Исследование методов улучшения характеристик многоканальных спектрометров для атомно-эмиссионного анализа
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
руктурная схема анализатора МАЭС приведена на рис.2.12
Анализатор МАЭС является средством измерения интенсивности спектральных линий. Он включен в Реестр измерительных приборов РФ.
Качество анализа во многом определяется характеристиками ТДИ используемых в анализаторах МАЭС. Поэтому при производстве серийных и создании новых ТДИ для анализаторов МАЭС осуществляется контроль их характеристик, таких как темновой сигнал, темновой ток, чувствительность (на длине волны 630 нм), шум и память. При этом идет процесс постоянного улучшения характеристик ТДИ за счет совершенствования технологии их изготовления. Наряду с положительным эффектом этот процесс может приводить к неожиданным отрицательным результатам.
Так, например, хороший результат - уменьшение темнового тока ТДИ, достигнутое в одной из партий изменением в технологии изготовления, сопровождался потерей чувствительности ТДИ в УФ области спектра при длинах волн меньших 230 нм.
Причем этот факт был обнаружен только в процессе применения соответствующего анализатора МАЭС. Поэтому возникла задача создания установки для измерения квантовой эффективности (КЭ) (или спектральной чувствительности) ТДИ во всём спектральном диапазоне атомно-эмиссионного анализа 160-900 нм. Измерению квантовой эффективности должен подвергаться хотя бы один ТДИ из каждой партии ТДИ, вышедшей из производства (все ТДИ из одной партии проходят один технологический маршрут).
3.Исследование характеристик вогнутых дифракционных решёток
.1Теория вогнутой дифракционной решётки
.1.1Общие сведения
Рассмотрим более подробно теорию вогнутой дифракционной решётки. Направления главных максимумов интерференции пучков, дифрагированных на вогнутой решётке, определяются формулой, аналогичной для плоской отражательной решётки
(3.1)
где - число штрихов на мм; - угол падения луча АО (нулевого луча) на решётку; - угол дифракции для этого луча. Можно доказать, что кривая фокусировки пучков, дифрагированных на вогнутой решётке, является окружностью с радиусом, равному половине радиуса кривизны решётки (окружность Роуланда).
Формула (1) определяет направление луча дифрагированного в вершине О вогнутой решётки - нулевого дифрагированного луча (см. рис. 3.1). Для лучей той же длины, исходящих из той же точки А, но падающих на другие участки поверхности решётки углы и будут иными, и, в общем случае, дифрагированные лучи (то есть направления интерференционных максимумов различных пучков) не сходятся в одной точке. Это значит, что вогнутая решётка обладает аберрациями.
Разрешающая способность вогнутой решётки даётся формулой:
(3.2)
где - ширина решётки, - порядок спектра (в нашем случае =1), - число штрихов на единицу длины. Однако, увеличить разрешающую способность вогнутой решётки путём увеличения ширины не удастся, так как существует оптимальная ширина вогнутой решётки. Она определяется как максимальная ширина вогнутой решётки, при которой её разрешающая способность не уступает плоской решётке. Для каждой длины волны ? можно указать размер решётки при котором она обладает максимальной возможной разрешающеё способностью. При дальнейшем увеличении размеров решётки разрешающая способность падает. Можно показать [7], что
(3.3)
Например, для решётки, обладающей следующими параметрами: R=1м, =26, =0 и используемой в области ?=200 нм получаем ?5см.
3.1.2Нормальная ширина щели
Каждая дифракционная решётка характеризуется своей аппаратной функцией, то есть зависимостью ширины изображения входной щели от ширины самой щели. Интересно найти зависимость ширины изображения щели от ширины входной щели . В [6, стр.29] такая зависимость найдена (см. рис.3.2). Пропорциональность между и наблюдается лишь при широких щелях. Уменьшение приводит к уменьшению лишь до определённых значений ширин . При дальнейшем уменьшении ширины щели (<) ширина изображения остаётся постоянной и происходит лишь уменьшение освещённости изображения. Величина называется нормальной шириной входной щели. Нормальная ширина щели это такая величина входной щели, когда её геометрическое изображение в фокальной плоскости прибора равно центральной части главного дифракционного максимума в этой же плоскости. При ширине щели меньше нормальной, изображение, образующееся в фокальной плоскости уже не является собственно изображением входной щели, а определяется дифракцией на апертурной диафрагме спектрального прибора. Нормальная ширина входной щели определяется параметрами прибора и равна
где -фокусное расстояние коллимирующего объектива (радиус кривизны вогнутой дифракционной решётки), - ширина диафрагмы (высота вогнутой дифракционной решётки). Ширина изображения щели не может стать меньше дифракционного предела. Поэтому, стремясь получить линии как можно тоньше, бесполезно использовать входную щель меньше нормальной.
Оценим для решёток МФС-8 и ВМК-1:
)МФС-8: =30мм, =1м, . Тогда =6,7 мкм
)ВМК-1: =50мм, =1м, . Тогда =4 мкм
То есть, для того, чтобы не потерять в интенсивности линий нужно брать ширину входной щели заведомо больше , например 15 мкм.
3.1.3Астигматизм
Вогнутая решётка образует два изображения одной точки, расположенные на одном и том же направлении. Это свидетельствует о том, что вогнутая решётка обладает астигматизмом. Точный расчёт показывает, что один из фокальных ас?/p>