ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Приборы, их устройство и действие из "Введение в практическую инфракрасную спектроскопию " В настоящем разделе рассматриваются различные вопросы устройства спектрофотометров, а также то, как влияют основные параметры приборов на качество спектров. Принципы действия инфракрасных спектрофотометров довольно просты, сложность же представляют их механические и электрические устройства, необходимые для воспроизведения малейших изменений поглощаемой энергии в виде точной регистрограммы спектра. [c.24] Устойчивость прибора в работе и точность даваемых результатов в значительной степени зависят от качества его главных элементов. Эти элементы рассматриваются более детально ниже. [c.26] Приемники. Свет из выходной щели монохроматора фокусируется на устройство, принимающее лучистую энергию и измеряющее ее тепловой эффект. Измерение исключительно небольших температурных изменений, вызываемых изменениями лучистой энергии, чаще всего производится при помощи болометра пли термопары ряд соединенных друг с другом тер.мопар образуют термостолбик. В болометре увеличение температуры, вызванное излучением, приводит к изменению электрического сопротивления, которое меняет напряжение. В термопаре лучистая энергия идет на нагревание одного из двух спаев металлов. [c.28] Ослабители. Устройство этих элементов может быть самым различным — от гребенки или клина до быстро вращающихся зубчатых ослабителей нового образца ( звездное колесо ). Все они рассчитываются и прецизионно изготовляются таким образом, что величина, на которую перемещается ослабитель из сравнительного пучка или в сравнительный пучок, линейно зависит от уменьшения или увеличения поглощения образца в процентах. Но даже при этом невозможно сконструировать такой ослабитель, который бы точно срезал сравнительный пучок вблизи О и 100% пропускания. Неудобством оптического ослабителя является также тот факт, что при низком пропускании образца теряется возможность получения данных в результате балансировки пучков, так как и гребенка и образец практически их перекрывают, и на приемник попадает лишь ничтожная часть лучистой энергии. [c.29] Величина сигнала, даваемого приемником, прямо пропорциональна абсолютной величине разности энергий пропущенных сравнительного и основного пучков. Важно, чтобы в различных участках спектра, т. е. при любой частоте, при одинаковом поглощении образца в процентах, ослабитель я перо получали одинаковый сигнал в противном случае проведение количественного анализа невозможно. Все было бы просто, если бы энергия излучения источника оставалась при изменении частоты постоянной, однако это не так. Как показано на рис. 4, при изменении частоты от 4000 до 650 слг энергия излучения резко падает. Имеется два основных метода противодействия этому эффекту, а именно автоматический контроль щелью и выравнивание электрического сигнала с приемника автоматической регулировкой усиления. [c.30] Раскрытие щели может быть программировано так, чтобы оно увеличивалось при уменьщении излучаемой источником энергии и в монохроматор попадал при отсутствии поглощающего вещества пучок постоянной энергии (при этом ослабитель полностью выведен из сравнительного пучка). Программирование щели используется в большинстве серийных двухлучевых приборов и осуществляется при помощи тщательно выполненного кулачка. Последний поворачивается тем же самым мотором, который вращает кулачок, поворачивающий зеркало Литтрова, и таким образом осуществляется связь раскрытия щели и частоты. Поскольку разрешение есть функция щирины щели, то оно будет меняться с частотой, но соверщенно одинаково во всех спектрах независимо от поглощения образца, разумеется, при прочих равных условиях. [c.30] Вторым способом получения одинаковых показаний процента поглощения для одинакового поглощения образца в любой области частот является выравнивание электрического сигнала, идущего с приемника, автоматической регулировкой усиления по мощности. Закономерное изменение сигнала, поступающего на ослабитель и перо, может быть программировано или кулачком, или следящей схемой аналогично программированию раскрытия щели, что обеспечивает независимость сигнала от частоты излучения. К сожалению, этот метод приводит обычно к неприемлемо высокому уровню шумов прибора. Чаще всего на практике пользуются кулачком для прогаммирования раскрытия щели и постоянным усилением сигнала. В наиболее прецизионных спектрофотометрах рекомендуется менять ширину щели и усиление сигнала вручную, но в повседневной работе химика-органика этого не требуется. [c.31] Развертку спектра, или расстояние между полосами, можно увеличивать, увеличивая скорость протяжки бумаги (растяжение по.абсциссе — волновое число), можно также менять масштаб и по ординате (процент пропускания). Увеличение масштаба по ординате и абсциссе эквивалентно уменьшению соответственно постоянной времени регистрирующего устройства и скорости сканирования спектра . Возможно много различных комбинаций переменных скорости сканирования и масштаба шкалы волновых чисел, в результате чего время записи одного спектра может варьироваться в широких пределах. В табл. 3 приведены данные о разрешающей силе, скорости сканирования, шкалах, в которых ведется запись, линейности и многих других параметрах большинства промышленных двухлучевых инфракрасных спектрометров, производившихся к июню 1959 г. [c.32] Очень ответственной является связь между частотой, показываемой счетчиком волновых чисел, и положением зеркала Литтрова относительно призмы, так как именно его положением определяется частота монохроматического света, проходящего через выходную щель. Поэтому, для того чтобы волновое число всегда измерялось точно, чрезвычайно важно, чтобы положение призмы на столике относительно зеркала Литтрова было абсолютно правильным. Отсутствие этого источника ошибок обеспечивается изготовителем прецизионным выполнением оснований призм и точной установкой оптики. [c.35] Некоторые свойства инфракрасных спектрофотометров важны для всякого экспериментатора независимо от того, лежат ли его интересы в области органической, физической, теоретической или аналитической химии. Сюда могут быть включены устойчивость в работе, простота обслуживания, наличие хорошего комплекта запасных частей и принадлежностей, возможность быстрого нахождения неисправностей. В остальном же требования, предъявляемые к прибору химиком-органиком, отличны от тех, которые от ражают интересы специалистов с большим теоретическим уклоном. Последние, в частности исследователи-спектроскописты, ставят на первое место качество спектра, даваемого прибором. Для того чтобы оно было наилучшим, особое внимание обращается на полное кондиционирование воздуха, устранение рассеянного излучения от многих деталей и строгий контроль за всеми переменными. Соблюдение этих условий привело к созданию прецизионных спектрофотометров данные, характеризующие их устройство я пределы работы, представлены в табл. 3. [c.35] Двухлучевые инфракрасные спектрофотометры выпускаются промышленностью в шести странах . Все они имеют определенные общие черты (табл. 3), а некоторые оборудованы новыми устройствами. К лучшим прецизионным приборам придаются поляризаторы, принадлежности микроскопической техники, многоходовые газовые кюветы, наборы кювет для изучения спектров жидкостей, прессы и матрицы для приготовления таблеток с галогенидами щелочных металлов, вспомогательные записывающие устройства для бланков маленьких картотек, наборы призм и решеток. Эти детали рассматриваются в следующих разделах. [c.36] Вернуться к основной статье