari

Barcha spektroskopik asboblarda spektral sohaga mos keladigan nurlanish manbai (argon, ksenon, vodorod, deyteriy, volfram lampa- si yoki boshqa), monoxromator (kvarts, shisha, natriy xlorid, kaliy bromid prizmali, panjara yoki interferentsion, shisha yorug’lik filtrlari), detektor (fotoko’paytirgich, fotoelement, fotorezistor yoki boshqa) va konstruktsion materiallar (litiy ftorid, kvarts, shisha, va boshqa) bo’ladi.

Selektiv filtrlash asosida ishlaydigan spektral asboblarni tasvirlash uchun dispersiya, o’tkazishning spektral yo’lagi, ajrata olish va yorug’lik kuchlari qiymatlari ishlatiladi.

Dispersiya. Monoxromatorning muhim xususiyatlaridan biri unga tushayotgan nurni spektrga ajratish qobiliyatidir. Sochuvchi element- ning burchak dispersiyasi ikki nur dastasining sochilish burchaklari farqi (dQ) ning d ga nisbati bilan belgilanadi: dQG’d. Chiziqli dispersiya dxG’d asbob fokal yuzasining d to’lqin uzunligiga farqlanadigan spektral chiziqlar orasidagi dx masofadir. Burchakli

va chiziqli dispersiyalar o’zaro

dx _{ f} dQ d d

(bu erda ƒ – monoxromator-

ning fokus masofasi) tarzda bog’langan. Spektrometrlarning yo’riqnomalarida chiziqli dispersiyaning teskari qiymati ko’proq ishlatiladi, u EG’mm larda ifodalanadi. Ko’p asboblarda bu qiymat 6– 100 EG’mm ga teng. Spektrometrdan chiqayotgan nurlanishning spektral chastotasi o’tkazishning spektral yo’lagi bilan belgilanadi. Bu qiymat monoxromatorning kirish teshigiga nomonoxromatik nur tu- shib turganda uning chiqarish teshigidan chiqayotgan nurlanish to’lqin uzunliklari oralig’ini belgilaydi. Spektrometrning o’tkazish spek- trini aniq topish uchun uning apparat funktsiyasi deb ataladigan qiymatini bilish zarur. Monoxromatorning kiritish va chiqarish teshiklari bir xil bo’lganda spektrometrning apparat funktsiyasi na- zariy jihatdan monoxromator chiqarayotgan nur to’lqin uzunligiga simmetrik bo’lgan uchburchakni tasvirlaydi. Bu uchburchakning baland- ligi kengligidan ikki baravar ziyoddir. Amalda o’tkazishning spek-

tral yo’lagi

  ^d 

^s dx

(bu erda dG’dx – chiziqli dispersiyaning teskari

qiymati;  – o’zaro teng bo’lgan kiritish va chiqarish teshigining kengligi) formula yordamida aniqlanadi. Spektral asbobning muhim xususiyatlaridan biri uning ajrata olish kuchidir. Spektrometrning ajrata olish kuchi R ikkita yaqin joylashgan to’lqin uzunliklar o’rtacha qiymatining ular farqiga nisbati bilan belgilanadi va as- bobning ikki yaqin spektral chiziqni farqlay olishini ifodalaydi.. U spektral asbobning kirish va chiqish teshiklarining kengligiga bog’liq. Spektral asbobning kiritish va chiqarish teshiklari qancha kichik bo’lsa, uning ajrata bilish kuchi shuncha katta bo’ladi. Spektro- metrning yorug’likni yig’ish va o’tkazish qobiliyatini ifodalaydigan kattalik yorug’lik kuchidir. Spektrometr optik sistemasining yorug’lik kuchi nisbiy tirqish kattaligi DG’ƒ (bu erda D – nurni yig’uvchi lin- zaning diametri) bilan ifodalanadi. Ko’p kanalli spektral asbob- larda bir vaqtning o’zida bir necha to’lqin uzunliklar turli qabul etgichlar yordamida qayd qilinadi. Bunda har xil to’lqin uzunlikli nur polixromatorlardan (bir necha tirqishli monoxromator) yoki in- terferentsion filtrlardan olinadi. Ko’p kanalli asboblar kvanto- metrlarda o’z aksini topgan.

