Opublikowano: 6.XH.1972 66484 KI. 42h,20/01 MKP GOlj 3/12 UKD Twórca wynalazku: Jan Jasny Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Chemii Fizycznej), Warszawa (Polska) Urzadzenie monochromatyzujace spektrofotometru Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie mono¬ chromatyzujace spektrofotometru, którego zródlem swiatla jest plamka swietlna przebiegajaca na ekranie lampy elektronopromieniowej.Znany jest spektrofotometr zawierajacy urza¬ dzenie monochromatyzujace wyposazone w lampe elektronopromieniowa, której ekran luminoforowy jest umieszczony w poblizu szczeliny wejsciowej ukladu optycznego. Na wprost szczeliny wejscio¬ wej znajduje sie element odbijajacy w postaci zwierciadla plaskiego ustawionego pod katem. Po¬ nadto znane urzadzenie monochromatyzujace ma zwierciadlo wklesle oraz ustawione na wprost zwierciadla jeden za drugim dwa pryzmaty, z któ¬ rych pryzmat drugi jest pryzmatem autokolima¬ cyjnym.Wiazka promieniowania punktowego zródla na powierzchni luminoforu (plamka swietlna) prze¬ suwajaca sie wzdluz szczeliny wejsciowej zostaje odbita od zwierciadla plaskiego, a nastepnie sku¬ piona w wiazke promieni równoleglych przez zwierciadlo wklesle. Po przejsciu wiazki przez pierwszy pryzmat nastepuje jej czesciowe roz¬ szczepienie, a po odbiciu i dalszym rozszczepieniu przez pryzmat autokolimacyjny, wiazka ponownie przechodzi przez pryzmat pierwszy i zostaje w nim dalej rozszczepiona. Wiazka ta kieruje sie nastep¬ nie na zwierciadlo wklesle, które skupia ja w szczelinie wyjsciowej. 15 20 25 30 2 Wskutek przesuwania sie plamki swietlnej wzdluz szczeliny wejsciowej ruchem postepowo- zwrotnym, kazdemu polozeniu plamki w szczelinie wejsciowej odpowiada scisle okreslona dlugosc fali promieniowania, przepuszczanego przez szczeline wyjsciowa urzadzenia monochromatyzujacego. Cal¬ kowitemu przejsciu plamki swietlnej od kranca do kranca ekranu lampy elektronopromieniowej odpowiada pelne rozwiniecie widma, w granicach dlugosci fali okreslonych przez wlasnosci lumi¬ noforu.Wada znanego urzadzenia monochromatyzujacego jest mala jego zdolnosc rozdzielcza. Spektralna zdolnosc rozdzielcza zalezy bezposrednio od sto¬ sunku, szerokosci plamki swietlnej do dlugosci toru, po którym plamka ta przebiega, a wiec zalezy od srednicy lampy elektronopromieniowej.Ograniczenie dlugosci toru do rozmiarów ekranu lampy powoduje, ze przy okreslonych wymiarach plamki swietlnej, spektralna zdolnosc rozdzielcza monochromatora jest tym mniejsza, im wiekszy jest zakres przemiatanego widma.Celem wynalazku jest zwiekszenie spektralnej zdolnosci rozdzielczej spektrofotometru bez ko¬ niecznosci zwiekszania geometrycznych rozmiarów ekranu stosowanych dotychczas lamp elektrono¬ promieniowych.Cel ten zostal osiagniety w urzadzeniu wedlug niniejszego wynalazku przez to, ze zwierciadla wklesle dwu zastosowanych w urzadzeniu mono- 66 48466 484 chromatorów sa ustawione naprzeciw siebie w od¬ leglosci równej sumie ich ogniskowych, przez co zwierciadla te maja jedna, wspólna plaszczyzne ogniskowa i w tej plaszczyznie sa ustawione ekran lampy elektronopromieniowej, szczelina przegra¬ dzajaca oba -monochromatory oraz szczelina wyj¬ sciowa, zas tor przebiegu plamki swietlnej jesjL dla poszczególnych, jednorazowo przemiatanych zakresów widmowych, ; usytuowany na róznych wysokosciach ekranu lampy elektronopromienio¬ wej. Zgodnie z wynalazkiem plaszczyzna rozszcze¬ piania -r*siatki\ dyfrakcyjnej pierwszego monochro¬ matora oraz powierzchnia zwierciadlana pryzmatu drugiego monochromatora korzystnie sa ustawione w plaszczyznie ogniskowej, wspólnej dla obu zwierciadel.Korzyscia techniczna takiego rozwiazania jest rozciagniecie na caly ekran mozliwie waskiego obszaru widmowego, a przez zwiekszenie ilosci alternatywnych torów- przebiegu plamki" swietlnej stworzona zostaje mozliwosc uzytkowania urza¬ dzenia monochromatyzujacego w dowolnie szero¬ kim zakresie widmowym. Spektralna zdolnosc roz¬ dzielcza dla calego uzytecznego zakresu widmo¬ wego zwieksza sie wiec tylokrotnie, na ile torów podzielony zostal ten zakres, przy zalozeniu nie¬ zmiennych rozmiarów plamki swietlnej.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku,' na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urzadzenie monochro- matyzujace w przekroju podluznym, z zaznaczo¬ nymi osiami przebiegu wiazki swiatla przy usytu¬ owaniu toru plamki swietlnej w dolnej czesci ekranu lampy elektronopromieniowej, fig. 2 przed¬ stawia to samo urzadzenie z zaznaczonymi osiami przebiegu wiazki swiatla, lecz przy usytuowaniu toru plamki swietlnej w górnej czesci ekranu, natomiast fig. 3 przedstawia widok ekranu lampy elektronopromieniowej z przykladowym emitowa¬ niem plamki swietlnej po torach usytuowanych w górnej, srodkowej i dolnej czesci ekranu.Urzadzenie monochromatyzujace wedlug wyna¬ lazku sklada sie zasadniczo z lampy elektrono¬ promieniowej 1 jako zródla swiatla oraz z dwóch monochromatorów, z których pierwszy jest mono- chromatorem siatkowym, drugi zas monochroma- torem pryzmatycznym. Oba monochromatory za¬ opatrzone sa w zwierciadla wklesle 2 i 3, a szcze¬ lina wyjsciowa 4 monochromatora siatkowego jest jednoczesnie szczelina wejsciowa monochromatora pryzmatycznego.Istotnym wedlug wynalazku jest fakt, ze zwier¬ ciadla wklesle 2 i 3 obu monochromatorów maja jedna, wspólna plaszczyzne ogniskowa F — F i ze w plaszczyznie tej znajduja sie: ekran lampy elektronopromieniowej 1, szczelina 4 wspólna dla obu monochromatorów oraz szczelina wyjsciowa 5 monochromatora pryzmatycznego, która jest szcze¬ lina wyjsciowa urzadzenia monochromatyzujacego.Utworzenie wspólnej plaszczyzny ogniskowej F —F dla zwierciadel 2 i 3 powoduje, ze zwierciadla te tworza obraz siatki dyfrakcyjnej 6 w plaszczyznie, w której znajduje sie pryzmat 7. W przypadku szczególnym, siatka dyfrakcyjna 6 i pryzmat 7 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 moga lezec w plaszczyznie zwierciadel.Takze istotnym wedlug wynalazkuj jest emito¬ wanie ruchomej plamki swietlnej po jednym tylko torze, lecz alternatywnie wybieranym na róznych wysokosciach ekranu lampy elektronopromienio¬ wej 1. Zmiane usytuowania toru plamki swietlnej uzyskuje sie znanym sposobem, przez zmiane wiel¬ kosci potencjalu przykladanego do ukladu odchy¬ lania pionowego lampy. ¦''."¦¦¦" W omawianym przykladzie wykonania urzadze¬ nia monochromatyzujacego wybrano, dla przejrzy¬ stosci, trzy usytuowania torów: w górnej,t srodko¬ wej i dolnej czesci ekranu (fig. 3), Tory przebiegu plamki swietlnej nachylone sa pqd, pewnym ka¬ tem, przez co widmo przemiatane w jednym;torze zachowuje swoje usytuowanie wzgledem szczeli¬ ny'5, niezaleznie od zdolnosci dyspersyjnych pryz¬ matu 7. Przelaczanie torów, a przez to zmiane podzakresów przemiatanego widma, korzystnie jest prowadzic skokowo, przykladowo przelacznikiem wielopozycyjnym. Omawiany