Монохроматор УМ-2

Роботу виконав Баланюк Олександр 32гр.

Монохроматор УМ-2

Призначення приладу

Приклад спектральних ліній

Спектральні прилади призначені для аналізу складного випромінювання, безпосередньо випромінюваного різними тілами або утворених в результаті взаємодії випромінювання з речовиною. ці дослідження проводяться в широкому діапазоні довжин хвиль від далекої ультрафіолетової області до міліметрових радіохвиль. Спектральні прилади дозволяють:

• розкласти досліджуване випромінювання в спектр, тобто розташувати по довжинах хвиль випромінювання, яке потрапляє на вхід приладу;
• зафіксувати положення окремих ділянок спектра або віддалених спектральних ліній;
• виміряти інтенсивність якої-небудь ділянки спектра або спектральної лінії.

Відповідно до положення ліній в спектрі, тобто по довжинах хвиль, можна судити про переходи між рівнями енергії і внутрішню будову атомів і молекул, а за інтенсивністю ліній - про можливості переходів між окремими рівнями. Інтенсивність спектральних ліній визначається також числом випромінюючих атомів і молекул, що дає можливість визначити зміст окремих елементів і молекулярних сполук в досліджуваній речовині. За формою контуру спектральних ліній можна зробити висновок про характер взаємодії між частинками, про вплив електричних і магнітних полів, а також про температуру, при якій відбувається випромінювання. Таким чином спектральні прилади досліджують випромінювання як сигнал, що посилається за певних умов речовиною і дає інформацію про його будову.

Загальний опис

Загальний вигляд монохроматора УМ-2

Монохроматор - спектральний оптико-механічний прилад, призначений для виділення монохроматичного випромінювання. Принцип роботи заснований на дисперсії світла.

Монохроматор УМ-2 призначений для проведення спектральних досліджень джерел світлового випромінювання, проведення якісного спектрального аналізу і вивчення спектральних залежностей коефіцієнтів відображення, прозорості і поглинання різних середовищ. Спектральний діапазон монохроматора УМ-2 становить від 400 до 1000 нм.

Монохроматор складається з двох труб і призменного блоку, розміщених на двох оптичних рейках. Труби монохроматора УМ-2 розташовані під кутом 90°, а оптичні осі вхідної і вихідної труб монохроматора йдуть паралельно рейкам.

Конструкція

1-джерело випромінювання; 2-конденсор; 3-щілинна діафрагма; 4-об'єктив; 5-диспергуючий елемент; 6-об'єктив зорової труби; 7-покажчик; 8-окуляр;

Загальна

Оптична схема спектрального приладу в загальному випадку складається з наступних основних частин: I - освітлювальної; II - диспергирующей; III - приймально-реєструючої. Освітлювальний пристрій призначений для створення досить сильного і рівномірного освітлення щілинний діафрагми 3 досліджуваним випромінюванням. В освітлювальну частину входять джерело випромінювання (1) і конденсор (2), який проектує зображення джерела на вхідну щілину 3 коліматора. Диспергуюча частина II слугує для розкладання в спектр направленого з коліматора паралельного пучка променів. Вузька щілинна вхідна діафрагма (3) встановлена ​​в фокальній площині об'єктива (4) коліматора. Коліматор спрямовує паралельні пучки променів на диспергиручий елемент (5), в якості якого застосовують дисперсійні призми і дифракційні решітки. Пристрій приймально-реєструючої частини (III) залежить в першу чергу від призначення спектрального приладу.

Приймально - реєструючий пристрій при візуальному методі спостереження являє собою зорову трубу. Вона складається з об'єктива (6) і окуляра (8). Між об'єктивом і окуляром розташований покажчик (7). У сучасних спектральних приладах спектральне розкладання здійснюється за допомогою диспергируючих систем, що складаються з декількох призм. Така оптична система дозволяє отримати велику дисперсію, а також змінювати кути відхилення променів. На рис. представлена призма Аббе, що представляє собою блок з трьох склеєних прямокутних призм.

Призма Аббе

Призма Аббе є не тільки диспергирующим елементом, але також відхиляє будь-який промінь, що йде через неї під кутом найменшого відхилення, на 90° (рис). Призма складається з трьох склеєних призм, одна з яких є поворотною.

Від об'єктива коліматора на призму падає паралельний пучок немонохроматичного світла. На вхідній грані призми в силу дисперсії промені різних довжин хвиль заломлюються по-різному. Один з променів піде під кутом найменшого відхилення, тобто паралельно основі 1-ї призми і під кутом 45° відіб'ється від гипотенузной межі поворотної призми повного внутрішнього відображення і пройде паралельно основі 3-ї призми. Далі цей промінь потрапляє на кордон скло-повітря, знову заломлюється і виходить з призми уздовж оптичної осі приймальної частини приладу. Призми 1 і 3 фактично виконують роль диспергируючого елементу.

