Spektroskopik o'rnatishning umumiy sxemasi radeospektroskopeya mazerlar spektral asbobning apparat funksiyasi

RADEOSPEKTROSKOPEYA MAZERLAR


REJA

1. 
   SPEKTROSKOPIK O'RNATISHNING UMUMIY SXEMASI
   
2. 
   RADEOSPEKTROSKOPEYA MAZERLAR
   
3. 
   SPEKTRAL ASBOBNING APPARAT FUNKSIYASI
   

Spektroskopik o'rnatishning umumiy sxemasi va ko'rsatkichlari
Spektroskopik o'rnatishning umumiy sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 3.4.



Spektroskopik o'rnatishning blok diagrammasi

Bu erda: 1 - yorug'lik manbai,

2 - chizilgan linzalar (linzalar yoki linzalar tizimi, qoida tariqasida, spektral qurilmaning kirish teshigida manba tasvirini beradi, ammo boshqa yoritish sxemalari ham mumkin;
3 - spektral asbob,
4 - fotodetektor,
5 - ro'yxatga olish tizimi
Bu bloklarning hammasi ham talab qilinmaydi. Masalan, sifatli tahlil qilish uchun, agar ko'zdan foydalanilsa, fotodetektor va ro'yxatga olish tizimisiz bajarish mumkin, va yuqori aniqlikdagi spektroskopiyada spektral qurilma yo'q, lekin keyin fotodetektor va yozib olish moslamasi bo'lishi kerak.
Maqsadli ko'rsatkichlarga quyidagilar kiradi:
a) ish diapazoni - ushbu o'rnatish ishlashi mumkin bo'lgan to'lqin uzunliklari diapazoni: lmin ÷ lmax. Ishlash diapazoniga asosiy ta'sir spektral qurilma tomonidan amalga oshiriladi, lekin yorug'lik tizimi va fotodetektorning ta'siri ham mumkin;
b) spektral o'lchamlari R qurilmaning to'lqin uzunligi bo'yicha kichik dl oralig'ida farq qiluvchi nurlanishni ajratish xususiyatini tavsiflaydi. Bu interval qanchalik kichik bo'lsa, ya'ni. Berilgan qurilma spektrni qanchalik batafsil tekshirishga imkon bersa, uning o'lchamlari shunchalik katta bo'ladi. U quyidagi nisbat bilan o'lchanadi: R = l / dl, bu erda l - spektral apparatning ruxsati aniqlanadigan to'lqin uzunligi va dl - hali ham hal qilinishi mumkin bo'lgan ikkita eng yaqin spektral chiziqning to'lqin uzunliklaridagi farq. bu spektr apparati. Keyinchalik qat'iy ruxsat qurilmaning apparat funktsiyasi bilan belgilanadi, bu quyida muhokama qilinadi.
Ruxsat spektral asbobga bog'liq, lekin yorug'lik tizimi ta'sir qilishi mumkin;
v) fazoviy rezolyutsiya - fazodagi ikki nuqta orasidagi masofa, ulardan nurlanishni alohida tahlil qilish mumkin. Unga asosiy ta'sir - yoritish tizimi;
d) vaqtinchalik rezolyutsiya - alohida o'rganish, alohida tahlil qilish mumkin bo'lgan vaqt nuqtalari orasidagi interval. Asosiy ta'sir fotodetektor va ro'yxatga olish tizimi tomonidan amalga oshiriladi;
e) sezgirlik chegarasi - nurlanishni tahlil qilish imkonini beruvchi manbadan minimal oqimni aniqlaydi. Diagnostika vazifalari uchun tizimning ushbu eng muhim xususiyati spektral qurilmaning dizayni va ishlash fizik printsiplariga, fotodetektorning turi va sifatiga, shuningdek manbaning shovqin darajasiga, kuchaytirgichli fotodetektorga va ro'yxatga olish tizimiga bog'liq. . Ushbu omillar tegishli bo'limlarda muhokama qilinadi.
Spektral asboblarning tasnifi
Spektrni qayd etish usuliga ko'ra qurilmalar quyidagilarga bo'linadi:
spektrograflar - spektrni fotografik qayd qiluvchi qurilmalar;
spektroskoplar - ularda spektr ko'z bilan tekshiriladi;
spektrometrlar - spektrni fotoelektrik ro'yxatga olish moslamalari;
monoxromatorlar - spektrning tor qismini ajratish uchun mo'ljallangan qurilmalar. Agar bu bo'limlar ketma-ket o'zgartirilsa (bu spektrni skanerlash deb ataladi) va qurilmadan chiqadigan nurlanish fotoelektrik tarzda qayd etilsa, monoxromator spektrometrga aylanadi.
Spektral parchalanishni ta'minlovchi elementlarga qarab quyidagilar mavjud:
- prizma qurilmalari;
- difraksion panjarali qurilmalar;
- shovqin qurilmalari.