przyklad wykonania dotyczy tez przypadku, gdy poszczególne podza- kresy czesciowo na siebie zachodza. Uzyskano to przez taki dobór odstepów miedzy torami, przy którym koniec wyzszego toru jest nieco nizej od ^poczatkutoru nizszego. ~ Dzialanie urzadzenia monochromatyzujacego opi¬ sano nizej.Plamka swietlna, przebiegajaca na ekranie lam¬ py elektronopromieniowej 1 np. wzdluz toru dol¬ nego, wysyla rozbiezna wiazke swiatla o osi 0l9 która to wiazka po odbiciu sie od zwierciadla wkleslego 2 staje sie wiazka równolegla o osi 02 i pada na siatke dyfrakcyjna 6. Siatka 6 rozszcze¬ pia swiatlo na rodzine wiazek równoleglych o róz¬ nej dlugosci fali X. Wiazki te, po odbiciu sie po¬ nownie od zwierciadla 2, tworza w plaszczyznie ogniskowej F — F obraz widma pierwszego, dru¬ giego, trzeciego itd. rzedu interferencji. Obrazy te sa nalozone na siebie i maly ich wycinek zostaje przepuszczony przez szczeline 4.Ruch plamki swietlnej na ekranie lampy 1 po¬ woduje, ze obrazy widm przesuwaja sie wzgledem szczeliny 4, czyli ze dlugosc fali swiatla przepu¬ szczanego przez szczeline 4 zmienia sie w czasie.W okreslonej chwili na szczeline 4 pada wiazka swiatla rozchodzaca sie przykladowo po osiadach 08 i 04, o dlugosci fali Xx w pierwszym rzedzie interferencji. W tej samej chwili przez szczeline 4 przechodzi takze swiatlo tworzace widma wyzsze¬ go rzedu interferencji, czyli swiatlo o dlugosciach Xx Xx Xx fali —, —, — itd. 2 3 4 Swiatlo przepuszczone przez szczeline 4 rozcho¬ dzi sie jako wiazka rozbiezna 05 i pada na zwier¬ ciadlo wklesle 3 monochromatora pryzmatycznego.Odbita od zwierciadla 3 wiazka równolegla 06 wchodzi do pryzmatu 7 monochromatora i odbija sie od jego powierzchni zwierciadlanej. Pryzmat 7 rozszczepia swiatlo w plaszczyznie prostopadlej do plaszczyzny rozszczepiania siatki dyfrakcyjnej 6.Z pryzmatu 7 wychodzi kilka monochromatycz¬ nych wiazek równoleglych, których osie 07, 08 i 09 sa nachylone pod róznymi katami wzgledem osi66 484 symetrii monochromatora pryzmatycznego. Jedna z tych wiazek, na przyklad wiazka o osi 07 i dlu¬ gosci fali lx, odbija sie od zwierciadla 3 i wpada, jako wiazka zbiezna 010, w otwór szczeliny wyj¬ sciowej 5. Inne wiazki, o osiach 0n i 012, przykla- lx lx dowo o dlugosci fali —; — skupiaja sie nad szcze- 2 3 lina 5, wskutek czego ulegaja wygaszeniu. Wy¬ chodzaca z urzadzenia monochromatyzujacjego wiaz¬ ka swiatla o osi 010 przechodzi do dalszej czesci spektrofotometru, gdzie przeswietlaj bad&na sub¬ stancje. '¦ ',.„•"'* W innym przypadku, gdy plamka:swietlna prze¬ biega na ekranie lampy 1 wzdZu^ftoru górnego (fig. 2), jej swiatlo rozchodzi, sie ..wydluz* osi 0\, 0'2, 0*3, 0*4, 0'5, 0'6 i pada 'na pryzmat 7fc monochroma¬ tora pod innym katem. Wówczas po osiadacj* 0'fl ¦•¦¦¦-¦¦' - -;/¦* - • lx '¦'• ¦ — i 0'12 rozchodzi sie swiatlo; o dlugosci fali —, wy- gaszeniu natomiast ulegna wiazki swiatla o dlu-~ ax ' * ¦•¦.::....; gosci fali lx i —. Mozna stwierdzic, ze ruch 2 ..';-" plamki swietlnej wzdluz toru dolnego spowo¬ duje zmiane wartosci lx w czasie, rozwijajac w ten sposób widmo pierwszego rzedu interfe¬ rencji; ruch plamki wzdluz toru srodkowego lx spowoduje zmiane wartosci — i rozwiniecie wid- 2 ma drugiego rzedu, zas ruch plamki swietlnej lx wzdluz toru górnego spowoduje zmiane wartosci — 3 10 30 i rozwiniecie widma trzeciego rzedu. W przy¬ padku wiekszej niz trzy ilosci torów, wskazane zaleznosci ulegna odpowiednim zmianom. PL