Shovqin. Spektroskopik o’lchashlarda foydali signal bilan bir qatorda unga xalaqit beradigan begona signal – shovqinlar ham ko’p uchraydi. Shovqinlarning fon; fluktuatsion (qorong’ilik); issiqlik (qarshilik) va past chastotali turlarini keltirish mumkin. Fotode- tektorlarda fon va fluktuatsion shovqinlar ko’p uchraydi. Analizning aniqligi shovqinning qiymatiga bog’liq. Shovqin qancha kam bo’lsa, natija shuncha aniq bo’ladi. Shovqin turli sabablarga ko’ra paydo bo’ladi. Masalan, qo’zg’atish manbai sifatida alanga ishlatilganda, alanganing barcha sohalarida harorat bir xil bo’lmaganligi uchun unga tushadigan va qo’zg’atilgan atomlar soni (fluktuatsiya) o’zgaradi. Bunga yonilg’i va oksidlovchi bosimining o’zgarishi, elektr manbaida kuchla- nishning o’zgarishi va boshqalar sabab bo’lishi mumkin. Spektrosko- pik o’lchashlarda signalG’shovqin nisbatining signal foydasiga orti- shiga erishish lozim. Agar signal shovqinga nisbatan katta bo’lsa, shovqin analizga deyarli ta’sir qilmaydi. Biz yuqorida asbobning kiritish va chiqarish teshigining kengligi qancha kichik bo’lsa, uning ajrata olish kuchi shuncha katta bo’lishini ko’rsatgan edik. Biroq, bun- da asbobning ajrata olish kuchi ortishi bilan bir vaqtda nurning intensivligi va signalG’shovqin nisbati kamayadi. Bu esa analiz nati- jasining xatosi ortishiga olib keladi. Ushbu kamchiliklarni selek- tiv modullash usullarini qo’llab yo’qotish mumkin. Bundan tashqari

analitik signal shovqindan kichik bo’lganda uni ayrim fotonlarni sanash orqali aniqlash mumkin. Hozirgi vaqtda fotonlarni sanash uchun aniq elektron qurilmalardan foydalanish imkoniyati bor.

Selektiv modullash asosida ishlaydigan bir kanalli spektro- metrlarda nur dastasi selektiv modulyatorga yuboriladi. Modulyator nurning tor  to’lqin uzunligi oraligidan chastotasi _oqconst bo’lgan qismini modullaydi, nurning qolgan qismi modullanmaydi. Modulyatorni chastotasi _o bo’lgan  ni ketma-ket shunday joylashti- radigan qilib o’zgartirish kerakki, u spektrning intensivligi ƒ() ga mutanosib bo’lgan F(t) funktsiyani bersin. Ko’p kanalli spektrometr- larda ƒ() spektr fure-o’zgartirgich orqali olinadi. Fure- spektrometrlar klassik dispersion usullardan yorug’lik kuchining kattaligi va spektrning tarkibiy qismlarini birdaniga bir vaqtning o’zida farqlash imkoniyati bilan ajralib turadi. Fure- spektrometrlar infraqizil va infraakustik sohalardagi kuchsiz cho’zilgan yutilish spektrlarini tekshirganda samaralidir.

1. 
   Mavzuni mustahkamlash uchun savollar:
   

1. 
   Spektroskopik analiz usullari nimaga asoslangan?
   
2. 
   Elektromagnit nurlanish spektri qanday asosiy kattaliklar bilan ifodalanadi?
   
3. 
   Spektrning ultrabinafsha, ko’rinadigan va infraqizil sohalari qanday to’lqin uzunliklari va energetik qiymatlar bilan ajralib turadi?
   
4. 
   Atomlar spektrlari qanday paydo bo’ladi va nima bilan farqlanadi?
   
5. 
   Atomlarning asosiy va qo’zg’atilgan elektron holatlari qanday tasvirlanadi?
   
6. 
   Energetik o’tishlar nimaga bog’liq va qo’zg’atilgan holatlarning yashash davri qanday?
   
7. 
   Spektral chiziqlarning qanday xarakteristikalari bor?
   
8. 
   Intensivlik bilan nurlanuvchi zarrachalar orasida qanday bog’liqlik bor?
   
9. 
   Tanlash qoidalari nima va ularning spektroskopik usullarda qanday ahamiyati bor?
   
10. 
    Molekulalarning spektrlari o’zaro va atomlarning spektrlaridan qanday jihatlari bilan farqlanadi?
    
11. 
    Molekulaning elektron, tebranish va aylanish energiyalari qanday spektrlar bilan bog’liq? Molekulyar spektrlarning o’ziga xosligi nima bilan belgilanadi?
    

13. 
    Nur energiyasini monoxromatlash uchun qanday asbob va usullardan foydalaniladi?
    
14. 
    Spektroskopik usullar qanday tamoyillar asosida sinflanadi?
    
15. 
    Spektral asboblar qanday asosiy tarkibiy qismlardan iborat?
    
16. 
    Spektral asboblarning dispersiyasi, ajrata olish kuchi, yorug’lik kuchi nima? Ular qanday omillarga bog’liq?
    

18. Spektroskopiyada qanday optikaviy materiallar ishlatiladi? Elektromagnit nur- larni qabul etgichlar (fotoplastinkalar, fotoelementlar, fotoko’paytirgichlar, foto- diodlar, foto va termoqarshiliklar) qanday ishlaydi?

20. 
    Selektiv filtrlash va selektiv modullash usullari nimaga asoslangan va ular qanday farqlanadi?
    
21. 
    Analitik signalG’shovqin nisbatning analiz uchun qanday ahamiyati bor?
    
22. 
    Fure-spektrometrlarning qanday afzalligi bor? Ularni qachon qo’llash mumkin?
    

352