Jismoniy printsiplardagi sezilarli farqga qaramay, prizmatik va difraksion qurilmalar juda ko'p umumiy xususiyatlarga ega, shuning uchun biz ularni "Interferentsiya qurilmalari" dan farqli ravishda "Slit qurilmalar" sinfiga birlashtiramiz, ular ham umumiy xususiyatlarga ega.
Spektral asbobning apparat funksiyasi (impulsli javob).
Spektral qurilmaning kirish qismida to'lqin uzunligi yoki chastotasiga qarab f(x) nurlanish oqimining taqsimlanishini tavsiflovchi funksiya mavjud. Biz f - "kirish signali", x - "kirish koordinatasini" chaqiramiz. Qurilmaning chiqishida fotodetektor va qayd etish tizimi bilan birgalikda ph(z) funksiyasini olamiz, bu yerda ph “chiqish signali”, z “chiqish koordinatasi”dir. Qurilmaning turiga va ro'yxatga olish tizimiga qarab, bu miqdorlar butunlay boshqacha ma'noga ega bo'lishi mumkin. Masalan, spektrograf uchun ph - fotoplastinkadagi qorayish, uning ma'lum bir nuqtada nisbiy yorug'lik o'tkazuvchanligi bilan o'lchanadi, z - plastinkadagi koordinata, spektrga parchalanish yo'nalishi bo'yicha mm bilan hisoblanadi; ko'p elementli fotodetektorli spektrometr uchun ph - bitta elementning joriy yoki raqamlangan ko'rsatkichi, z - uning tartib raqami; dispers elementni qadamli vosita bilan aylantirish orqali amalga oshiriladigan spektrni skanerlash bilan spektrometr uchun ph - fotoko'paytirgichning raqamlangan oqimi va z - skanerlash boshidan hisoblangan vosita qadamining soni. Har qanday holatda, kirish va chiqish koordinatalari (bu jarayon to'lqin uzunligini kalibrlash deb ataladi) va kirish va chiqish signallari o'rtasida (bu jarayon sezgirlikni kalibrlash deb ataladi) o'rtasida birma-bir yozishmalar o'rnatilmaguncha asbobdan foydalanish mumkin emas. Kalibrlashni amalga oshirishning ba'zi usullari quyida muhokama qilinadi, hozircha ular bajarilgan deb faraz qilaylik va kirish va chiqish signallari va koordinatalari bir xil jismoniy ma'no va o'lchamga ega. (Zamonaviy spektral o'rnatishlar shu tarzda ishlaydi. Spektrni ro'yxatdan o'tkazish natijasida foydalanuvchi kompyuter ekranida va (yoki) ba'zi fayllarda manbaning spektral energiya yorqinligining grafigi va (yoki) qiymatlari qatoriga ega bo'ladi. to'lqin uzunligiga qarab).
Lekin f(x) va ph (z) funksiyalar odatda bir-biriga mos kelmaydi. Bunga asbob muqarrar ravishda yozib olingan funksiyaga kiritadigan buzilishlar ("apparat buzilishlari") sabab bo'ladi. Masalan, tirqishli spektrograf monoxromatik yorug'lik bilan yoritilganda plastinkada chekli kenglikdagi kirish tirqishining tasviri suratga olinadi, lekin Agar kalibrlash paytida to'lqin uzunliklarining ma'lum bir oralig'i plastinkadagi chiziqli masofa bilan taqqoslansa, natija cheklangan spektral intervalni to'ldiradigan nurlanish sifatida qabul qilinadi.
Faraz qilaylik, ikkita shart bajarilgan:
1. Ro'yxatga olish tizimining lineerligi, ya'ni. tizimning signallar yig'indisiga reaktsiyasi ularning har biriga alohida reaktsiyalar yig'indisiga teng (har bir tizim uchun ushbu shart bajarilgan bir qator kirish signallari mavjud, tadqiqotchi ushbu diapazonni aniqlashi va foydalanmasligi kerak. har qanday miqdoriy baholash uchun chiziqlilik chegarasidan tashqariga chiqadigan signallar);
2. Asbobning o'zgarmasligi, ya'ni instrumental buzilishlar x va z ning mutlaq qiymatlariga bog'liq emas, balki faqat ularning farqiga bog'liq (spektroskopiyada bu shart o'rganilayotgan spektral chiziq ichida qondirilishi kifoya qiladi, bu deyarli har doim sodir bo'ladi).
Keyin tizimning chiqishidagi signal kirishdagi signalning konvolyutsiyasi va qurilmaning xususiyatlarini tavsiflovchi ba'zi bir funktsiya g (x), apparat funktsiyasi deb ataladi. asbobning funktsiyasi yoki impulsli javobi:


.

Jismoniy ma'no jihatidan instrumental funktsiya qurilmaning kirishdagi d-shaklidagi signalga ta'sir qilish natijasidir. Spektroskopiyada, uning kirishiga monoxromatik nurlanish qo'llanilganda asbob tomonidan qayd etilgan spektr.

Amalda monoxromatik signallar mavjud bo'lmasa-da, spektral kengligi g (x) funksiyasining kengligidan ancha kichik bo'lgan nurlanish yordamida instrumental funktsiyani aniqlash mumkin. Bunda f(x0) 0 dan farq qiladigan va ph(z) = const * g(z-x0) dan farq qiladigan x 0 nuqtaga yaqin mintaqada g(x) amalda doimiydir.
Aksincha, agar o'rganilayotgan chiziqning kengligi g(x) funksiyaning kengligidan ancha katta bo'lsa, f(x) g(z - x) 0 dan farq qiladigan mintaqada deyarli o'zgarmas bo'lib, tashqariga chiqariladi. (3.56) da integral belgisi. G (x), qoida tariqasida, maydon bo'yicha 1 ga normallashtirilganligini hisobga olsak, biz ph (z) = f (z) ni olamiz, ya'ni. apparat buzilishi yo'q.
Umumiy holatda, apparat buzilishlarini (3.56) integral tenglamani echish orqali yo'q qilish mumkin, bu maxsus bo'limda muhokama qilinadi. Bu erda biz shuni ta'kidlaymizki, instrumental funktsiya qurilmaning asosiy nazariy xarakteristikasi bo'lib, uning ishlashi va parametrlarining fizik printsipi bilan belgilanadi. Instrumental funktsiyaning kengligi día - g (x) maksimal qiymatning yarmi bo'lgan yoki 0 ga aylanadigan nuqtalar orasidagi masofa (turli qurilmalar uchun bu ta'rif biroz boshqacha) hal qilinadigan spektral interval dl sifatida qabul qilinadi, lekin instrumental funktsiya hal qilish qobiliyatidan ko'ra qurilma haqida to'liqroq ma'lumotni o'z ichiga oladi.
Qurilmaning diafragma
Bu qurilmaning sifat ko'rsatkichi bo'lib, u o'rganilayotgan ob'ekt nurlanishining qaysi qismini spektrni tahlil qilish uchun ishlatishga imkon berishini ko'rsatadi. Agar ob'ektning tasviri qurilmaning kirish qismidagi yoritish tizimi tomonidan chizilgan bo'lsa (bu ko'pincha sodir bo'ladi), u holda qurilmaga kiruvchi radiatsiya oqimi (F) tasvirning yorqinligi bi(l) ga ko'paytiriladi. kirish joyining maydoni s (u yorug'lik bilan to'ldirilgan deb taxmin qilinadi), qurilmada nurlanish tarqaladigan qattiq burchakning Ō qiymatiga va apparat konturining kengligi bo'yicha día. Agar yorug'lik tizimidagi yo'qotishlarni hisobga olmasak, tasvirning yorqinligi ob'ektning yorqinligiga teng b (l), shuning uchun:

F = b(l) s Ō día.

Dla ning ortishi va u bilan bog'liq bo'lgan s ning qiymati echilayotgan masala talablari bilan chegaralanganligi sababli, diafragma nisbatini oshirishga Ō ni oshirish orqali erishish mumkin, s va dla o'rtasidagi munosabatlarning tabiati ham muhimdir. s ning ma'lum chegaraga ko'tarilishi dla ning sezilarli darajada oshishiga olib kelmaydigan qurilmalar diafragma nisbati bo'yicha afzalliklarga ega.