Мультипассалық спектроскопиялық абсорбциялық жасушалар - Multipass spectroscopic absorption cells - Wikipedia

Pfund ұяшығының иллюстрациясы
Pfund ұяшығы - Ерте мультипассалық сіңіру клеткасы

Көп өтпелі немесе ұзақ жолды сіңіру жасушалары әдетте қолданылады спектроскопия концентрациясы төмен компоненттерді өлшеу немесе газдардағы немесе сұйықтықтардағы әлсіз спектрлерді байқауға арналған. Бұл салада 1930 жылдардан бастап бірнеше маңызды жетістіктерге қол жеткізілді және көптеген қолданбалы зерттеулер бүгінгі күнге дейін жалғасуда.

Функционалды шолу

Әдетте, осы типтегі ұяшықтардың мақсаты - шағын, тұрақты үлгінің көлемімен өтетін жалпы оптикалық жол ұзындығын арттыру арқылы анықтауға сезімталдықты жақсарту. Негізінде, ұзағырақ жол ұзындығы нәтижесінде анықтауға сезімталдық жоғарылайды. Әрбір шағылысу нүктесінде сәулені қайта бағыттау үшін фокустық айналарды пайдалану керек, нәтижесінде сәуле басқарылатын жол бойымен алдын-ала анықталған кеңістікте ол шыққанға дейін шектеледі. оптикалық қуыс. Ұяшықтың шығысы - бұл оптикалық детектордың кірісі (мамандандырылған түрі түрлендіргіш ), сәулелер қасиеттерінің нақты өзгерістерін сезетін, олармен өзара әрекеттесу кезінде пайда болады сынақ үлгісі. Мысалы, үлгі сіңіп кетуі мүмкін энергия сәуледен, нәтижесінде ан әлсіреу түрлендіргіш анықтайтын шығыс. Екі кәдімгі мультипассалық жасушалар Ақ және Герриотт жасушалары деп аталады. Қазіргі уақытта танымал және коммерциялық пайдаланылатын мультипассалық жасуша және дөңгелек мультипассалық ұяшық газ іздеу, қоршаған орта және өндірістік процестерде кеңінен қолданылады.[1]

Pfund ұяшығы

1930 жылдардың аяғында Тамыз Пфунд атмосфераны зерттеу үшін жоғарыда көрсетілген үш рет өтетін жасушаны қолданды. Pfund ұяшығы деп аталып кеткен ұяшық әрқайсысының ортасына мұқият өңделген саңылауы бар екі бірдей сфералық айнаның көмегімен салынған. Айналар арасындағы қашықтық айна фокустық қашықтыққа тең. Көз екі айнадағы тесіктен кіреді, екі шағылысу нүктесінде екі рет бағытталады, содан кейін ұяшықтан үшінші өту кезінде басқа айна арқылы шығады. Pfund ұяшығы осы типтегі спектроскопиялық техниканың алғашқы мысалдарының бірі болды және бірнеше рет өткізуді қолданумен ерекшеленді.[2]

Ақ жасуша

8 өтпелі кәдімгі Ақ жасушаның анимациясы
Ақ ұялы анимация - 8 шағылысқан пасты санау

