با توجه به سوال اندازه گیری رنگ، پیچیدگی در انتخاب اسپکتروفتومتر رخ می دهد.

اسپکتروفتومتری: اصول و تجهیزات

با توجه به سوال اندازه گیری رنگ، ما درک می کنیم که رنگ یک احساس روان شناختی ناشی از مغز انسان تحت تاثیر محرک رنگ است. با این حال، احساس روانشناختی قابل اندازه گیری نیست.

درک انرژی محرک های درخشان انرژی نفوذ به چشم، باید توجه داشت که این انرژی توسط خواص فیزیکی نمونه و منبع نور تعیین می شود. نمونه دارای اموال برای پرش یا منعکس کننده نور در حال سقوط بر روی نقاط مختلف طیف به روش های مختلف است. این بر اساس اصل عملیات اسپکتروفتومتر است. با کمک یک منبع نور ساخته شده به دستگاه، نمونه روشن است؛ نور منعکس شده از نمونه یا از دست رفته از طریق آن به گونه ای تجزیه و تحلیل شده است به طوری که رابطه منعکس شده از نمونه یا انتقال از طریق نمونه از شار نور به جریان سقوط در بسیاری از نقاط طیف تعیین شده است. به عبارت دیگر، ما در بازتاب طیفی خروجی یا فاکتور انتقال، به عنوان یک درصد بیان می شود.

با این حال، علاوه بر منحنی طیفی، هر اسپکتروفتومتر می تواند داده های اندازه گیری شده را در مختصات رنگ سنجی رنگ، به عنوان مثال، در XYZ یا CIE L * a * b * نشان دهد. مختصات رنگ از ضریب بازتاب طیفی (انتقال)، توزیع طیفی انرژی منبع نور و منحنی های اضافه کردن ناظر استاندارد (منعکس کننده خواص گیرنده های چشم انسان) محاسبه می شود. به همین دلیل، برای اندازه گیری مختصات رنگ، اسپکتروفتومتر همچنین باید منبع نورپردازی (D50، D65، A، F11، و غیره) و زاویه مشاهده (2 یا 10 درجه) را مشخص کند. تفاوت رنگ بین دو نمونه به طور سنتی به عنوان فاصله بین مختصات رنگ آنها در فضای رنگی CIE * a * b * تعریف شده است.

مفاهیم اساسی و تعاریف

همانطور که قبلا ذکر شد، روش اندازه گیری رنگ توسط اسپکتروفتومتر با تجزیه جریان تابشی هدایت شده از جسم به چشم به اجزای طیفی و اندازه گیری هر مولفه به طور جداگانه مرتبط است.

ضریب انتقال طیفی با نگرش جریان شعاعی از دست رفته به جریان سقوط در فاصله زمانی طیفی محدود شده تعیین می شود.

ضریب بازتاب دیافراگم طیفی با نسبت جریان تابشی منعکس شده از جسم تعیین می شود و منعکس کننده از پخش کننده انعکاسی کامل است. (علاوه بر این، مقاله تنها در مورد عملیات اسپکتروفتومتر در بازتاب مورد بحث قرار خواهد گرفت.) یک پخش کننده بازتابنده کامل به عنوان یک نمایشگر یک همگن ایده آل با یک ضریب انعکاس برابر با یک تعریف می شود.

استاندارد سفید

هیچ سطحی واقعی با خواص یک پخش کننده بازتابنده کامل در طبیعت وجود ندارد، با این حال، مواد نزدیک به خواص، به اصطلاح "استانداردهای سفید"، که با استفاده از روش های خاص به طور معمول به Diffuser ایده آل با استفاده از روش های خاص عادی می شود. ارزش ضریب بازتاب طیفی استانداردهای سفید بسته به طول موج متفاوت است و در محدوده 0.970-0.985 در بخش قابل مشاهده طیف محصور شده است. استانداردها را می توان از اکسید منیزیم، سولفات باریم یا سایر مواد، کاشی های سرامیکی نیز می توان استفاده کرد. مشکل اصلی استانداردهای کار، حفظ خواص بازتابنده برای مدت زمان طولانی است.

در اسپکتروفتومتر های مدرن، محدوده اندازه گیری یک منطقه از 360 تا 750 نانومتر را با فاصله اندازه گیری 10 نانومتر پوشش می دهد. ضریب بازتاب طیفی منحنی صاف با چند حداکثر است. در اکثر دستگاه ها، رنگ منعکس شده از نمونه با استفاده از یک شبکه پراکنده پراکنده شده و با استفاده از یک خط دیود سیلیکون اندازه گیری می شود.

هندسه را اندازه گیری کنید

هندسه اندازه گیری تعیین می کند که چگونه نمونه روشن می شود و مشاهده می شود. کمیسیون بین المللی روشنایی چهار هندسه متفاوت را توصیه کرد:

1. 45/0. نمونه با یک یا چند پرتو نور روشن می شود، محورهای آن زاویه 5 ± 45 درجه نسبت به سطح طبیعی به سطح نمونه است. زاویه بین جهت مشاهده و طبیعی به نمونه نباید بیش از 10 درجه باشد. زاویه بین محور پرتو روشنایی و هر یک از پرتو آن نباید بیش از 5 درجه باشد. همان محدودیت ها باید برای پرتو مشاهده شده مشاهده شود.

2. 0/45. نمونه توسط یک پرتو نور روشن می شود، محور که با یک زاویه طبیعی به نمونه است، بیش از 10 درجه نیست. نمونه در زاویه 45 ± 5 درجه نسبت به نرمال مشاهده می شود. زاویه بین محور پرتو روشنایی و هر یک از پرتو آن نباید بیش از 5 درجه باشد. همان محدودیت ها باید برای پرتو مشاهده شده مشاهده شود.

3. D./0. نمونه با استفاده از حوزه یکپارچه سازی منتشر شده است. زاویه بین نرمال به نمونه و محور دسته از مشاهدات نباید بیش از 10 درجه باشد. حوزه یکپارچه می تواند هر قطر داشته باشد، در صورتی که کل مساحت سوراخ ها از 10 درصد از سطح بازتاب داخلی حوزه تجاوز نمی کند. زاویه بین محور پرتو مشاهده شده و هر یک از پرتو آن نباید بیش از 5 درجه باشد.

4. 0/ D.. نمونه توسط یک پرتو نور روشن می شود، محور که با یک زاویه طبیعی به نمونه است، بیش از 10 درجه نیست. جریان منعکس شده با استفاده از حوزه ادغام شده جمع آوری می شود. زاویه بین محور پرتو روشنایی و هر یک از پرتو آن نباید بیش از 5 درجه باشد. حوزه یکپارچه می تواند هر قطر داشته باشد، در صورتی که کل مساحت سوراخ ها از 10 درصد از سطح بازتاب داخلی حوزه تجاوز نمی کند.

اصلاحات انواع مختلف اسپکتروفتومتر

در عمل، تنها دو هندسه اندازه گیری در حال حاضر استفاده می شود - 45/0 و d / 0. اجازه دهید ما را در آنها ساکن باشیم.

اسپکتروفتومتر با هندسه 45/0 متعلق به کلاس تجهیزات قابل حمل ارزان قیمت و با موفقیت از تکنولوژیست ها برای کنترل رنگ، اندازه گیری مقیاس آزمون برای ساخت و ساز استفاده می شود پروفیل های ICC و انجام وظایف دیگر. اولین اسپکتروفتومتری با این هندسه دارای یک منبع نور بود، سپس دستگاه هایی با دو منبع ظاهر شد، به طور متقارن نسبت به عادی قرار گرفتند. با این حال، مشاهده شد که با روشنایی نمونه ها از طرف های مختلف اندازه گیری رنگ ممکن است تفاوت های قابل توجهی داشته باشد. به منظور به طور متوسط \u200b\u200bاین تفاوت ها، اسپکتروفتومتر ها با روشنایی دایره ای نمونه با استفاده از یک منبع به شکل یک حلقه استفاده شد. اختصار طراحی شده از این هندسه اندازه گیری - 45/0: S.. با تمام شایستگی های آن، چنین دستگاه هایی دارای محدودیت های قابل توجهی در استفاده هستند: آنها نمی توانند مواد متالیزه اندازه گیری شوند که آینه نور را منعکس می کند. بدیهی است، همین امر مربوط به مواد براق بالا است - براق نمونه بالاتر، بالاتر از خطای اندازه گیری بالاتر است.

این محدودیت ها هنگام استفاده از اسپکتروفتومتر با هندسه D / 0 حذف می شوند، زیرا نمونه منتشر شده است. با این حال، به منظور از بین بردن مولفه آینه مواد شانس بالا، گیرنده نور در زاویه 8 درجه به حالت عادی قرار می گیرد و تله درخشان به طور متقارن نسبت به نرمال نصب شده است، که می تواند عامل مربوطه را فعال یا حذف کند. اعتقاد بر این است که مولفه آینه ضریب انعکاس به دلیل بازتاب نور سطح براق بوجود می آید.

نور که در یک زاویه 8 درجه (با توجه به تله براق) قرار نمی گیرد، آینه را در جهت گیرنده منعکس نمی کند، بنابراین جریان منعکس شده توسط نمونه تنها از نور منتشر شده است. در این مورد، هندسه اندازه گیری می شود D / 8، و نه D / 0، و حضور یا عدم وجود یک مولفه آینه ممکن است به عنوان D./8: من. (تله بسته شده است، مولفه آینه روشن است) و D./8: e. (تله باز است، مولفه آینه حذف می شود). حوزه ادغام معمولا با سولفات باریم پوشیده شده است، اگر چه مواد دیگر نیز می توانند مورد استفاده قرار گیرند. بدیهی است که شباهت مواد پوشش حوزه با استانداردهای سفید مورد استفاده برای کالیبراسیون اسپکتروفتومتر. به نمونه به نور منتشر شده توسط منبع، صفحه نمایش کوچک بین آن و نمونه قرار داده شده، در غیر این صورت نورپردازی نمونه منتشر نخواهد شد. اکثر این دستگاه های گران قیمت گران قیمت به تعداد قابل حمل، رایج ترین قطر مساحت 150 میلی متر اعمال نمی شود، هرچند اسپکتروفتومتر های کروی قابل حمل با حوزه های با قطر 50 میلی متر وجود دارد.

اسپکتروفتومتر دو پرتو

پایداری اسپکتروفتومتر کروی بستگی به عوامل بسیاری دارد. تغییر شدت منبع نور، درایو الکترونیک، پیری پوشش حوزه یکپارچه، دقت دستگاه را کاهش می دهد. با دور زدن این مشکلات اجازه می دهد تا طراحی دو پرتو اسپکتروفتومتر. اصل کار آن این است که نور در حال سقوط به نمونه است و منعکس شده از آن به طور همزمان اندازه گیری می شود. به عبارت دیگر، دستگاه در طول هر اندازه گیری کالیبراسیون شده است. این به شما اجازه می دهد تا به ثبات عالی در کار و هماهنگی چندین دستگاه از این نوع دست یابید.

