Некоторые методы оптической спектроскопии

12-13-санлы лекциялар
Спектраллық дүзилистиӊ өткизиӱшеӊлик коэффициенти функциясын калибрлеӱ
Жобасы:
1. Спектраллық дүзилистиӊ өткизиӱшеӊлик коэффициенти функциясын калибрлеӱ
2. Затлардыӊ нурланыӱды өткизиӱ спектрин анықлаӱ
3. Затлардыӊ фотолюминесценциясы спектрин өлшеӱ
4. Ламберт – Бугер – Бер нызамын тексериӱ


Лекция сабағы мақсети: Спектраллық дүзилис жәрдеминде айырым шамаларды өлшеӱ усыллары менен танысыў

Зат үлгиси нурланыӱы сыртқы нурланыӱ дереги ямаса басқа тәсирлер арқалы пайда етилсин. Бул жағдайларда үлги нурланыӱ интерсивлигиниӊ тығызлығыныӊ толқын узынлығына байланыслылығын берилген толқын интервалында анықлаӱ керек болған ғәрезсиз нурланыӱ дереги сыпатында қаралыӱы мүмкин.

1-сүӱретте көрсетилген эксперименталлық дүзилисти қарайық.
1-сүӱрет. Үлги нурланыӱ спектрин изертлеӱге арналған әпиӱайы эксперимент схемасы.
Үлгиниӊ нурланыӱ спектри функциясын (буннан былай – тек спектр деп жүритиледи) J_s(λ) арқалы белгилейик. Нурланыӱ үлгиден детекторға жетпестен алдын, ҳаӱа арқалы өтип монохроматордыӊ кириӱ саӊлағына фокуслаӱшы линзаға түседи, кейин монохроматор ишинде дифракциялық пәнжереге коллимациялаӱшы айнада шағылысады, дифракциялық пәнжереде биринши дифракциялық тәртипли шағылысады, және бир айнада шағылысып монохроматордыӊ шығыӱ саӊлағына фокусланады ҳәм детекторға жетип келеди. Егерде, нур жолында басқа оптикалық элементлер (линза, жақтылық фильтри, поляризатор, нур бөлгишлер) жайласқан болса, олардыӊ ҳәр бири үлгиниӊ басланғыш спектри J_s(λ) ны түрлендириӱге қатнасады. Детекторға түсиӱши түрлендирилген нурланыӱ спектрин J′_s(λ) арқалы белгилейик. Схемада U′_s(λ) арқалы белгиленген детектордан шығыӱшы сигнал (әдетте кернеӱ ямаса ток), функция J′_s(λ) ҳәм детектордыӊ спектраллық сезгирлиги S(λ) арқалы төмендегише анықланады:

Үлги нурланыӱы спектри J_s(λ) ны J′_s(λ) ға түрлендириӱши оптикалық схеманыӊ n элементлери өткизиӱшеӊлик коэффициентлерин {τ₁(λ), τ₂(λ),… τ_n(λ)} түринде аӊлатсақ, спектрдиӊ түрлениӱи процессии төмендегише аӊлатылады:

Онда

аӊлатпада Т(λ) арқалы S(λ) ҳәм {τ₁(λ), τ₂(λ),… τ_n(λ)} көбеймелери белгиленген. Оларды үскенениӊ узатыӱ функциясы - өткизиӱшеӊлик коэффициенти функциясы (трансмиссиясы) деп атайды. Функциялар {τ₁(λ), τ₂(λ),… τ_n(λ)}, айырым жағдайларда S(λ) те белгисиз болғанлықтан, Т(λ) функциясы түрин арнаӱлы эксперимент жәрдеминде анықлаӱ, яғный спектраллық үскене өткизиӱшеӊлиги коэффициенти функциясын калибрлеӱ (калибровка) керек болады. Буныӊ ушын үлги сыпатында берилген спектраллық областта нурланыӱ интенсивлигиниӊ бөлистирилиӱи спектраллық тығызлығы белгили болған нурланыӱ дерегиниӊ (мәселен, абсолют қара денени) детекторда пайда еткен электр сигналыныӊ спектраллық байланыслығын өлшеймиз.
Белгили нурланыӱ дереги спектрин J_so(λ) арқалы белгилейик. Оған сәйкес эксперименте өлшенген сигналды (2.1) ге сәйкес аӊлатамыз:

Буннан функция Т(λ) ны анықлап, үйренилиӱши үлги спектри J_s(λ) ны төмендегише табамыз:

Калибрлеӱши нурланыӱ дерегин қолланып функция Т(λ) ны анықлаӱ эксперименти шәраятлары белгисиз үлги нурланыӱ спектрин өлшеӱ эксперименти шәраятлары менен бирдей болыӱы керек, яғный үскене оптикалық трактинде (жолында) бирдей элементлер ҳәм детектор жайласыӱы, үскене геометриясы мүмкин болғанынша бирдей болыӱы керек. Атап айтқанда, монохроматордыӊ кириӱ ҳәм шығыӱ саӊлақлары бирдей болыӱы шәрт. Монохроматордыӊ кириӱ ҳәм шығыӱ саӊлақлары бирдей болыӱы спектрометрдиӊ аппаратлық функциясы кеӊлиги изертлениӱши объектке тән болған нурланыӱ спектриниӊ, сондай ақ калибрлеӱши дерек нурланыӱ спектриниӊ ҳәм оптикалық схеманыӊ айырым элементлериниӊ өткизиӱ (нурланыӱ) спектриниӊ кеӊлигинен артық ямаса барабар болғанда кеӊлигинен артық ямаса барабар болғанда айырықша әҳмийетли болады. Мысалы, лаборатория атмесферасында СО₂ ҳәм суӱ парларыныӊ бар болыӱы нурланыӱ спектринде жеткиликли дәрежедеги киши жутыӱ жолақларын пайда етеди.
Қосымша еслетип өтиӱ керек, U′_s(λ) ҳәм U_0s(λ) сигналлары нурлар детекторыныӊ бирлемши электр сигналы емес, ал синхрон (ямаса басқа) күшейткиште түрлендирилген сигнал есапланады. Демек, (2.1), (2.3), (2.4) ҳәм (2.5) аӊлатпаларда келтирилген шамаларда күшейткиш схемасы коэффициенти жасырын формада қатнасады. Күшейтиӱ коэффициенти нурланыӱдыӊ толқын узынлығына байланыслы болмағанлықтан, оны бул аӊлатпаларда көрсетпеӱге болады. Жәнеде, жоқарыдағы аӊлатпалар жәрдеминде биз үлгиниӊ нурланыӱ спектриниӊ тек формасын анықлаймыз, лекин нурланыӱдыӊ энергетикалық параметрлерин ала алмаймыз. Бул типтеги параметрлерди салыстырмалы анықлаӱ ушын бирнеше үлгилер нурланыӱ спектрлерин абсолют бирдей шәраятларда күшейткиш схемасыныӊ еӊ қолайлы күшейтиӱ коэффициентинде өлшеӱ ҳәм оларды салыстырыӱымыз мүмкин. Буныӊ ушын оларды күшейтиӱ коэффициентлери қатнасы арқалы бир шкалаға келтириӱ керек.
Егерде, эксперимент даӱамында үскене қайта сазланса, сластырмалы өлшеӱ шкаласы бирлигин анықлаӱ ушын стандарт (тирек) үлги спектрин экспериментте алыӱымыз керек.