MODURI DE MASURARE SPECTROSCOPICA

MODURI DE MASURARE SPECTROSCOPICA

Masuratoarea spectroscopica consta in evaluarea intensitatii unui semnal, de exemplu a energiei radiatiei care paraseste proba, fie in mod absolut, fie relativ, in comparatie cu energia radiatiei incidente la o frecventa data.

Pentru a efectua acest tip de masuratori, trebuie folosit un dispozitiv experimental care sa poata masura caracteristicile radiatiei anterior si ulterior interactiei acesteia cu substanta. Acest dispozitiv experimental se numeste spectrometru.

Proprietatile spectrometrului

sa asigure o sursa de radiatii stabila, care sa emita radiatii in domeniul de frecvente de analizat;

sa asigure un transfer al fluxului de radiatii in conditii de stabilitate si reproductibilitate, atat din punct de vedere spectral, cat si geometric;

sa selectioneze spectral, spatial si temporal fluxul de radiatie produs in urma interactiei acestuia cu substanta;

sa masoare cu un detector marimea fluxului de radiatie rezultat in urma interactiei cu substanta;

sa amplifice semnalul detectorului;

sa indice semnalul detectorului printr-un sistem de inregistrare adecvat.

Componentele      spectrometrului

Sursele spectrale

Instrumentul dispersive

Camera probelor

Detectorul de radiatii electromagnetice

Sistemul de amplificare

Sistemul de inregistrare

Sursele spectrale

Acestea pot fi monocromatice sau policromatice, dupa cum emit radiatie de o singura frecventa, sau emit concomitent radiatii de diferite frecvente.

Sursele monocromatice:

Sursele aproape monocromatice sunt laserii, tuburile cu descarcare electrica in gaze inerte, tuburile de radiatii X .

Fascicolul de frecventa strict determinata se obtine prin filtrarea optica a radiatiilor emise de aceste surse.

Sursele policromatice:

Sursele policromatice emit o energie radianta distribuita inegal pe un anumit domeniu spectral.

Natura acestor surse este foarte diferita de la un domeniu spectral la altul.

Instrumentul de dispersie:

In cazul surselor policromatice, selectarea radiatiilor monocromatice componente se poate realiza prin asezarea intre sursa si proba a unui monocromator.

Acest instrument este construit pe baze optice, electrice sau magnetice si are rolul de a desfasura spatial componentele monocromatice ale radiatiei emisa de sursa.

Monocromatorul deviaza componentele monocromatice pe directii diferite, functie de frecventa lor.

Monocromatorul este cu atat mai performant cu cat disperseaza radatiile pe un domeniu geometric mai lat.

Mijloacele dispersive uzuale sunt

prisma optica

reteaua de difractie.

In cazul retelelor, dispersia radiatiilor este realizata cu atat mai bine cu cat numarul de trasaturi pe milimetru de retea este mai mare.

Plasand o fanta ingusta la iesirea din monocromator, intr-un punct de pe directia de deviere a radiatiei, se selecteaza un fascicul aproape monocromatic, restul radiatiilor fiind reflectate in interiorul monocromatorului.

Gradul de monocromaticitate este cu atat mai mare cu cat fanta este mai ingusta.

Pe de alta parte insa, intensitatea radiatiei selectate este cu atat mai mica cu cat fanta este mai ingusta.

Intensitatea mica a radiatiei selectate constituie un dezavantaj, caci radiatia obtinuta la iesirea din monocromator poate fi usor absorbita de substanta din camera probelor, scazand rapid sub pragul de detectie al detectorului.

Largimea fantei de iesire din monocromator se alege la o valoare de compromis intre cele doua comportari, functie de natura si dimensiunile probelor analizate concret.

.Camera probelor:

Fascicolul monocromatic este orientat perpendicular pe suprafata probei si interactioneaza cu aceasta.

Proba trebuie sa fie reproductibil controlata din punctul de vedere al starii fizico-chimice, dimensiunilor, presiunii, pozitiei si temperaturii.

Detectorul de radiatii electromagnetice:

Fascicolul emergent este captat si masurat cu ajutorul unui detector de radiatii electromagnetice capabil sa reactioneze la lumina de frecventa data.

In functie de natura si energia radiatiei emergente, se folosesc diferite tipuri de detectori, a caror functionare se bazeaza pe efecte fizice foarte diverse.

celule fotoelectrice,

fotomultiplicatori (pentru radiatii UV -VlZ),

bolometre,

termocupluri,

celule pneumatice (pentru radiatii IR),

scintilatori (radiatii X),

cavitati rezonante (microunde) etc.

Din punctul de vedere al numarului de radiatii monocromatice pe care le pot detecta simultan, detectorii pot fi:

monocanal (detecteaza, la un moment dat, radiatie de o singura frecventa)

multicanal (detecteaza concomitent radiatii de diferite frecvente).

Detectorul monocanal:

Un detector monocanal poate fi folosit in regim multicanal inregistrand succesiv radiatii de diferite frecvente.

Spectrul inregistrat reprezinta dependenta dintre energia radianta si pozitia detectorului (fantei de iesire din monocromator) sau functie de timp. In acest caz, se spune ca spectrometrul opereaza secvential sau prin baleiaj.

Detectorul multicanal:

In cazul detectorilor multicanal, fanta de selectie se elimina, iar asupra detectorului cad simultan radiatii din multiple canale de frecvente adiacente.

Cel mai simplu receptor multicanal este placa fotografica, care constituie detectorul cel mai des folosit pentru inregistrarea spectrelor de emisie.

Emulsia fotografica este un detector foarte sensibil la radiatiile UV, VIZ si chiar IR apropiat.

Intregul spectru se inregistreaza in timpul unei singure expuneri.

Cu cat granulatia placii este mai fina, cu atat rezolutia masuratorilor de intensitate este mai mare pentru un numar de canale foarte mare.

Dezavantajele acestui receptor sunt:

timpul mare necesar prelucrarii sale chimice (pentru fotometrarea innegririi sale)

costul ridicat datorat faptului ca o placa fotografica odata developata nu mai poate fi refolosita.

In domeniul IR, detectorii sunt prea voluminosi pentru a fi deplasati eficient in interiorul spectrometrului. Ca atare selectarea radiatiei de o anumita frecventa incidenta pe detector se tace rotind elementul dispersiv.

5.Sistemul de amplificare:

Sistemul consta intr-un montaj electronic care are rolul de a amplifica semnalul slab generat de fotodetectori.

6.Sistemul de inregistrare:

Sistemul de inregistrare furnizeaza curba dependentei absorbtiei, emisiei sau imprastierii luminii de catre proba, de frecventa radiatiei, adica spectrul interactiei.

Interpretarea spectrului impune cunoasterea naturii proceselor fizice ce dau nastere fenomenelor din interactie.