منابع نور در اسپکتروفتومتر

اصل عملیات اسپکتروفتومتر، استقلال اندازه گیری ها را بر روی نوع منبع نور در دستگاه نشان می دهد، زیرا ما نسبت نور منعکس شده (از دست رفته) را به میزان سقوط بر روی نمونه اندازه گیری می کنیم. در حال حاضر، دو منبع نور در اسپکتروفتومتر ها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند: یک لامپ هالوژن کوارتز و یک لامپ Xenon پالس. اسپکتروفتومتر های مدرن به طور فزاینده ای با لامپ های پالس زنون مجهز شده اند. توزیع طیفی از این لامپ ها آسان است برای بازی کردن D65 آسان است، در حالی که لامپ هالوژن تابش نزدیک به منبع را تولید می کند. این به این معنی است که لامپ های هالوژن دارای تابش ناکافی در منطقه UV هستند، که اجازه نمی دهد به درستی رنگ مواد را برآورد کند افزودنی های سفید کننده فلورسنت.

چنین مواد انرژی را در منطقه UV جذب می کند و آن را در منطقه آبی طیف قابل مشاهده منتشر می کند که جبران زایمان طبیعی مواد را جبران می کند. شما می توانید رنگ مواد فلورسنت را با روشن کردن نمونه با نور تقلید D65 با یک جزء UV کافی از تابش اندازه گیری کنید. بدیهی است، ممکن است برآورد حضور و تأثیر افزودنی های سفید کننده، مقایسه منحنی انعکاس طیفی نمونه ای که توسط لامپ زنون برای فیلتر UV که از تابش اشعه ماوراء بنفش جلوگیری می کند، مقایسه می کند.

بنابراین، می توان نتیجه گرفت که هنگام انتخاب یک اسپکتروفتومتر، خواص نوری مواد اندازه گیری شده و مطابق با آنها، از یک دستگاه با هندسه خاصی از تابش و منبع نور استفاده می کند.

چرا شما نیاز به اسپکتروفتومتر دارید؟

اسپکتروفتومتر (به عنوان مثال، در 1200) یک دستگاه است که میزان جذب جریان نور طیف تک رنگ را اندازه گیری می کند. در هزینه ویژگی های آن ساختار، به شما این امکان را می دهد که دقیق ترین داده ها را بدست آورید، زیرا عوامل ناچیز برای تحقیقات بر نتیجه تاثیر نمی گذارد. این به حساسیت و جزئیات خاصی پیکربندی شده است.

چه بخش هایی از آنها مجهز هستند؟

برای شروع، باید گفت که دو نوع از فوتومتر وجود دارد: یک و دو پرتو. با اول، شاخص های نمونه واقعی به دست آمده، و استفاده از دوم امکان تجزیه و تحلیل تطبیقی \u200b\u200bآن را با هر مرجع فراهم می کند. بر اساس جهت اصلی یک آزمایشگاه انتخاب کنید مدل خاص دستگاه ها

به طور کلی، اسپکتروفتومتر ها برای محاسبه غلظت مواد خاص در محلول، تراکم آنها، تعیین ساختار ورودی ها، قابلیت ها و سرعت تغییر شاخص ها در هنگام اصلاح ترکیب، شناسایی ناخالصی ها و غیره ضروری است. اغلب آنها به دقت طبقه بندی رنگ ها استفاده می شود ، تجزیه و تحلیل طیفی. با توجه به طیف گسترده ای از قابلیت ها، اسپکتروفتومتر در زمینه های مختلف استفاده می شود:

• چاپ؛
• پزشکی؛
• علم شیمی؛
• زیست شناسی؛
• طالع بینی، و غیره

اغلب آنها در آزمایشگاه های تحقیقاتی و صنعتی نصب شده اند. دستگاه های قابل حمل برای تحقیقات میدانی، کارکنان هوا، آب، تجزیه و تحلیل خاک و نقاط خاک، و غیره به دست می آورند. در این مورد، سرعت بالا به دست آوردن نتایج به آنها اجازه می دهد تا به خطوط تولید معرفی شوند.

اسپکتروفتومتر های کاربردی عملی در رنگ آمیزی ترکیبات مربوطه برای فعالیت های تایپی، ماشین های نقاشی و موارد مختلف داخلی یافت می شوند. شما می توانید مدل مورد نظر را در فروشگاه ما پیدا کنید و بخرید. مشاوران با تجربه شما یک گزینه عالی برای هر بودجه و وظایف انتخاب خواهند کرد.

روابط جریان معمولا برای اندازه گیری طیف های انتقال یا طیف انعکاسی انتشار استفاده می شود. اسپکتروفتومتر دستگاه اصلی مورد استفاده در اسپکتروفتومتری است.