Ақ жасуша алғаш рет 1942 жылы сипатталған Джон Уайт оның қағазында Үлкен диафрагманың ұзын оптикалық жолдары,[3] Бұл алдыңғы ұзақ жолға қарағанда айтарлықтай жақсару болды спектроскопиялық өлшеу техникасы. Ақ ұяшық үш шар тәрізді, ойыс айналар бірдей қисықтық радиусына ие. Айна олардың қисықтық радиусына тең қашықтықпен бөлінген. Оң жақтағы анимацияда сәуле сегізден тұратын Ақ ұяшық көрсетілген шағылысатын асулар немесе траверальдар. Қозғалыстар санын M2 немесе M3 шамалы айналмалы түзетулер енгізу арқылы оңай өзгертуге болады; дегенмен, өтулердің жалпы саны әрқашанда төрттің еселігінде болуы керек. Кіретін және шығатын сәулелер позицияны өзгертпейді, өйткені өтпелер қосылады немесе алынып тасталады, бұл кезде өтпелердің жалпы саны ұяшықтың көлемін өзгертпестен бірнеше рет көбейтілуі мүмкін, сондықтан жолдың жалпы оптикалық ұзындығын көлеммен салыстырғанда үлкен етіп жасауға болады. сыналатын үлгінің. Әр түрлі өткелдердегі дақтар M2 және M3 айналарымен қабаттасуы мүмкін, бірақ M1 айналарында айқын болуы керек. Егер кіріс сәулесі М1 жазықтығына бағытталған болса, онда әрбір айналу жүрісі де осы жазықтыққа бағытталады. Фокус неғұрлым тығыз болса, M1-де қабаттаспайтын дақтар соғұрлым көп болуы мүмкін және осылайша максималды жол ұзындығы соғұрлым жоғары болады.

Қазіргі уақытта Ақ жасуша көп таралған ұяшық болып табылады және көптеген артықшылықтар береді.[4] Мысалға,

  • Қозғалыс саны оңай басқарылады
  • Бұл үлкен саңылауға мүмкіндік береді
  • Ол жеткілікті тұрақты (бірақ Герриотт жасушасы сияқты тұрақты емес)

Ақ жасушалар жол ұзындығы бір метрден көп жүздеген метрге дейін жетеді.[5]

Герриотт жасушасы

Герриотт жасушасы - Өту санын өзгерту үшін D реттеңіз

Герриотт жасушасы алғаш рет 1965 жылы пайда болды Дональд Р. Херриотт және Гарри Дж.Шулте жариялады Бүктелген оптикалық сызықтар кезінде Bell Laboratories.[6] Герриотт жасушасы бір-біріне қарама-қарсы екі сфералық айнадан тұрады. Кіріс және шығыс сәулелерінің қуысқа кіруіне және шығуына мүмкіндік беру үшін айна біреуіне тесік өңделеді. Сонымен қатар, сәуле қарама-қарсы айнадағы тесік арқылы шығуы мүмкін. Бұл жағдайда Герриотт ұяшығы бірнеше айнадағы кіру және шығу тесіктерін қамтамасыз ете отырып, бірнеше жарық көздерін қолдай алады. Ақ жасушадан айырмашылығы, өтпелер саны екі айнаның арасындағы D арақашықтықты реттеу арқылы басқарылады. Бұл ұяшық сонымен қатар жиі қолданылады және оның кейбір артықшылықтары бар[4] ақ жасушаның үстінде:

  • Бұл ақ жасушадан гөрі қарапайым, тек екі айнасы бар, оларды орналастыру оңай және жасушаның механикалық бұзылуына аз сезімтал.
  • Ақ жасушадан гөрі тұрақты болуы мүмкін

Алайда, Herriot жасушасы жоғары сандық апертуралық сәулелерді қабылдамайды. Сонымен қатар, үлкенірек айналарды жол ұзындығы қажет болған кезде пайдалану керек.

Айналмалы көбейту ұяшықтары

Дөңгелек мультипассалық ұяшық - сәуле жұлдызша түрінде таралады. Жол ұзындығын idence түсу бұрышын өзгерту арқылы реттеуге болады.
Айналмалы көпқырлы ұяшық - сәуле жұлдыз үлгісінде таралады. Жол ұзындығын түсу бұрышын changing өзгерту арқылы реттеуге болады.

