7. Спектральные приборы.

Дисперсия света находит практическое применение в спектральных призматических приборах.

П

Э

ростейшая схема спектрального прибора с призмой изображена на рис. 10.

Свет от щели S, освещаемой источником света, падает на линзу L₁ и, проходя через нее, образует параллельный пучок, т.к. щель расположена в фокальной плоскости линзы. Щель и линза L₁ расположены в трубе, называемой коллиматором К. После преломления в призме P, пучки света разных длин волн фокусиру­ются линзой L₂ на экране Э, где получается ряд монохроматических изображений щели.

В зависимости от способа регистрации спектра спектральные приборы подразделяются на следующие виды:

а) СПЕКТРОГРАФЫ, в которых получают фотографии спектра;

б) СПЕКТРОСКОПЫ, в которых спектр рассматривается глазом

через окуляр;

в) МОНОХРОМАТОРЫ, предназначенные для выделения излучения в определенном узком участке спектра, имеют в экране вторую (выходную) щель, на которую плавным поворотом призмы выводят различные участки спектра. Переменная ширина выходной щели позволяет выделить удобный для исследования интервал длин волн Δλ. Монохроматоры обычно являются составляющей частью более сложных устройств.

г) СПЕКТРОФОТОМЕТРЫ, предназначенные для получения и одновременного фотометрирования линий спектра (измерения их относительной интенсивности). С этой целью исследуемое излучение с помощью монохроматора последовательно выводится на фотоэлемент или фотоумножитель, преобразующий световой сигнал в электрический.

Одной из основных характеристик спектрального прибора является его разрешающая способность. Разрешающая способность R призмы, так же как и дифракционной решетки, характеризует свойство прибора разделять излучения, отличающиеся по длинам волн на величину Δλ. Чем меньше этот интервал, тем больше разрешающая способность прибора. Она выражается через безразмерную величину, равную .

Существует три вида спектров: сплошные, полосатые и линейчатые.

Раскаленные твердые и жидкие тела, а так же газы при большом давлении дают сплошной спектр, в котором один цвет постепенно переходит в другой. Примером сплошного спектра является спектр белого света. В нем условно принято различать семь основных цветов.

Линейчатые спектры состоят из отдельных узких линий различного цвета, разделенных темными промежутками. Такие спектры получают от атомов светящихся газов или паров, находящихся в разряженном состоянии. Они появляются в результате электронных переходов внутри атомов и ионов различных элементов. Для наблюдения линейчатых спектров иногда пользуются тем, что газы светятся, когда через них проходит электрический ток. Чтобы получить линейчатый спектр веществ, которые в обычных условиях находятся в твердом состоянии, можно их крупинки ввести в пламя газовой горелки. Изучение линейчатых спектров показало, что каждый химический элемент дает свой линейчатый спектр, не совпадающий со спектрами других элементов.

Полосатые спектры имеют вид отдельных светлых полос, разделенных темными промежутками. Многие из полос при рассмотрении через спектроскоп с большой разрешающей способностью распадаются на ряд отдельных линий. Полосатые спектры характерны для молекул нагретых газов и паров и являются результатом изменений электронной, колебательной и вращательной энергий молекул.

Все эти три вида спектров являются спектрами испускания. Помимо них существуют спектры поглощения, которые получают следующим образом. Белый свет от источника пропускают через исследуемое вещество (газ, пар, раствор) и направляют на спектроскоп. В этом случае на фоне сплошного спектра будут видны темные линии, расположенные в определенном порядке. Их число и порядок позволяют судить о составе исследуемого вещества. Опыты подтверждают, что линии поглощения всегда точно соответствуют линиям испускания в спектре газа или пара поглощающего свет. Эта зависимость выражается законом Кирхгофа: всякое вещество в основном поглощает те лучи, которые само может испускать. Этим законом объясняется возникновение темных линий, наблюдаемых в спектре солнечного излучения. Они всегда занимают одно и тоже положение и в основном представляют собой линии поглощения паров и газов, окружающих Солнце, температура которых значительно ниже, чем на его поверхности.