دایره المعارف یوتیوب

1 / 1

مقدمه ای بر اسپکتروفتومتری

زیرنویس

در این ویدیو، من می خواهم کمی درباره اسپکتروفتومتری صحبت کنم. من این اصطلاح را نوشتم "اسپکتروفتومتری" به نظر می رسد بسیار دشوار است، اما در واقع آن را بر اساس یک اصل بسیار ساده است. اجازه دهید ما، بگویم، دو راه حل که حاوی مواد محلول هستند. ما اولین راه حل را با یک، و دیگری با یک راه حل از دو می نامیم. فرض کنید که منیزیم های ما همان عرض دارند. در حال حاضر اجازه دهید، می گویند، راه حل 1 ... صرفه جویی در شماره 1 و شماره 2. حالا اجازه دهید بگوییم که در محلول 1 کمتر محلول ماده. این ... سطح آب است. بنابراین، مواد کمتر وجود دارد. اجازه دهید راه حل زرد باشد، یا ما آن را زرد می کنیم. بنابراین، مواد کمتر وجود دارد. بیایید بگوییم که در محلول شماره 2 بزرگتر از ماده حل شده است. بنابراین، بیشتر اینجا. من آن را تکان دادن خطوط تنگ تر واقع شده است. غلظت ماده حل شده در اینجا بالاتر است. سایت: غلظت بالاتر. باشه. و در اینجا بیشتر ... غلظت پایین. حالا اجازه دهید در مورد آنچه اتفاق می افتد فکر کنیم اگر ما نور را از طریق هر یک از این مین ها هدایت کنیم. بگذارید فقط فرض کنیم که ما آنها را با نور با طول موج نور، که به خصوص به ماده ای که ما آن را حل کردیم، حساس هستیم. من تا کنون به طور کلی می گویم. تصور کنید که من کمی از شدت خاصی دارم. بیایید به سادگی به شدت آن را به شدت تماس بگیریم. او را علامت بزنید این یک شدت خاص است. چه اتفاقی می افتد زمانی که نور از طرف دیگر این مینزور خارج می شود؟ بخشی از آن جذب خواهد شد. برخی از این نور روشن است فرکانس های خاص این مولکول های کوچک ما در داخل مینزور جذب می شود. و در نتیجه، در سمت چپ از طرف دیگر نور کمتر خواهد بود. به خصوص در آن فرکانس های کوچکتر که این مولکول ها در محلول نور را جذب می کنند، کوچکتر است. بنابراین، شما نور کمتری را از طرف دیگر ترک خواهید کرد. نور ... نور کمتر خواهد بود. من آن را طراحی کردم I1. در حال حاضر در این وضعیت، اگر ما راه حل را با همان مقدار نور از دست می دهیم، یعنی I0. این باید یک فلش باشد، شکست خورده است. و همان مقدار نور، همان مقدار I0. اگر ما همان مقدار نور را به این menzurka هدایت کنیم، همان مقدار، همان شدت نور، چه اتفاقی خواهد افتاد؟ این فرکانس های خاص نور هنگامی که نور از طریق این منزور عبور می کند، قوی تر می شود. به دلیل این واقعیت که غلظت بالاتر وجود دارد، به سادگی تعداد زیادی از مولکول ها خواهد بود. نور که از یک راه حل با غلظت بالاتر بیرون می آید ... من شدت I2 را نشان خواهم داد. در اینجا شدت پایین تر از آخرین نور از اینجا خواهد بود. در این مورد، I2 دارای شدت کم است و کمتر از I1 خواهد بود. امیدوارم قابل فهم باشد این فوتون های نور، همانطور که می توانید تصور کنید، به تعداد بیشتری از مولکول ها خزیدن. آنها توسط تعداد زیادی از مولکول ها جذب می شوند. بنابراین، به دلیل این واقعیت که غلظت کمتری وجود دارد، کمتر از آنها کمتر از آنها وجود خواهد داشت. این نیز عادلانه است اگر Menzurka ضخیم تر بود. دیدن. نقاشی دیگر مینزور دیگر Menzurka، که، به عنوان مثال، دو بار گسترده تر ... دو بار گسترده تر ... و اجازه دهید آن را یک راه حل با همان غلظت، به عنوان در Menzurka در شماره 2. ما آن را شماره 3 اختصاص داده است مشابه وجود دارد تمرکز به عنوان در اتاق 2. من سعی خواهم کرد آن را بسیار شبیه به این. و شما برخی از نور را اینجا فرستادید. به طور کلی، شما می خواهید بر فرکانس هایی که بیشتر جذب می شوند تمرکز کنید. تصور کنید که شما در اینجا بسیار سبک را در اینجا می بینید. شما همان نور را دارید که از آن عبور می کند. این چیزی است که شما واقعا می بینید. بنابراین، این I3 اینجا است، و شما فکر می کنید اتفاق می افتد؟ راه حل با همان غلظت، اما این نور مسیر بیشتری را در همان غلظت گذراند. و دوباره آن را با تعداد زیادی از مولکول مواجه خواهد شد و قوی تر جذب خواهد شد. بنابراین، نور کمتر عبور خواهد کرد. بنابراین، I2 کمتر از I1 است، و i3 به طور کلی کوچکترین خواهد بود. اگر به نور گذر نگاه کردید، در اینجا چند چیز وجود دارد، این یک نور کمی بیشتر در اینجا خواهد بود، و در اینجا این نور بیشتر خواهد بود. اگر شما به او نگاه کردید، اگر چشمان خود را اینجا قرار دهید (این ... این مژه ها)، در اینجا، در اینجا، شما می توانید نور درخشان را ببینید. در اینجا بیشتر نور وارد چشم شما می شود. در اینجا یک رنگ تا حدودی تیره تر وجود خواهد داشت، و در اینجا تاریک ترین رنگ خواهد بود. کاملا منطقی است اگر هر چیزی را از بین ببرید اگر بخشی کوچکی از چیزی را در آب حل کنید، به طوری که کاملا شفاف باقی مانده است. اگر تعداد زیادی از مواد موجود در آب را از بین ببرید، کمتر شفاف خواهد بود. اگر کشتی که در آن شما حل می شود، یا مینزور، که شما گرفته اید، به طور قابل توجهی طولانی تر است، سپس آب حتی کمتر شفاف خواهد بود. امیدوارم این به شما درک اسپکتروفتومتری را درک کند. بنابراین، سوال بعدی این است: چه نوع سود؟ چرا من را تحریک می کنم؟ در حقیقت، شما می توانید در عمل برای استفاده از این اطلاعات استفاده کنید. شما می توانید ببینید که چقدر نور در ارتباط با چگونگی تعیین غلظت محلول فرستاده شده است. به همین دلیل است که ما در مورد آن در درس شیمی صحبت می کنیم. قبل از اینکه ما این کار را انجام دهیم (من به شما یک مثال را در زبان ویدئوی بعدی نشان خواهم داد)، اجازه دهید تعریف برخی از اصطلاحات مربوط به روش های اندازه گیری غلظت یا روش های اندازه گیری چقدر نور را بسته به اینکه چقدر از آن استفاده شده است، ارائه می دهم . اولین مفهوم که من تعریف می کنم نسبت انتقال آن است. بیا بنویسیم. بنابراین، افرادی که تعریف را دادند، گفتند: "شما می دانید، ما علاقه مند به اینکه چقدر نور در مقایسه با چقدر کاهش یافته است، علاقه مند هستیم." بیایید انتقال را به عنوان نسبت شدت که عبور می کند، تعیین کنیم ... (در این مثال، ضریب انتقال شماره 1 شدت خواهد بود که بر شدت کاهش یافته است. در اینجا نسبت انتقال است - این شدت است که آمد، تقسیم به شدت که سقوط کرد. همانطور که می بینیم، آن را کمتر خواهد بود در اینجا کمتر خواهد بود. I2 کمتر از I1 است. پهنای باند کوچکتر در اینجا وجود خواهد داشت. این نور است که بیرون می آید، که در ارتباط با نور می افتد. این کوچکترین تعداد است، برای آن می رود، و این است. بنابراین، در اینجا ما کوچکترین انتقال را داریم. در اینجا کوچکترین شفافیت، این این است، برای او اینجا این است. در حال حاضر یک اصطلاح دیگر که تا حدودی مشتق شده است، اما نه در معنای ریاضی، به سادگی از انتقال خارج می شود و ما خواهیم دید که او دارای خواص جالب است. این تراکم نوری است. ما نوشتیم. در اینجا سعی خواهیم کرد تعیین کنیم که چگونه ماده نور را جذب می کند. این اندازه گیری از چگونگی عبور نور است. اعداد بزرگ می گویند انتقال بالا است. اما تراکم نوری نشان می دهد که چگونه ماده را جذب می کند. بنابراین این چیزی مخالف است. اگر انتقال ماده خوب باشد، این بدان معنی است که آن را به شدت جذب می کند، یعنی آن قادر به جذب قوی نیست. اگر ماده به خوبی جذب شود، به این معنی است که آن را به شدت از دست می دهد. بنابراین، تراکم نوری در اینجا است. این به عنوان لگاریتم منفی ضریب انتقال تعریف شده است. پاک کردن؟ این لگاریتم تحت پایه 10 گرفته می شود. آیا می توانید فرض کنید که نسبت انتقال که قبلا به عنوان یک لگاریتم منفی از رابطه نور شناسایی کرده اید، که به آن منتقل شده بود ... به نور فرود آمد ... به نور سقوط کرد منزور اما ساده ترین راه این است که یک لگاریتم منفی از انتقال را داشته باشید. اگر ضریب انتقال یک عدد بزرگ باشد، تراکم نوری کوچک است، که منطقی است. اگر مقدار زیادی نور از بین برود، مقدار چگالی نوری بسیار کوچک خواهد بود، به این معنی است که تقریبا هیچ چیز جذب نمی شود. اگر ضریب انتقال توسط یک عدد کوچک بیان شود، این بدان معنی است که مقدار زیادی جذب می شود. بنابراین یک عدد واقعا بزرگ خواهد بود. این چیزی است که ما یک لگاریتم منفی را به ما می دهد. یکی دیگر وجود دارد نکته جالب مربوط به این موضوع است. این قانون Bera-Lambert است، که می توانید بررسی کنید. bera-lambert. در حقیقت، ما از آن در زبان ویدئویی بعدی، قانون Bera-Lambert استفاده خواهیم کرد. در واقع، من تاریخ افتتاح این قانون را نمی دانم. من مطمئن هستم که کسی در مورد نام نام BER (نامه های آبجو) کسی است، من همیشه تصور می کردم که کشف او نور را از طریق آبجو گذراند. قانون Bera-Lambert به ما می گوید که تراکم نوری متناسب است ... من باید آن را بنویسم ... تراکم نوری متناسب با ... متناسب است (این نشان می دهد که چگونه فاصله نور باید در راه حل باشد) .. . این متناسب با طول مسیر ضرب شده بر روی غلظت است. معمولا ما از مولکیت برای بیان غلظت استفاده می کنیم. به عبارت دیگر، می توان گفت که تراکم نوری برابر با برخی از ثابت است، معمولا توسط یک حرف کوچک Epsilon مانند این نشان داده شده است. و این بستگی به محلول یا ماده محلول در مطالعه دارد که ما در اینجا، دما، فشار و سایر عوامل مشابه داریم. این برابر با برخی ثابت است که با طول عبور نور در محلول و غلظت محلول ضرب می شود. اجازه دهید من را روشن کنم این مقدار در اینجا یک غلظت است. علامت: تمرکز دلیل اینکه این بسیار مفید است، این است که اگر شما یک نمونه با غلظت شناخته شده داشته باشید ... اگر یک نوع نمونه با غلظت ای که می دانید ... اجازه دهید ... اجازه دهید اینجا را اینجا بگذارم. این تمرکز محور ما است. بیایید ثبت نام کنیم ما آن را در واحدهای اندازه گیری می کنیم ... تمرکز ... ما آن را در واحد ها اندازه گیری می کنیم ... در واحد مولر. تصور کنید که مولد با خراش شروع می شود. ارزش ها، خوب، می گویند، 0، 0.1؛ 0.2؛ 0.3 و غیره در اینجا چگالی نوری را در امتداد محور عمودی اندازه گیری می کنید. شما چگالی نوری را اندازه گیری می کنید. مثل این. در حال حاضر تصور کنید که شما برخی از راه حل ها، و شما می دانید غلظت، شما می دانید که غلظت مولر آن 0.1 است. اجازه دهید مولکیت نامه M را تعیین کنم. شما چگالی نوری خود را اندازه گیری می کنید و به سادگی تعداد آن را دریافت خواهید کرد. بنابراین، چگالی نوری خود را اندازه گیری می کنید و تراکم نوری آن را دریافت می کنید. این یک غلظت کم است، راه حل کمی جذب می شود. شما می توانید بگویید، برخی از تعداد اینجا. به عنوان مثال، 0.25. و پس از آن، بگذارید بگوییم شما یک تمرکز شناخته شده دیگر، خوب، می گویند، با دعا 0.2. و شما می گویید: "اوه، ببینید، در اینجا تراکم نوری 0.5 است. اجازه دهید آن را با رنگ دیگری علامت گذاری کنم. راه حل دارای تراکم نوری در اینجا، برابر با 0.5 است. من باید 0 را در مقابل قرار دهم: 0.5 و 0.25. این به شما می گوید که این وابستگی خطی است. بنابراین برای هر گونه غلظت، تراکم نوری در یک خط مستقیم خواهد بود. اگر شما می خواهید یک سفر کوچک به جبر، پس از آن اپسیلون در واقع شیب این اپسیلون مستقیم را مشخص می کند، که با طول ضرب می شود، شیب خواهد بود. من نمی خواهم خیلی گیج کنم اما مهم است بدانیم که شما در اینجا یک خط مستقیم دارید. اینجا او هست در اینجا این است ... دلیل مفید او این است که شما می توانید از بخش بسیار کوچکی از جبر استفاده کنید تا معادله را مستقیما پیدا کنید. یا شما فقط می توانید آن را به شکل یک گراف نگاه کنید و بگویید: "خوب، من دو غلظت شناخته شده داشتم و ممکن بود تراکم نوری را تعیین کنم، زیرا می دانم وابستگی خطی بیان شده توسط قانون Bera-Lambert." اگر شما فقط به انجام اندازه گیری ادامه دادید، تمام مقادیر در کنار این خط مستقیم قرار می گیرند. سپس می توانید کار معکوس را حل کنید. یعنی، برای انجام اندازه گیری برای برخی از غلظت ناشناخته. شما می توانید تراکم نوری آن را تعیین کنید. بیایید تصور کنیم که برخی از غلظت های ناشناخته وجود دارد و شما مشخص کرده اید که تراکم نوری آن اینجاست. بیایید بگوییم 0.4، یعنی، محلول چگالی نوری 0.4 است. سپس شما می توانید به سادگی به این راست بروید، و شما می گویید: "عالی، سپس باید غلظت ماده مورد مطالعه در بیان عددی باشد." سپس شما می توانید آن را اندازه گیری کنید، یا شما می توانید جبری خود را تعریف کنید. بنابراین بسیار نزدیک به مولکول 0.2 یا کمی کمتر از مولکول 0.2 است. ما نمونه عملی را در آموزش تصویری بعدی تحلیل خواهیم کرد. زیرنویس های جامعه Amara.org

کاربرد

اسپکتروفتومتر می تواند در محدوده های طول موج های مختلف - از ماوراء بنفش به مادون قرمز عمل کند. بسته به این، دستگاه ها یک هدف متفاوت دارند.

هدف

هدف اصلی اسپکتروفتومتر در صنعت چاپ، انجام خطی سازی دقیق و کالیبراسیون فرآیندهای چاپ است. اسپکتروفتومتر ها توانایی انجام اندازه گیری های نقطه و خودکار را برای ایجاد پروفیل های ICC با کیفیت بالا ارائه می دهند.

طرح

این ارقام حاوی دو طرح اصلی اسپکتروفتومتر، اندازه گیری ضریب بازتاب دیافراگم طیفی این شی نسبت به استاندارد کار با ویژگی های طیفی شناخته شده است:

رزولوشن طیفی - مقدار بدون ابعاد برابر با نسبت طول موج تابش به وضوح طیفی در این طول موج.

محدوده طیفی این محدوده که در آن اسپکتروفتومتر می تواند عمل کند. برای اکثر موارد در چاپ، محدوده تابش نور در محدوده طول موج قابل مشاهده از 380 تا 730 نانومتر تخمین زده می شود. برای برخی موارد، لازم است که بخش های اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز تابش را درک کنید. اسپکتروفتومتر فقط توسط طیف انتشار اندازه گیری می شود. تمام ویژگی های دیگر توسط داده های طیفی مورد توجه قرار گرفته است.

همبستگی متقابل - این پراکندگی مقادیر اندازه گیری شده از همان نمونه اندازه گیری شده با استفاده از مرجع و ابزار مورد مطالعه است.