Мультипассалық жасушалардың тағы бір санаты, әдетте, шеңберлі көп қабатты шағылыстыру жасушалары деп аталады. Оларды алғаш Тома және оның жұмысшылары 1994 жылы енгізген.[7] Мұндай жасушалар айналардың дөңгелек орналасуына сүйенеді. Сәуле жасушаға бұрышпен еніп, жұлдыз тәрізді өрнек бойынша таралады (оң жақтағы суретті қараңыз). Дөңгелек мультипассалық ұяшықтардағы жолдың ұзындығын сәуленің түсу бұрышын реттеу арқылы өзгертуге болады. Артықшылық олардың тербелісі немесе температураның өзгеруі сияқты механикалық кернеулерге беріктігінде. Сонымен қатар, дөңгелек мультипассалық жасушалар олардың анықталу көлемінің аздығымен ерекшеленеді.[8]. Тұрақты сәуленің таралуы концентрлі емес айна орналасуын қалыптастыру үшін жеке шағылысу нүктелерін қалыптастыру арқылы жүзеге асырылады [9][10].

Ерекше жағдайда, түсу бұрышын үздіксіз реттеуге мүмкіндік беретін дөңгелек айна қолданылады. Бұл дөңгелек ұяшық конфигурациясының жетіспеушілігі - шағылыстырудың көп мөлшерінен кейін жетілдірілмеген бейнеге әкелетін концентрлі айнаның орналасуы.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Ақ; Титтел (2002). «Реттелетін инфрақызыл лазерлік спектроскопия». Химияның дамуы туралы жылдық есептер, С бөлімі. RSCPublishing. 98: 219–272. дои:10.1039 / B111194A.
  2. ^ «ҰЗЫН ЖОЛДЫҢ ГАЗДЫ ҰЯЛЫҚТАРЫ».
  3. ^ Ақ, Джон (1942). «Үлкен диафрагманың ұзын оптикалық жолдары». Американың оптикалық қоғамының журналы. 32 (5): 285. Бибкод:1942 ЖОССА ... 32..285W. дои:10.1364 / josa.32.000285.
  4. ^ а б Роберт, Клод (2007). «Өте ұзақ оптикалық жолдар үшін қарапайым, тұрақты және ықшам көп шағылысатын оптикалық ұяшық». Қолданбалы оптика. 46 (22): 5408–5418. Бибкод:2007ApOpt..46.5408R. дои:10.1364 / AO.46.005408. PMID  17676157.
  5. ^ Джон М.Чалмерс (1999). «4 тарау: Орта инфрақызыл спектроскопия». Процесті талдаудағы спектроскопия. «CRC Press» жауапкершілігі шектеулі серіктестігі. б. 117. ISBN  1-84127-040-7.
  6. ^ Герриотт, Дональд; Шулте, Гарри (1965). «Кешіктірілген оптикалық сызықтар». Қолданбалы оптика. 4 (8): 883–891. Бибкод:1965ApOpt ... 4..883H. дои:10.1364 / AO.4.000883.
  7. ^ Тома (1994). «Шокты түтіктердегі сіңіруді өлшеуге арналған көп шағылысатын жасуша». Шок толқындары. 4 (1): 51. Бибкод:1994 ShWav ... 4 ... 51T. дои:10.1007 / bf01414633. S2CID  122233071.
  8. ^ Тузсон, Бела (2013). «Лазерлік спектроскопияға арналған ықшам мультипассалық оптикалық жасуша». Оптика хаттары. 38 (3): 257–9. Бибкод:2013 ж. Опт ... 38..257Т. дои:10.1364 / ol.38.000257. PMID  23381403.
  9. ^ Граф, Мануэль (2018). «Жылжымалы лазерлік-абсорбциялық спектроскопияға арналған ықшам, дөңгелек және оптикалық тұрақты көп жолақты ұяшық». Оптика хаттары. 43 (11): 2434–2437. дои:10.1364 / OL.43.002434. PMID  29856397.
  10. ^ «IRcell-S - сіңіру маскасы жоқ көп жолақты ұяшық». Жылдам, кең жолақты және жоғары ажыратымдылықты екі тарақты спектрометрлер - IRsweep. 2019-12-10. Алынған 2020-10-05.