Физический энциклопедический словарь - общая классификация методовспектрометрии

В многоканальных С. п. (группа 2) одновременно регистрируются (без сканирования по ) неск. приёмниками потоки излучения разных длин волн ', ", ''', . . ., к-рые выделяют, напр., набором узкополосных фильтров или многощелевыми монохроматорами (полихроматорами). Если расстояние между каналами не превышает  и число каналов N достаточно велико, то получаемая информация аналогична содержащейся в записи спектра на сканирующем одноканальном приборе (при тех же , одинаковых приёмниках и пр. равных условиях), но время измерения может быть сокращено в N раз. Наибольшая многоканальность достигается применением многоэлементных фотоэлектрич. приёмников излучения и фотогр. материалов (в спектрографах).

Принципиальной основой новых методов (группы 3 и 4 на рис. 2), получивших развитие с сер. 60-х гг., явл. селективная модуляция (см. Модуляция света), при к-рой ф-ции разделения  переносятся из оптич. части прибора в электрическую. В простейшем одноканальном С. п. группы 3 исследуемый поток со спектром f() посылается на спектрально-селективный модулятор, способный модулировать нек-рой частотой 0=const лишь интервал  в окрестности ', оставляя остальной поток немодулированным. Сканирование '(t) производится перестройкой модулятора т. о., чтобы различные  последовательно модулировались частотой 0. Выделяя составляющую 0 в сигнале приёмника с помощью электрич. фильтра, получают ф-цию времени F(t), значения к-рой пропорц, соответствующим интенсивностям в спектре f().

Многоканальные системы с селективной модуляцией (группа 4) основаны на операции мультиплексирования (от лат. multiplex — сложный, многочисленный) — одновременном приёме излучения от мн. спектр. элементов  в кодиров. форме одним приёмником. Это обеспечивается тем, что длины волн ', '', ''', ... одновременно модулируются разными частотами ', ", '", ... и суперпозиция соответствующих потоков в приёмнике излучения даёт сложный сигнал, частотный спектр к-рого по  несёт информацию об исследуемом спектре по . При небольшом числе каналов компоненты ', ", ''', ... выделяются из сигнала с помощью электрич. фильтров. По мере увеличения числа каналов гармонич. анализ сигнала усложняется. В предельном случае интерференц. модуляции искомый спектр f() можно получить фурье-преобразованием регистрируемой интерферограммы (см. Фурье спектроскопия). Среди других возможных способов

704

многоканального кодирования получили практич. применения маски-матрицы Адамара (см. ниже).

За рамками классификации, приведённой на рис. 2, остаются лишь методы, использующие почти монохроматич. излучение перестраиваемых лазеров (см. Лазерная спектроскопия).

1. Одноканальные С. п. с пространственным разделением длин волн

Основой схемы приборов этой группы (рис. 3) явл. диспергирующий элемент (дифракционная

Рис. 3. Принципиальная оптич. схема спектр. прибора с пространств. разделением длин волн с помощью угловой дисперсии:

1 — коллиматор с входной щелью Щ и объективом O1 с фокусным расстоянием С1;

2 — диспергирующий элемент, обладающий угловой дисперсией /; 3 — фокусирующая система (камера) с объективом О2, создающим в фокальной плоскости Ф изображения входной щели в излучении разных длин волн с линейной дисперсией х/.

решётка, эшелетт, интерферометр Фабри — Перо, призма), обладающий угловой дисперсией /, что позволяет развернуть в фокальной плоскости Ф изображение входной щели Щ в излучении разных длин волн. Объективами O1 и O2 обычно служат сферич. или параболич. зеркала, т. к. их фокусные расстояния не зависят от  (в отличие от линзовых систем). Одноканальные С. п. имеют в плоскости Ф одну выходную щель и наз. монохроматорами; если щелей несколько, то С. п. наз. полихроматором, если светочувствит. слой или глаз, С. п.— спектрограф или спектроскоп. Сканирование в монохроматорах по  осуществляется, как правило, поворотом диспергирующего элемента 2 или вспомогат. зеркала. В простейших конструкциях вместо дифракц. решеток и призм применяются циркулярно-клиновые светофильтры с непрерывной перестройкой узкой полосы пропускания или наборы узкополосных светофильтров, дающие ряд дискр. отсчётов для разных . На основе монохроматоров строятся однолучевые и двухлучевые спектрометры. Для однолучевых С. п. (рис. 4) характерно последоват. соединение функциональных элементов. В случае измерения спектров пропускания или отражения обычно используется встроенный в С. п. источник сплошного спектра излучения; для измерения спектров внеш. излучателей предусматриваются соответствующие осветители. Для С. п. этого типа соотношение (1) обычно имеет вид: R²M=К(), и накладываемые им ограничения на R и  играют осн. роль в ИК области, где яркости источников

быстро уменьшаются и значения К малы. В видимой и ближней ИК областях энергетич. ограничения играют меньшую роль и рабочие значения R могут приближаться к дифракц. пределу (напр., в С. п. с дифракц. решётками к значению Rдиф2kvLsin, где k — кратность дифракции, v=1/. — волн. число, L -ширина решётки,  — угол дифракции).

Двухлучевые схемы характерны для спектрофотометров. Рассмотрим типичные приборы группы 1.

рис. 4. Блок-схема однолучевого одноканального спектр. прибора: И — источник излучения; М — оптич. модулятор (обтюратор); С) — исследуемый образец; Ф — сканирующий фильтр (монохроматор); П — фотоэлектрич. приёмник излучения; У -усилитель и преобразователь сигналов приёмника; Р — аналоговый или цифровой регистратор.

Спектрометры высокого разрешения

для исследований структуры ат. и мол. спектров представляют собой стационарные лаб. установки, работающие по схеме, приведённой на рис. 4. Их длиннофокусные (до 6 м) монохроматоры помещают в вакуумные корпуса (для устранения атм. поглощения) в виброзащищённых и термостабилизиров. помещениях. В этих приборах используется 2и 4-кратная дифракция на больших эшелеттах, применяются высокочувствит. охлаждаемые приёмники, что позволяет достигать в спектрах поглощения значений R2•10⁵ при З мкм. Для выявления ещё более тонкой структуры в схему вводят интерферометры Фабри — Перо, в к-рых сканирование по , в пределах узкого диапазона производится изменением давления в зазоре или величины зазора с помощью пьезодвигателей, а щелевой монохроматор используется лишь для предварит. выбора спектр. диапазона и разделения налагающихся порядков интерференции. Такие приборы наз. спектрометрами Фабри — Перо, они позволяют в видимой области получать R10⁶.