تکرارپذیری دقت اندازه گیری هایی را که توسط اپراتورهای مشابه با چندین اندازه گیری از ابزارهای مشابه نمونه ها انجام می شود تعیین می کند.

تجهیزات اندازه گیری های فوتومتریک.

دو گروه بزرگ از ابزارها برای اندازه گیری های فوتومتریک مورد استفاده قرار می گیرند: فتوکولاریمترها و اسپکتروفتومتر. در رنگ های رنگی، محدوده های طیفی لازم با استفاده از فیلترهای نور که بخش های طیف را محدود می کنند، برجسته می شوند که می توانند انجام شود. در اسپکتروفتومتر، بخش های طیف با استفاده از منشور یا پراکندگی پراکندگی آزاد می شوند، که به شما اجازه می دهد هر طول موج را در یک محدوده مشخص نصب کنید.

توالی خاصی از عملیات در اندازه گیری تراکم و انتقال نوری بستگی به طراحی اسپکتروفتومتر یا رنگ سنج دارد.

با این حال، اصول اساسی بدون تغییر باقی می ماند. اول، طول موج مورد نظر تنظیم شده است، انتخاب یک فیلتر نور بر روی یک رنگ سنج یا چرخش دسته مربوطه بر روی اسپکتروفتومتر. سپس صفر را تنظیم کنید. برای انجام این کار، جریان نور در یک راه حل استاندارد قرار می گیرد. تغییر عرض شکاف، اطمینان حاصل کنید که خواندن ابزار مربوط به مقدار ارائه شده توسط دستورالعمل است. در مرحله بعدی، راه حل استاندارد توسط آزمون جایگزین شده و شمارش معکوس تراکم نوری یا انتقال را تولید می کند.

اسپکتروفتومتر های مدرن اجازه می دهد تا با یک جریان تابش بسیار تک رنگ، کار کنند. آنها برای تجزیه و تحلیل غلظت و هنگام مطالعه طیف جذب مواد استفاده می شود.

دستگاه و اصل عمل اسپکتروفتومتر.طرح ساختاری اسپکتروفتومتر را می توان به عنوان بلوک های اصلی زیر نشان داد:

نور منبع، monochromator، محفظه تزریق، فتوسل، دستگاه ضبط.

پرتو نور از منبع نور از طریق شکاف ورودی وارد می شود و با یک شبکه پراش یا یک منشور در طیف تجزیه می شود. در جریان تابش تک رنگ از شکاف خروجی به محفظه داوطلب، نمونه های کنترل و آزمایش به طور متناوب معرفی می شوند. تابش عبور از طریق Cuvette وارد فتوسل می شود که انرژی نور را به برق تبدیل می کند. سیگنال الکتریکی سپس افزایش یافته و ثبت شده است.

monochromators.monochromator یک سیستم نوری است که تابش یک طول موج خاص را از کل طیف منبع نور منتشر می کند. این معمولا یک منشور است، به طرق مختلف، نور از طول موج های مختلف یا پراکندگی پراش را رد می کند. در منطقه قابل رویت، منشور های شیشه ای معمولی استفاده می شود، اما در منطقه ماوراء بنفش آنها مناسب نیست، زیرا شیشه شروع به جذب در حال حاضر در λ< 400 нм, поэтому призмы делают из кварца.

Lattices پراش نیز به عنوان تک رنگ سنجیده می شود، که یک صفحه موازی هواپیما با خطوط موازی هستند - شیارها بر روی آن اعمال می شود. نور سفید به علت پراکندگی در شیارهای موازی به یک طیف پیوسته تجزیه می شود. معمولا، در تک تک، پرتو نور با یک محدوده طول موج خاص با یک منشور متمایز است، و سپس دوباره آن را با یک مشبک تجزیه می کند. بنابراین نور به شدت تک رنگ است. مزیت اصلی پراکندگی پراکندگی این است که ممکن است رزولوشن آنها را افزایش دهد، زیرا به طور مستقیم با تراکم خطوط متناسب است. علاوه بر این، در کل محدوده طول موج، شبکه های پراکندگی دارای وضوح خطی هستند، در حالی که رزولوشن تک رنگ منشور با افزایش طول موج کاهش می یابد.

cuvetes.ماده مورد مطالعه در محلول مناسب حل می شود و در یک رطوبت نوری شفاف برای اندازه گیری قرار می گیرد - کووتمعمولا Cuvenker سلول را برای چهار custe نگه می دارد. از آنجا که شیشه نور نور ماوراء بنفش را جذب می کند، برای اندازه گیری در منطقه طیف ماوراء بنفش از کوارتز استفاده می کند. برای اندازه گیری در منطقه قابل مشاهده، Cuvettes پلاستیکی یا شیشه ای می تواند مورد استفاده قرار گیرد. هنگامی که با مواد جانبی فرار یا شیمیایی کار می کنید، Cuvetes با پوشش پوشش داده می شود.

از آنجا که Cuvette قرار داده شده در یک اسپکتروفتومتر، بخشی جدایی ناپذیر از سیستم نوری آن است، باید با دقت مورد توجه قرار گیرد. خراش ها و خاک بر روی دیوارهای cuvett به شدت از بین می روند و نور را جذب می کنند، نتایج اندازه گیری را تحریف می کنند. این به خصوص در هنگام کار در منطقه ماوراء بنفش ضروری است. Cuvettes را می توان با بافت های نرم مانند پنبه پاک کرد. توصیه نمی شود از کاغذ فیلتر برای این اهداف استفاده کنید. از آنجا که مولکول های آلی در منطقه ماوراء بنفش جذب می شوند، در هیچ مورد نمی توانند دیوارهای نوری (شفاف) Cuvett را لمس کنند. راه حل بهتر است که به یک کوکت بریزید، آن را در Cuvenker پیش از آن از دستگاه نشان می دهد. Cuvettes نسبتا شکننده است، به خصوص کوارتز، به طوری که لازم است با آنها با دقت کار کنید، به آسیب مکانیکی اجازه نمی دهد.

محتویات cuvette باید همگن باشد - این پيش نياز دریافت اطلاعات قابل بازیابی لازم است اطمینان حاصل شود که راه حل گلدان نیست. به ویژه با اندازه گیری حباب های هوا که پراکندگی بسیار بیشتری دارند، دخالت می کنند. غیرممکن است که یک راه حل بسیار سرد را به کووت بریزید، زیرا بر روی دیوارهای بیرونی، Cuvettes جفت های هوا را خنثی می کند و دیوارها مات می شوند.

اگر کارهای آلوده به ناخالصی های خارجی آلوده شوند، باید با آب مقطر و (یا) حلال که در آن ماده آزمایشی حل شود، شستشو داده شود. Cuvettes را می توان با مواد شوینده نرم شسته شود. توصیه نمی شود که Cuvettes را با اسیدهای متمرکز یا قلیایی، و همچنین سایر عوامل اچینگ شستشو دهید.

Cuvettes باید به چنین سطح پر شود تا جریان تابش به طور کامل از طریق لایه راه حل عبور کند. اغلب cuvetes با مسیرهای نوری 1 سانتی متر استفاده می شود که معمولا 2.5-3 میلی لیتر از محلول ریخته می شود. 4-5 میلی لیتر به چنین cuvetes وجود دارد، اما آنها را تنها زمانی که لازم است آنها را پر کنید. Cuvettes با مسیر نوری 50، 20، 5، 2 و 1 میلی متر وجود دارد.

سلول های عکس.PhotoCells تبدیل انرژی نور به الکتریکی. سیگنال الکتریکی سپس افزایش یافته و ثبت شده است.

فوتون ها، بمباران سطح فتوسل، از بین بردن الکترونها از آن، تعداد آن متناسب با شدت نور است. این الکترونها به یک الکترود مثبت پرواز می کنند. به عنوان یک نتیجه، جریان الکتریکی در یک زنجیره بسته رخ می دهد، که در کاهش ولتاژ در مقاومت در این زنجیره ثبت شده است. ولتاژ را می توان تقویت کرد، و پس از جبران چنین سیگنال با پتانسیومتر، جدا شده در واحد جذب، جذب نمونه به طور مستقیم بر روی سنسور ثبت می شود.

Photomakers معمولا حساس تر از سلول های عکس ساده هستند.

این به خاطر این واقعیت است که الکترونها از لایه های حساس به حساسیت به سرعت استفاده می کنند ولتاژ بالاو به دلیل برخورد در گاز، الکترونهای ثانویه رخ می دهد، که منجر به افزایش جریان می شود.

عرض شکاف.اندازه شکاف بستگی به محدوده طول موج بر روی نمونه دارد. بنابراین، برای به دست آوردن نتایج قابل اعتماد، لازم است که برای این شرایط آزمایش این شکاف حداقل با حداقل محدود شود. اگر شکاف به درستی انتخاب شود، هنگامی که تغییر می کند، دو بار خواندن ابزار تغییر نمی کند.

طی 20 سال گذشته، طیف سنج های فیبر نوری مینیاتوری، غیر معمول است و تبدیل به یک ابزار کاری بیشتر متخصصان می شود. مردم از مزایای اندازه های کوچک در ترکیب با فراوانی لوازم جانبی برای نمونه ها قدردانی کردند.

عملکرد اصلی طیف سنج ثبت نام و انباشت طیف نور است، دیجیتالی کردن سیگنال حاصل از آن بسته به طول موج و تجزیه و تحلیل بعدی با استفاده از کامپیوتر. در مرحله اول، نور، انتقال فیبر نوری، وارد اسپکترومتر می شود، یعنی از طریق یک دیافراگم باریک، به عنوان اسلات ورودی شناخته می شود. لنز Vignettes نور در ورودی به طیف سنج. در اکثر طیف سنج، نور پراکنده پس از آن با یک آینه مقعر متصل می شود و به شبکه پراش ارسال می شود. این مشعل اجزای طیف را تحت زاویه های کمی متفاوت قرار می دهد، که سپس توسط دومین آینه مقعر بر روی آشکارساز متمرکز می شود. به طور خلاصه، شما می توانید از یک پنجره ی هولوگرافی هولوگرافی استفاده کنید تا تمام سه تابع طیف سنج را در همان زمان اجرا کنید. این گزینه دارای مزایا و معایب آن است که بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

به محض اینکه نور وارد آشکارساز شود، فوتون های نور به الکترونها تبدیل می شوند، که پس از آن از طریق پورت USB (یا پورت انتقال داده سریال) ثبت نام در کامپیوتر. این برنامه باعث افزایش interpolation سیگنال می شود بسته به تعداد پیکسل ها در آشکارساز و پراکندگی خطی پراکندگی پراکندگی برای اجرای کالیبراسیون، که به شما اجازه می دهد تا یک برنامه توزیع برای طول موج های طیفی را به رسمیت بشناسید. سپس داده ها می توانند در مطالعات طیفی متعدد مورد استفاده قرار گیرند، بعضی از آنها بیشتر خواهد شد. بخش های زیر شرح عملیات طیف سنج و تعامل اجزای آن را توضیح می دهد. اول، هر جزء را به طور جداگانه در نظر بگیرید تا طیف سنج را درک کنید، سپس تنظیمات و عملکرد را مورد بحث قرار دهید. ما همچنین لوازم جانبی را لمس می کنیم که استفاده از طیف سنج را کارآمد تر می کند.