Саме УМ-2

1-вхідна щілина; 2-мікрометричний гвинт; 3-коліматорний об'єктив; 4-мікрометричний гвинт коліматорного об'єктиву; 5-призма; 6-поворотний стіл; 7-відліковий барабан; 8-покажчик повороту барабану; 9-об'єктив; 10-окуляр; 11-покажчик; 12-оптична лава;

Скляно-призменний монохроматор-спектрометр УМ-2 призначений для спектральних досліджень в діапазоні від 3800 до 10000 Å. До складу приладу входять такі основні частини (рис):

Вхідна щілина (1), забезпечена мікрометричним гвинтом (2), який дозволяє відкривати щілину на потрібну ширину. Колліматорний об'єктив (3) служить для створення паралельного пучка променів. Він забезпечений мікрометричним гвинтом (4). Гвинт дозволяє зміщувати об'єктив відносно щілини при фокусуванні спектральних ліній різних кольорів. Складна спектральна призма (5) встановлена ​​на поворотному столику (6). Призма (5) складається з трьох склеєних призм. Поворотний столик (6) обертається навколо вертикальної осі за допомогою мікрометричного гвинта з відліковим барабаном (7). На барабан нанесена гвинтова доріжка з градусними поділками. Уздовж доріжки ковзає покажчик повороту барабана (8). При обертанні барабана призма повертається, і в центрі поля зору з'являються різні ділянки спектру. Зорова труба складається з об'єктива (9) і окуляра (10). Об'єктив дає зображення вхідної щілини (1) в своїй фокальній площині. У цій площині розташований покажчик (11). Зображення розглядають через окуляр (10). Монохроматор укладений в масивний корпус, що оберігає прилад від пошкоджень і забруднень. Прилад також оснащений оптичною лавою (12), на якій можуть переміщатися Рейтери з джерелом світла. Джерело світла рекомендується розташовувати на відстані 45 см від щілини.

Спектрометр УМ - 2 відноситься до числа точних приладів. Він вимагає дбайливого і обережного поводження!

Принцип дії

• 

  Вигляд поля зору окуляра з набором спектральних ліній і покажчиком

• 

  Барабан установки ширини щілини монохроматора

• 

  Загальний вигляд монохроматора

Промені різних довжин хвиль відхиляються призмою на різні кути і виходять з неї паралельними пучками, відмінними від оптичної вісі. Столик, на якому встановлена ​​призма, робиться поворотним і обертається барабаном з відліками довжин хвиль. Це дозволяє вивести на оптичну вісь приладу паралельний пучок променів певної довжини. При цьому кут 90° між вхідними в призму і вихідними пучками данної довжини хвилі зберігається. Ахроматичний об'єктив камери збирає все паралельні промені різних довжин хвиль в своїй фокальній площині. Окуляр слугує для візуального відліку положень спектральних ліній. У комплект приладу входять змінні вихідна щілина і окуляр.

Вихідна щілина встановлюється на перетині оптичної вісі приладу і фокальної площині об'єктива камери. За щілиною ставлять фотоприймач і реєструючий прилад. Повертаючи барабан довжин хвиль (і призму) і фіксуючи показання приладу, можна зняти спектр.

Для індикації променя, що йде уздовж оптичної вісі приладу, в фокальній площині об'єктива камери встановлюється голка, силует якої видно через окуляр разом із зображеннями спектральних ліній. Та з ліній, яка збігається з вістрям голки, виведена на оптичну вісь приладу. Її положення фіксується на барабані довжин хвиль проти риски покажчика поділів. Поворотом за годинниковою стрілкою барабанчика установки ширини вхідної щілини щілину можна відкривати, в зворотну сторону - закривати. Соті частки міліметра вказані на верхньому торці барабанчика вертикальними штрихами. При установці щілини потрібну поділку поєднують з вертикальною лінією на основі барабанчика. П'ять горизонтальних рисок на основі відповідають первісному розкриттю щілини на 0-1-2-3-4 мм. Один повний оберт барабанчика відповідає відкриттю щілини на 1 мм. Щоб встановити необхідну ширину, необхідно:

1. повертаючи барабанчик, поєднати його верхній край з горизонтальною лінією заданого числа цілих міліметрів;
2. повертаючи барабанчик за годинниковою стрілкою, встановити соті частки міліметра дещо більше (на 0,10-0,20), ніж потрібно. Потім повернутися назад і точно встановити задану ширину щілини. Такий порядок обумовлений тим, що ходовий гвинт будь щілини має "мертвий хід", а щілину під час градуювання під мікроскопом встановлюється на 0 при її закриванні.

Окуляр приладу має накатане кільце, обертанням якого можна домогтися різкого зображення спектра і голки-покажчика в полі зору окуляра.