2.4 Оптичні системи

М онохроматори. Монохроматор служить для виділення вузької ділянки спектру; його основні деталі — щілини, лінзи, дзеркала і диспергувальні елементи (призми, дифракційні решітки й ін.). Коефіцієнт переломлення різний для світлових променів з різною довжиною хвилі (збільшується зі зменшенням довжини хвилі).

Рисунок 12- Дисперсія світла

Тому рівнобіжний поліхромний пучок світла, потрапляючи на призму, переломлюється і на виході з призми розкладається на монохроматичні складові (рис.12а).

Також використовують відбивні дифракційні решітки (рис.12б), що мають 300—2000 штр/мм. Якщо на решітку направити пучок білого світла, то в результаті інтерференції промені різної довжини хвилі, що патрапляють нормально до її поверхні, відхиляться на різні кути відповідно до умови

k = d sin ,

де k—цілочисловий порядок спектра;

d-відстань між сусідніми штрихами.

Півширина спектральної лінії на виході дифракційного монохроматора лінійно зменшується зі збільшенням числа штрихів (щілин) на 1 мм ґратки. Як видно з наведеної формули, можлива ситуація, коли промені з кратними довжинами хвиль у різних порядках будуть відхилятися на той самий кут (наприклад, при k = I, = 900 нм; k =2,  = 450 нм; k =3,  = 300 нм), тому що довжини хвиль променів різних порядків розрізняються досить сильно, світло необхідної довжини хвилі можна виділити додатковими світлофільтрами.

Оптичні схеми дифракційних монохроматорів представлені в основному двома типами: Літтрова і Черні—Тернера (рис.13а,б). Вхідна щілина 1 регульованої ширини відіграє роль джерела світла, що знаходиться у фокусі увігнутого дзеркального коліматора 2. Коліматор перетворює пучок світла в рівнобіжний і посилає на відбивні дифракційні решітки 3. Розкладене світло потрапляє на дзеркальний об'єктив 4 (схема Черні — Тернера) чи на коліматор 2 (схема Літтрова), що тепер відіграє роль об'єктива. Об'єктив збирає рівнобіжний пучок, що сходиться, і фокусує його на вихідній щілині 5, за якою розташований фотоелектричний пристрій 6. Обертаючи дифракційні решітки, можна змінювати довжину хвилі вихідного світла. Ступінь монохроматизації, тобто півширину вихідної смуги світла, можна змінювати шириною щілин монохроматора.

Р исунок 13- Монохроматори :а) Літтрова, б) Черні-Тернера

В атомно-абсорбційному аналізі півширина виділеної спектральної лінії може змінюватися від 0,2 до 2 нм залежно від задачі.

Детектори

Детектор перетворює падаючу на нього світлову енергію в електричний сигнал. В атомно-абсорбційному аналізі для цієї мети завжди використовують фотопомножувачі.Через кварцове віконце фотопомножувача світло потрапляє на катод, покритий тонким шаром речовини, що містить легкоіонізований елемент (Cs, Rb, Li і ін.). Світлові кванти вибивають з катода електрони, що спрямовуються з великою швидкістю на наступний електрод. Кожен електрон вибиває 2—5 електронів ( залежно від прикладеної напруги). Останні, у свою чергу, спрямовуються до наступного електрода, вибивають нові електрони і т.д. В атомно-абсорбційних спектрометрах використовують фотопомножувачі з 9—13 електродами, що підсилюють струм від першого фотокатода в 10⁶ разів.

Фотопомножувачі з лужними катодами забезпечують високу чутливість по всій області спектра, використовуваної в атомно-абсорбційному методі, від 190 до 850 нм. Однак на межах області (190—200 і 800—850 нм) їх чутливість падає в 3—20 разів, тому для визначення миш'яку і селену, а також рубідію і цезію використовуються спеціальні фотопомножувачі , чуттєві до далекої ультрафіолетової і близької інфрачервоної області.