طیف سنج قسمت 1. Shchel

عمومی

طیف سنج یک سیستم تجسم است که تعدادی از تصاویر تک رنگ را در هواپیما آشکارساز (از طریق شکاف ورودی) توزیع می کند. ویژگی های عملیاتی طیف سنج بستگی به شکاف ورودی دارد، زیرا اندازه شار نور را در قسمت نوری قرار می دهد. مجوز طیفی بستگی به آن دارد، سایر عوامل مهم نیز فرکانس سکته مغزی پراش و اندازه پیکسل های آشکارساز هستند.

رزولوشن نوری و پهنای باند اسپکترومتر به طور کامل وابسته به پارامترهای شکاف است. نور وارد اسپکترومتر از طریق فیبر نوری یا لنز متمرکز بر توجه به تنظیمات اسلات می شود. زاویه واگرایی نور که در داخل نور قرار دارد بستگی به شکاف دارد.

اسلات می توانند عرض های مختلف داشته باشند - از 5mkm به 800mkm و بیشتر، ارتفاع شکاف 1 میلی متر (استاندارد) - 2 میلی متر است. انتخاب اندازه شکاف ورودی یک سوال مهم است، همانطور که در طیف سنج فقط توسط یک متخصص واجد شرایط پیکربندی شده و نصب شده است.

اساسا، طیف سنج از اسلات 10، 25، 50، 100، 200 میکرومتر و غیره استفاده می کند. در سیستم هایی که از الیاف نوری برای عرضه یک پرتو نور استفاده می کنند، اندازه بسته فیبر با اندازه شکاف ورودی همخوانی دارد. این معمولا پراکندگی نور را کاهش می دهد و پهنای باند دستگاه را افزایش می دهد.

جزییات فنی

هدف اصلی از شکاف ورودی شامل تخصیص واضح یک شی برای قرار دادن در جدول نوری است. ابعاد (عرض (WS) و ارتفاع (HS)) از شکاف ورودی یک عامل کلیدی است که بر پهنای باند اسپکترومتر تاثیر می گذارد. از عرض تصویر در ورودی بستگی به رزولوشن طیفی دستگاه دارد، اگر بیش از عرض پیکسل در آشکارساز باشد. و پهنای باند، و رزولوشن طیف سنج باید با انتخاب عرض صحیح شکاف ورودی متعادل شود.
عرض تصویر شکاف ورودی (WI) را می توان با فرمول محاسبه کرد:

w i \u003d (m 2) (m 2؟ w s 2 + w o 2) 1/2،
معادله 1-1.

جایی که M افزایش در جدول نوری بسته به نسبت فاصله کانونی آینه تمرکز و فاصله کانونی آینه Collimating، WS عرض شکاف ورودی است و W o افزایش تصویر به نوری است بخشی. با وضوح مناسب، عرض شکاف ورودی باید تا حد امکان افزایش پهنای باند اسپکتروگراف باشد.

برای طرح استاندارد نوری از ترنر سیاه و سفید، آن حدود چندین میکرون چندگانه است، کاهش عرض شکاف ورودی زیر مقدار مشخص شده منجر به افزایش قابل توجهی در رزولوشن اسپکترومتر نمی شود. جداول نوری محوری آن را قادر می سازد تا شاخص W o را به طور قابل توجهی کاهش دهد، این رزولوشن طیفی دقیق تر را فراهم می کند. یکی دیگر از عوامل محدود کننده برای رزولوشن طیفی، عرض پیکسل (W p) آشکارساز است. کاهش شاخص W من زیر W P منجر به افزایش رزولوشن طیفی نمی شود.

قسمت 2. پراکندگی پراش

عمومی

پنجره های پراکنده طیف طول موج های نور را تشکیل می دهند و تا حدی بر رزولوشن نوری طیف سنج تاثیر می گذارد. انتخاب صحیح شبکه پراکنده یک عامل مهم برای به دست آوردن ویژگی های مورد نیاز طیف در هنگام حل مشکلات است. رزولوشن نوری و بازده توزیع در طیفی بستگی به شبکه دارد. این دو پارامتر دارد: فرکانس سکته های شبکه و زاویه درخشندگی که در این بخش مورد بحث قرار می گیرد.

شبکه های پراکنده از دو نوع استفاده می شود: شبکه های سواری و هولوگرافی. شبکه های قفسه بندی شامل تعداد زیادی از سکته های موازی ساخته شده بر روی سطح است که پوشش آینه اعمال می شود. شبکه های هولوگرافی به عنوان یک نتیجه از تداخل دو پرتو لیزر UV (موازی یا غیر موازی) بر روی لایه حساس به نور ایجاد می شوند. آنها با ویژگی های طیفی پایدار متمایز هستند، اما دارای کارایی پایین تر هستند.

Lattices Racking ساده ترین و ارزان قیمت در تولید است، اما آنها کاملا به شدت تخریب می شوند. این به خاطر اشتباهات تولید سکته مغزی و فرکانس درخواست آنها است. بنابراین، در طیف سنجی (به عنوان مثال، طیف سنجی UV) آشکارساز بدتر می شود و ویژگی های نوری به دست آمده در زیر در چنین مواردی، شبکه های هولوگرافی اثر پراکندگی نور را کاهش می دهند و ویژگی های خروجی طیف سنج را افزایش می دهند. یکی دیگر از مزایای شبکه هولوگرافی، امکان ایجاد ساده آن بر روی سطوح منحنی است، به شما این امکان را می دهد که به طور همزمان از مشبک به عنوان یک عنصر پراکنده و تمرکز استفاده کنید.

فرکانس شبکه

مقدار پراکندگی بستگی به تعداد سکته مغزی های ذخیره شده در سطح MM شبکه دارد. اغلب این پارامتر چگالی یا فرکانس شبکه (دوره) نامیده می شود. محدوده عملیاتی طیف سنج و رزولوشن طیفی بستگی به فرکانس شبکه دارد. محدوده طول موج طیف سنج به طور معکوس متناسب با پراکندگی شبکه به دلیل هندسه ثابت است. پراکندگی گسترده تر، رزولوشن اسپکترومتر بالاتر است. و برعکس، فرکانس پایین تر شبکه منجر به کاهش پراکندگی و افزایش دامنه طول موج به ضرر رزولوشن طیفی خود می شود.

به عنوان مثال، طیف سنج Quest ™ X با فرکانس شبکه 900 str / m5 دارای محدوده اندازه گیری طول موج از 370 نانومتر است و یک رزولوشن نوری (دقت) کمتر از 0.5 نانومتر است. اگر طیف سنج Quest ™ X با یک شبکه 600 str / mm انتخاب شده باشد، محدوده اندازه گیری طول موج آن 700 نانومتر خواهد بود و رزولوشن نوری (دقت) کمتر از 1.0 نانومتر است. به عبارت دیگر، با افزایش محدوده اندازه گیری موج، دقت نوری اسپکترومتر کاهش می یابد.

اگر طیف گسترده ای از طول موج ها مورد نیاز است، I.E. λ max\u003e 2 λ دقیقه، سیگنال های نوری از سفارشات مختلف پراش مختلف می تواند بر روی یکدیگر بر روی صفحه آشکارساز همپوشانی داشته باشد. اگر شما به معادله برای شبکه پراش نگاه کنید، آشکار می شود. در یک مورد مشابه، برای از بین بردن پوشش ناخواسته سیگنال ها، یعنی «مرتب سازی به ترتیب»، یک فیلتر متغیر خطی مورد نیاز است (LVF).

در طیف سنجی با یک شبکه پراش دیک، پراکندگی زاویه ای شبکه توسط فرمول شرح داده شده است:

معادله 2-1.

جایی که β زاویه پراش است d. - دوره شبکه (برابر با معکوس چگالی سکته مغزی)، m. - سفارش پراش، λ - طول موج نور، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 2-1.

شکل. 2-1. هندسه پراش برای شبکه های تخت و مقعر

با توجه به فاصله کانونی (F) آینه فوکوس و با توجه به تقریب زاویه ای کوچک، معادله 2-1 را می توان بازنویسی کرد:

معادله 2-2.

که پراکندگی خطی را در NM / mm اندازه گیری می کند. از پراکندگی خطی، حداکثر محدوده طیفی (λ max-λ min) دستگاه را می توان بر اساس طول آشکارساز محاسبه کرد ( د)، که با ضرب تعداد کل پیکسل ها در آشکارساز محاسبه می شود ( n.) در عرض یک پیکسل ( w ص):

معادله 2-3.

بر اساس 2-3، واضح است که حداکثر طیف طیفی از دستگاه بستگی به طول آشکارساز دارد ( د) چگالی سکته مغزی ( 1 / D.) و فاصله کانونی ( F.).

دقت تعیین طول موج در شبکه پراش به عنوان:

معادله 2-4

جایی که n. - تعداد کل سکته مغزی های مشخص شده. با توجه به تئوری تحول محدود، کوچکترین واحد قطعنامه به طور معکوس متناسب با مقدار نمونه است. اساسا، رزولوشن شبکه پراش به طور قابل توجهی بالاتر از وضوح طیف سنج است، بنابراین پراکندگی تنها یکی از عوامل بسیاری از عوامل تعیین رزولوشن طیفی دستگاه است.

لازم به ذکر است که طولانی ترین موج، که در معرض پراش در شبکه قرار دارد، است 2D.این مقدار حد مجاز بالای محدوده شبکه طیفی است. برای محدوده IR متوسط، این محدودیت حداکثر طول موج ممکن است تاثیر بگذارد حداکثر فرکانس Lattices که می تواند در طیف سنج استفاده شود.

زاویه درخشندگی

از آنجایی که مشبک پراش از نور پلی کروماتیک رد می شود، بازدهی ثابت ندارد. شکل منحنی پراش به طور عمده در گوشه ای از مشبک بستگی دارد، که همچنین به عنوان زاویه درخشندگی شناخته می شود. این به شما این امکان را می دهد که مقدار زاویه درخشندگی را محاسبه کنید، که به حداکثر کارایی مربوط می شود - یعنی طول موج به اصطلاح رنگ. این مفهوم در شکل نشان داده شده است. 2-1، که مقادیر مختلفی را با فرکانس 150 سکته مغزی / میلی متر مقایسه می کند با گوشه های براق 500 نانومتر، 1250 نانومتر و 2000 نانومتر.

شکل. 2-2 مقایسه اثربخشی لتات ها بسته به طول موج رنگ

امکان ارائه کارایی پراش بالا (\u003e 85٪) مربوط به یک طول موج خاص (رنگ) وجود دارد. این تعریف شده توسط مقدار محدود طیف طیفی طیف سنجی تعریف شده است.

اغلب طول موج رنگ شبکه پراش به منطقه تعریف پایین محدوده طیفی به منظور افزایش نسبت سیگنال کلی به طیف سنج سطح سر و صدا (SNR) منتقل می شود.

قسمت 3. آشکارساز

عمومی

ما در مورد اهمیت شکاف ورودی و شبکه پراش، زمانی که تصویر طیفی در هواپیما تصویر تولید می شود، بحث کردیم. در طیف سنج های سنتی (monochromators)، شکاف دوم در هواپیما تصویر قرار می گیرد و شکاف خروجی نامیده می شود.

اسلات خروجی معمولا ابعاد مشابهی دارد، و همچنین شکاف ورودی، و عرض آن یکی از عواملی است که محدوده طیفی دستگاه را محدود می کند (همانطور که در قسمت 1 از مواد ذکر شده است). در این طراحی، آشکارساز بر روی شکاف خروجی قرار می گیرد و شبکه به منظور اسکن تصویر طیفی از طریق اسلات، به طوری که شدت نور عملکرد طول موج است.

در طیف سنج های مدرن، آشکارسازهای خطی و CCD ماتریس های خطی و CCD گام بعدی در توسعه طیف سنجی با یک مشبک بوچ هستند. از آنجا که نور تصادفی بر روی پیکسل ها از طریق یک ماتریس CCD می افتد، هر پیکسل بخشی از طیف را می گیرد که سیستم دستگاه الکترونیکی می تواند با استفاده از آن تبدیل شود نرم افزار. این مزیت به ما اجازه می دهد تا اسپکترومتر را بدون اجزای متحرک طراحی کنیم، که منجر به کاهش اندازه و مصرف انرژی می شود. استفاده از آشکارسازهای چند عنصر جمع و جور کاهش شدید هزینه ها، اندازه جمع و جور طیف سنج، که "طیف سنج های مینیاتوری" نامیده می شود.

انواع آشکارسازها

Photodetectors را می توان با توجه به ویژگی های مختلف طبقه بندی کرد، اصلی ترین مواد است که از آن آشکارساز ساخته شده است. اسپکترومتر مینیاتوری توسط دو شایع ترین مواد نیمه هادی استفاده می شود - SI و Ingaas. مهم است که مواد آشکارساز صحیح را در انتخاب اسپکترومتر انتخاب کنید، از آنجا که عرض منطقه انرژی ممنوعه ( e gap) نیمه هادی محدودیت طول موج فوقانی را تعیین می کند ( λ max) بر اساس عبارت زیر:

معادله 3-1.

جایی که h. - پلان دائمی، سرعت C نور. ثابت و سرعت پلانک می تواند به عنوان 1240 EV · nm یا 1.24 EV · nm برای سادگی انتقال از انرژی به طول موج بیان شود. به عنوان مثال، عرض منطقه ممنوعه Si 1.11 EV است که مربوط به حداکثر طول موج 1117،117 نانومتر است.

از سوی دیگر، Ingaas یک ترکیب از INAs و GaAs است که به ترتیب دارای عرض یک منطقه ممنوعه برابر با 0.36 EV و 1.43 EV است. بنابراین، بسته به محتوای IN و GA در مواد، این شاخص ممکن است یک مقدار متوسط \u200b\u200bداشته باشد. با این حال، به دلایل مختلف در و GA، غیرممکن است که در مقادیر دلخواه ترکیب شود، بنابراین ارزش 1.7 میکرون (یا 0.73 EV) یک شاخص استاندارد برای آشکارسازهای IngaAs است. شما همچنین می توانید از ماتریس IngaAs استفاده کنید که قادر به کار با رزولوشن 2.2 میکرون یا 2.6 میکرومتر است، اما چنین آشکارسازهای بسیار گران تر و پر سر و صدا تر نسبت به آشکارسازهای سنتی IngaAs هستند.

حد پایین تر مواد ضروری است، زیرا این بستگی به ویژگی جذب نور توسط مواد نیمه هادی دارد و بنابراین ممکن است به طور گسترده ای بسته به ضخامت آشکارساز متفاوت باشد. یکی دیگر از روش های عمومی پذیرفته شده برای کاهش محدودیت ورود آشکارساز، پوشش فلورسنت بر روی پنجره آشکارساز است که فوتون های انرژی بالا را جذب می کند و فوتون های کم انرژی را که توسط سنسور تعریف می شود، جذب می کند. در شکل 3-1 مقایسه عملکرد تشخیص آشکارساز (D *) بسته به طول موج برای ماتریس های مبتنی بر Si (CCD) و IngaAs را نشان می دهد.

شکل. تقریبی 3-1 d * بسته به طول موج در آشکارسازهای استاندارد

CCD، BT-CCD و ماتریس PDA

در حال حاضر، آشکارسازهای Ingaas تنها در یک نسخه وجود دارد، اما آشکارسازهای Multirement SI دارای سه نوع طراحی هستند: دستگاه های شارژ (CCD یا CCD)، CCD نوع روشنگر (BT-CCD)، Matrices PhotoDiode (PDA).

تکنولوژی CCD به شما امکان می دهد تا آشکارسازهای را با اندازه های پیکسل کوچک (~ 14 میکرون) ایجاد کنید، نیاز به طور مستقیم سیگنال از هر پیکسل را از بین می برد. در اینجا شارژ از یک پیکسل به دیگری منتقل می شود، که به شما اجازه می دهد تمام اطلاعات را از ماتریس از یک پیکسل بخوانید. شما می توانید یک CCD بودجه ایجاد کنید، که است راه حل ایده آل برای اکثر طیف سنج های مینیاتوری، اما CCD دارای دو مشکل است. اول، دروازه جلو CCD می تواند موجب پراکندگی جریان نور تصادفی پراکندگی شود. ثانیا، CCD نیاز به یک بستر نسبتا بزرگ از P-SI دارد، که اجازه می دهد تا هزینه های تولید را کاهش دهد. اما همچنین بهره وری خود را از آشکارساز خود محدود می کند (اول از همه زمانی که در محدوده امواج کوتاه کار می کند) به دلیل جذب از طریق لایه P..

برای از بین بردن این دو اشکال، حساسیت بالاتر اعمال می شود، در این مورد BT-CCD (CCD نوع روشنگر) یک راه حل ایده آل است. BT-CCD با اچینگ Substrate P-SI CCD به ضخامت حدود 10 میکرومتر بدست می آید. در نتیجه، جذب به طور قابل توجهی کاهش می یابد و کارایی آشکارساز افزایش می یابد. این فرآیند همچنین به شما اجازه می دهد تا آشکارساز جانبی پشت را برجسته کنید (P-Si)، این تاثیر منفی دروازه جلوی آشکارساز را از بین می برد. در شکل 3-2 مقایسه کارایی CCD سنتی از آشکارساز آشکارساز و آشکارساز آشکارساز BT-CCD ارائه شده است.

شکل. 3-2 کارایی کوانتومی از آشکارساز CCD و آشکارساز در CCD روشنگر

اما علاوه بر مزایای بی قید و شرط از ماتریس های BT-CCC در طیف سنجی، باید دو معضل مهم نیز مورد توجه قرار گیرد. اول از همه، اچینگ هزینه های تولید را افزایش می دهد و دوم، (از آنجا که آشکارساز بسیار نازک می شود) اثر پوشش های پوشش ممکن است به عنوان یک نتیجه از انعکاس از سطوح جلو و عقب از آشکارساز رخ دهد. این پدیده های مرتبط با طراحی BT-CCD را می توان با کاهش عمیق حذف کرد، اما این منجر به افزایش هزینه تولید می شود.

آشکارسازهای PDA دستگاه های خطی سنتی تر هستند که شامل PhotodioDes توزیع شده بر روی خط با استفاده از تکنولوژی CMOS (CMOS) است. این آشکارسازهای پیکسل های کوچک ندارند و در حساسیت بالا متفاوت نیستند، اما دارای مزایای بیش از CCD و BT-CCD هستند. اولا، کمبود هزینه انتقال، نیاز به حضور دروازه جلوی آشکارساز را از بین می برد و سرعت خواندن را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. مزیت دوم آشکارسازهای PDA عمق سلول است که به طور قابل توجهی بیش از شاخص CCD است؛ آشکارساز PDA معمولی عمق ~ 156،000،000E را نسبت به ~ 65،000E- برای یک آشکارساز استاندارد CCD دارد. بزرگتر عمق آشکارساز PDA، گستره وسیعی از دینامیک (~ 50،000: 1) و همچنین خطی بودن سیگنال است. این ویژگی باعث می شود تا آشکارسازهای PDA یک ابزار ایده آل برای استفاده در مواردی که شما باید هزینه های کوچک را در سیگنال های بزرگ انتخاب کنید، به عنوان مثال، هنگام نظارت بر رهبری.

سر و صدا در آشکارساز

منبع اصلی سر و صدا در ماتریس آشکارساز قرار دارد ما داریم صحبت می کنیم در مورد نویز هنگام خواندن، نویز هنگام ضربه زدن، تداخل با تیره شدن و سر و صدا با طیف دائمی.

نویز در خواندن یک نتیجه از نویز الکترون در خروجی آشکارساز و طرح های مورد استفاده و تعیین محدودیت های طیف سنج است.

نویز ضربه با تغییرات آماری تعداد فوتون های سقوط بر روی آشکارساز همراه است، که وابسته به توزیع پواسون است. بنابراین، سر و صدای شوک متناسب با ریشه مربع جریان فوتون است.

سر و صدا در طول کم نور به علت تغییرات آماری در میزان الکترونها است که در طول تیره شدن رخ می دهد (فقدان سقوط بر روی آشکارساز نور). یک فتوتکتور یک سیگنال ضعیف را حتی در صورت عدم وجود نورپردازی (نور حادثه) یک سیگنال ضعیف می کند. این اثر یک جریان تاریک یا سیگنال زمانی که کم نور می شود نامیده می شود. جریان تاریک به علت حرکت حرارتی الکترونها است و عمدتا به دمای متوسط \u200b\u200bمحیط بستگی دارد. به طور مشابه با سر و صدای ضربه، این نوع تداخل نیز تحت توزیع پواسون قرار دارد، بنابراین نویز در طول تاریکی متناسب با ریشه مربع جریان تاریک است.

سر و صدا با طیف دائمی، نتیجه تغییر یک بلوک عکاسی ناشی از آنیزوتروپیک از پیکسل های همسایه است. این به دلیل تنوع کارایی کوانتومی پیکسل ها، دیافراگم های مختلف و ضخامت فیلم و افزایش در طول پردازش است.

سر و صدای کل آشکارساز برابر با مجموع ریشه های مربع تمام منابع چهار سر و صدا است.

خنک کننده

آشکارساز خنک کننده ساخته شده در ترموالکتریک (TE) خنک کننده است راه موثر کاهش نویز با کم نور، و همچنین گسترش محدوده دینامیک و محدودیت های تشخیص سیگنال. برای آشکارسازهای SI، جریان تاریک دو برابر می شود اگر درجه حرارت در حدود 5-7 درجه سانتیگراد افزایش یابد و نیمه کاهش می یابد زمانی که درجه حرارت 5 تا 7 درجه سانتیگراد کاهش می یابد.

در شکل 3-3 نویز را با کم نور برای یک آشکارساز CCD خنک و سرد در طول زمان ادغام برابر 60 ثانیه نشان می دهد. هنگام کار در شرایط دمای اتاق، سر و صدا در طول تیره شدن تقریبا به طور کامل توسط یک آشکارساز CCD بی نظیر از بین می رود. به محض اینکه CCD به دمای 10 درجه سانتیگراد خنک می شود، جریان تاریک حدود چهار بار کاهش می یابد و سر و صدا دو بار کاهش می یابد. این اجازه می دهد تا CCD برای مدت زمان یکپارچه سازی طولانی کار کند تا سیگنال های اپتیکی ضعیف را تعیین کند. اگر طیف سنج مبتنی بر ماتریس CCD در دستگاه های با روشنایی ضعیف عمل می کند، به عنوان مثال، برای ثبت نام LED، کاهش نویز به دلیل آن خنک کننده دارای حداقل مقدار به دلیل زمان یکپارچه نسبتا کوتاه است.

شکل. 3-3 جریان تاریک برای آشکارساز CCD خنک و بدون گشت و گذار (زمان ادغام \u003d 60 ثانیه)

به عنوان یک قاعده، اگر یکپارچگی زمان اسپکترومتر CCD کمتر از 200 میلی ثانیه باشد، آشکارساز در حالت سر و صدا محدود عمل می کند. بنابراین، سر و صدا به عنوان یک نتیجه از خنک کننده TE کمی کاهش می یابد، اما تنظیم درجه حرارت تحت این شرایط مفید خواهد بود برای حفظ خط اصلی برای مدت زمان طولانی.

قسمت 4. طرح نوری

عمومی

همانطور که در بخش 1 نشان داده شده است، طیف سنج یک سیستم برای به دست آوردن تصاویر است، که توزیع تصاویر تک رنگ به دست آمده از طریق شکاف ورودی به هواپیما آشکارساز توزیع می شود. در سه بخش قبلی، ما در مورد اجزای اصلی طیف سنج مورد بحث قرار گرفتیم: شکاف ورودی، شبکه پراش، آشکارساز. این بخش عملیات هر سه جزء را در ارتباط با عناصر مختلف نوری در سیستم توضیح می دهد. این سیستم یک طیف سنجی نامیده می شود. گزینه های مدارهای نوری بسیار زیاد هستند، شایع ترین موارد زیر بود: طرح متقابل همبستگی سیاه و سفید، مدل مستقر شده از اسپکتوگراف های سیاه و سفید و انعطاف پذیر (نگاه کنید به شکل 4-1، 4-2 و 4-3 به ترتیب).

شکل. 4-1 طرح همبستگی متقابل از طیف سنج Cherni-turner

طرح متقابل همبستگی شامل دو آینه مقعر و یک مشبک تک پراش است، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 4-1. فاصله کانونی آینه 1 به گونه ای انتخاب شده است که پرتو نور را از شکاف ورودی جمع می کند و آن را به شبکه پراکندگی می فرستد. پس از آنکه نور به اجزای فردی تجزیه می شود، آینه 2 نور پراش را با یک پراکندگی پراکندگی به هواپیما آشکارساز متمرکز می کند.

این مدل یک طیف سنجی جمع و جور و راحت است. برای یک شبکه پراش با مقدار زاویه ای پراکندگی، فاصله کانونی دو آینه را می توان برای به دست آوردن مقادیر مختلف پراکندگی خطی تغییر داد. این محدوده طیفی، حساسیت و وضوح سیستم را تعیین می کند. هندسه مطلوب طرح متقابل همبستگی اسپکتروگراف می تواند یک میدان طیفی پراکنده و دقت اندازه گیری طبیعی ایجاد کند. اما به علت هندسه غیر مهربان، طرح نوری ترنر، انحراف قابل توجهی را در موقعیت تصویر ایجاد می کند که می تواند عرض تصویر را از شکاف ورودی برای چند دهم میکرون افزایش دهد. طرح نوری سیاه و سفید به طور عمده برای طیف سنج های کوچک و متوسط \u200b\u200bاستفاده می شود. با وجود این واقعیت که این طراحی برای یک تصویر دو بعدی در نظر گرفته نشده است، استفاده از آینه های آسفریایی (به عنوان مثال، toroidal) به جای کروی می تواند میزان مشخصی از اصلاح انحراف کروی و آستیگماتیسم را تضمین کند.

برای کاهش انحراف تصویر، طرح نوری سیاه و سفید به طور عمده با تعداد کانونی طراحی شده است ( f / #)\u003e 3، که، به نوبه خود، محدودیت پهنای باند را مشخص می کند. تعداد کانونی سیستم نوری قطر دانش آموز ورودی را از نقطه نظر اثربخشی فاصله کانونی بیان می کند. این تعریف شده است f / # \u003d f / dجایی که f. نشان دهنده فاصله کانونی لنز نوری و D. قطر عنصر را بیان می کند. شماره F برای مشخص کردن قدرت نور سیستم نوری استفاده می شود. نسبت ریاضی تعداد کانونی و یکی دیگر از شاخص های مهم نوری یک دیافراگم دیجیتال است ( na) آن را به شرح زیر بیان می شود: f / # \u003d 1 / (2 · na)، جایی که na دیافراگم دیجیتال سیستم نوری یک مقدار بدون بعد است که طیف وسیعی از مقادیر گوشه ای را مشخص می کند که سیستم می تواند دریافت کند یا نور را منتشر کند.

نسبتا بالا ارزش دارد f / # تریر چرنر در مقایسه با فیبر چند مد استاندارد ( na ≈ 0.22) ممکن است پراکندگی نور بسیار بالایی داشته باشد. یک روش ساده و ارزان برای از بین بردن این پدیده ناخواسته، نوبت طرح نوری است، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 4-2. این اجازه می دهد تا شما را به قرار دادن بلوک های بسته نرم افزاری به کانال نوری، کاهش پراکندگی نور. در نتیجه، نویز نوری در سیستم کاهش می یابد. این راه حل منجر به اعوجاج طیف های قابل مشاهده یا نزدیک IR نمی شود، که در آن سیگنال دارای حداکثر مقدار و بازده کوانتومی بالا به دست می آید، اما ممکن است باعث تحریف سیگنال های باند متوسط \u200b\u200bو ضعیف شود. این باعث می شود یک اسپکترومغناطیسی Cherni-terner با یک راه حل عالی برای کار در طیف UV زمانی که فشرده سازی یک عامل تعیین کننده است.

شکل. 4-2 Spectrograph Cherny-Turner مستقر شده است

مشبک هولوگرافی مغناطیسی

سومین رایج ترین گزینه جدول نوری، شبکه هولوگرافی هولوگرافی اصلاح شده انحراف معکوس (CHG) است. این به عنوان یک عنصر پراکندگی و تمرکز در همان زمان استفاده می شود، منجر به کاهش مقدار عناصر نوری مورد استفاده در سیستم می شود. چنین راه حل کارایی اسپکتروگراف را افزایش می دهد، افزایش تولید و قابلیت اطمینان آن را افزایش می دهد. Grilles Holographic قادر به تنظیم انحراف تصاویر در منطقه کروی طیف سنج های Cherni-turner در طول موج داده شده است، با تضعیف عمل در محدوده طیف گسترده ای.

شکل. 4-3 اسپکتراگرافی هولوگرافی رفت

در مقایسه با مشبک برچ، شبکه هولوگرافی، بیش از 10 برابر کاهش پراکندگی نور را فراهم می کند، که به شما امکان می دهد تا به دلیل پدیده های ناخواسته به حداقل برسد. یک مشبک پراش بارکد با یک نصب خاص ایجاد شده است که لمس را در پوشش بستر شبکه کاهش می دهد (اغلب شیشه ای با یک لایه بازتابنده نازک پوشیده شده است) با استفاده از یک ابزار با نوک الماس.

مشبک پراش هولوگرافی با استفاده از تکنولوژی فوتولیتوگرافی، که از تداخل هولوگرافی استفاده می کند، انجام می شود. یک مشبک پراش بارکری در فرایند تولید همیشه دارای نقایص است که شامل خطاهای ناشی از دوره ای، اشتباهات در استفاده از سکته مغزی است. همه این ها منجر به افزایش پراکندگی نور می شود و تصویر را تقسیم می کند (خطوط طیفی نادرست ناشی از خطاهای دوره ای). تکنیک نوری برای تولید توطئه های پراش هولوگرافی استفاده می شود و باعث خطاهای دوره ای و سایر اشتباهات می شود. بنابراین، شبکه های هولوگرافی به طور قابل توجهی کاهش پراکندگی نور (معمولا 5-10 برابر کمتر نسبت به میله های نوار) \u200b\u200bو حذف.

Grilles Bar به طور عمده انتخاب می شود اگر فرکانس شبکه کم استفاده شود، کمتر از 1200 str / mm. اگر فرکانس شبکه بالا باشد، برای کاهش پراکندگی نور، نقاط تقاطع مورد نیاز برای کاهش پراکندگی نور، در چنین مواردی، شبکه های هولوگرافی انتخاب مطلوب ترین انتخاب هستند. مهم است که به یاد داشته باشید که حداکثر اثربخشی پراکندگی شبکه های هولوگرافی تقریبا حدود 35٪ در مقایسه با شبکه های نوار، اثربخشی آن به حدود 80٪ می رسد.

قسمت 5. رزولوشن طیفی

عمومی

یکی از مهمترین ویژگی های طیف سنج، رزولوشن طیفی (نوری) است. رزولوشن طیفی سیستم حداکثر تعداد قله های طیفی را تعیین می کند که طیف سنج می تواند تعیین کند. به عنوان مثال، اگر طیف سنجی دارای طیف وسیعی از 200 نانومتر و رزولوشن طیفی 1 نانومتر باشد، سیستم قادر به تعیین تا 200 طول موج (قله) در طیف است.

در طیف سنج پراکندگی، سه عامل کلیدی وجود دارد که محدوده طیفی دستگاه را تعیین می کند: شکاف ورودی، گریت پراکندگی، آشکارساز. حداقل اندازه تصویر بستگی به شکاف دارد، که جدول نوری را می توان در هواپیما آشکارساز تشکیل داد. مشبک پراکندگی کل محدوده طیفی را تعیین می کند. آشکارساز حداکثر تعداد و اندازه نقاط غیر چشم انداز را تعیین می کند که می تواند به عنوان یک طیف دیجیتالی شود.

باید به یاد داشته باشید که سیگنال مشاهده شده ( بنابراین.) نه تنها به مجوز طیفی بستگی دارد ( R.) طیف سنج، اما همچنین بر طول موج سیگنال ( s r.) در نتیجه، رزولوشن مشاهده شده یک تحریف (ارزش اصلاح شده) از دو منبع است:

معادله 5-1.

اگر محدوده فرکانس سیگنال به طور قابل توجهی گسترده تر از رزولوشن طیفی باشد، این اثر را نمی توان در نظر گرفت و فرض کرد که رزولوشن اندازه گیری شده مربوط به رزولوشن سیگنال است. و در مقابل، اگر محدوده فرکانس سیگنال به طور قابل توجهی کمتر از وضوح طیف سنج باشد، طیف مشاهده شده تنها با وضوح طیف سنج محدود می شود.

برای حل اکثر وظایف، باید فرض شود که شما با یکی از این گزینه ها کار می کنید، اما در شرایط خاص، به عنوان مثال، در طیف سنجی رامان کیفیت بالااعوجاج غیرممکن است که نادیده گرفته شود. به عنوان مثال، اگر طیف سنج دارای رزولوشن طیفی ~ 3 سانتی متر -1، اشعه لیزر با عرض ~ 4 سانتی متر -1، پس از آن سیگنال مشاهده شده یک عرض ~ 5 سانتی متر -1، از زمان مجوز های طیفی داشته باشد نزدیک به یکدیگر هستند (توزیع گاوس).

به همین دلیل، هنگام اندازه گیری تفکیک طیفی طیف سنج، باید درک شود که سیگنال اندازه گیری شده به طور قابل توجهی در حال حاضر است و ابعاد دارای وضوح محدودی است. این معمولا با استفاده از یک لامپ انتشار کم فشار، به عنوان مثال، با محتوای بخار HG یا AR، حل می شود، زیرا محدوده فرکانس چنین منابع معمولا به طور قابل ملاحظه ای از وضوح طیفی اسپکترومتر با یک شبکه پراکندگی است. اگر یک رزولوشن باریک مورد نیاز باشد، می توانید از یک لیزر عملیاتی در یک حالت استفاده کنید.

پس از دریافت داده ها از لامپ کم فشار، رزولوشن طیفی بر روی نیمه بال (FWHM) درصد از اوج اندازه گیری می شود.

هنگام محاسبه رزولوشن طیفی ( δλ ) طیف سنج باید در نظر گرفته شود: عرض شکاف ( W S.) محدوده طیفی اسپکترومتر ( Δλ )، عرض پیکسل ( w ص) و تعداد پیکسل های آشکارساز ( n.) مهم است که به یاد داشته باشید که رزولوشن طیفی به عنوان نیمی از FWHM تعریف شده است. یک خطای خشن در محاسبه مجوز طیفی، نتیجه گیری است که حداقل تعداد پیکسل ها برای تعیین مقدار پیک FWHM مورد نیاز است؛ بنابراین، رزولوشن طیفی (به عنوان یک فرض w s \u003d w p) به همان اندازه قطعنامه سه ساله پیکسل ( Δλ / n.) این نسبت را می توان برای به دست آوردن پارامتر شناخته شده به عنوان یک عامل مجاز ( RF)، که در ارتباط با عرض شکاف به عرض پیکسل تعیین می شود. اگر یک w s ≈ w p ، پس از آن فاکتور مجوز 3. اگر w s ≈ 2w p ، پس از آن، فاکتور مجوز به 2.5 کاهش می یابد و تا زمانی که نسبت احترام می شود، کاهش می یابد W S. > 4W P. در این مورد، عامل مجاز به 1.5 می رسد.

همه موارد فوق را می توان با معادله خلاصه کرد:

معادله 5-2.

به عنوان مثال، اگر طیف سنج از یک شکاف 25 میکرون، 14 میکرومتر، آشکارساز 2048 پیکسل و محدوده طیفی 350 تا 1050 نانومتر استفاده کند، رزولوشن محاسبه شده 1.53 نانومتر است.

قسمت 6. انتخاب فیبر نوری

عمومی

هنگام تنظیم طیف سنج برای انجام کار، مهم است که فیبر نوری مناسب را انتخاب کنید. با وجود حضور بسیاری از عوامل موثر بر این انتخاب، شما باید به دو پارامتر کلیدی توجه کنید: قطر موجبر و جذب نور. فیبر نوری و استفاده از آن را در طیف سنج در نظر بگیرید. سپس ما هر دو ویژگی ذکر شده در بالا و تأثیر آنها بر ظرفیت فیبر نوری بحث خواهیم کرد.

مشخصات فنی

فیبر نوری یک "راهنمای نور" نامیده می شود. فیلترها توسط لوله های آب یادآوری می شوند که آب از ایستگاه آب به خانه جریان می یابد. راهنمای نور فضای اطراف را به عنوان یک لامپ نور در حمام یا آشپزخانه روشن نمی کند، زیرا اثر انعکاس کامل نور در راهنمای نور مشاهده می شود.

برای درک این موضوع، باید چنین اموال نوری را در نظر بگیریم. این بستگی به سرعت نور و مواد است که از طریق آن نور عبور می کند. هنگام حرکت نور از یک محیط نوری به محیط دیگر، سرعت آن نسبت به سطح جداسازی رسانه ها کاهش می یابد.

قدرت انکساری به عنوان:

معادله 6-1.

جایی که n. یک عامل انکسار است v. - سرعت نور در محیط c. - سرعت نور در خلاء. به عنوان مثال، ضریب انکساری شاخصی 1000293 است، این نشان می دهد که سرعت نور در هوا تقریبا دقیقا مربوط به سرعت نور در Vacuo است، و شاخص انکسار در آب 1.333 است، نور در آب 25٪ کاهش می یابد از خلاء.

رابطه بین شاخص انکساری و زاویه سقوط نور توسط قانون Snellius تعیین می شود:

معادله 6-2.

از این معادله به این معنی است که زاویه انکساری نور ( θ 2) بستگی به نسبت ضرایب دو ماده دارد ( n 1 / n 2)، و همچنین زاویه نور سقوط ( θ 1.) به عنوان یک نتیجه، با تغییر نسبت ضرایب، چنین زاویه ای از انعکاس را می توان به دست آورد، که در آن تمام نور حادثه بر روی سطح جداسازی رسانه ها (بدون خروج از رسانه) نشان می دهد. این پدیده بازتاب داخلی نامیده می شود و آن را در یک راهنمای نور استفاده می شود.

در شکل 6-1 طراحی فیبر را نشان می دهد که انعکاس کامل داخلی را با استفاده از دو نوع عینک فراهم می کند. ضریب پایین تر در پوسته و ضریب بالاتر در فیبر استفاده می شود. این اجازه می دهد تا شما را به جمع آوری نور در یک مکان و حرکت آن به دیگری، بنابراین الیاف نوری یک راه حل ایده آل برای تغذیه نور به طیف سنج است.

شکل. 6-1 انحراف عمومی داخلی نور در فیبر نوری

از آنجا که کل نور از طریق راهنمای نور عبور می کند، قطر آن نور را تحت تاثیر قرار می دهد. این بصری است که قطر گسترده تر فیبر، حساسیت بالاتر و نسبت سطح سیگنال اسپکترومتر نویز بالاتر است. از آنجایی که این بیانیه به میزان مشخصی درست است، عوامل محدود کننده دیگری وجود دارد که باید هنگام انتخاب فیبر نوری مورد توجه قرار گیرد.

اول، شما باید به ارتفاع آشکارساز پیکسل توجه کنید. همانطور که در بخش های قبلی نشان داده شده است، جدول نوری طیف سنج طراحی شده است تا یک تصویر از شکاف ورودی بر روی هواپیما آشکارساز ایجاد شود. اگر پیکسل های آشکارساز دارای ارتفاع 200 میکرومتر باشند، می توانید فیبر را با قطر فیبر 400 میکرومتر انتخاب کنید، 50٪ از نور سقوط در آشکارساز. در این مورد، هیچ مزیتی از استفاده از یک فیبر گسترده تر وجود ندارد، اما راهی برای جلوگیری از این است که با اضافه کردن یک لنز استوانه ای به یک میز نوری قبل از آشکارساز، از آن استفاده کنید.

شکل. 6-2 شدت سیگنال بسته به قطر فیبر و نصب لنز استوانه ای

لنز های استوانه ای تصویر قطعه ورودی را بر روی محور عمود بر ماتریس بدون تحریف تصاویر در امتداد محور و موازی با ماتریس در هواپیما آشکارساز تمرکز می کنند. این اجازه می دهد تا نور از طریق فیبر به سقوط بر روی پیکسل آشکارساز، افزایش حساسیت کل تنظیم. شکل. 6-2 نشان می دهد که این روش از لحاظ الیاف با قطر تا 600 میکرون موثر است.

جذب نور

یکی دیگر از عوامل مهم جذب نور توسط فیبر نوری است. اگر نور توسط فیبر جذب شود، توسط طیف سنج تعیین نمی شود.

با فرآیند استاندارد تولید یون های فیبر نوری OH- به طور تصادفی به شیشه فیبر از طریق مشعل های پلاسما نفوذ کرد، که لازم است برای تسکین کشتی، در این صورت می توان آن را به فیبر وارد کرد. وجود این داده های یونی در فیبر، یک اثر جذب بسیار قوی را در محدوده IR میانی ایجاد می کند که می تواند نتایج اندازه گیری را در این زمینه از تابش بدتر کند. به منظور اجتناب از این هنگام استفاده از الیاف در طیف سنجی IR میانی، آنها باید با استفاده از مشعل های ویژه با یک شاخص کوچک ساخته شوند.

شکل. 6-3 مقایسه فیبر نوری استاندارد و فیبر با محتوای کم یون آن در طیف سنجی IR میانی

جذب بسیار قوی در طیف UV وجود دارد. این ویژگی با یک اثر فتوشیمیایی شناخته شده به عنوان Insolation مرتبط است که کیفیت اندازه گیری ها را در محدوده UV، به ویژه کمتر از 290 نانومتر بدتر می کند.

به همین دلیل، هنگام انتخاب فیبر برای حل وظایف خاص بسیار مهم است که توجه ویژه ای داشته باشید. هنگام کار در طیف وسیعی از IR میانه، لازم است اطمینان حاصل شود که الیاف دارای مقدار کمی از یون های OH هستند (آنها نیز به نام الیاف IR نامیده می شوند). هنگام کار در طیف انتشار قابل مشاهده و طیف UV از فیبرهای نوری استاندارد استفاده می شود که الیاف UV نامیده می شوند. هنگام کار در محدوده عمیق UV (< 290 нм) требуются волокна с высоким сопротивлением инсоляции, их называют SRUV-волокнами.