ábra. Emissziós színképelemző berendezés blokkvázlata

6.4.ábra. Emissziós színképelemző berendezés blokkvázlata

Az alábbiakban röviden tárgyaljuk a különböző mintabeviteli, atomizálási és gerjesztési módszereket.

6.1.1.3. A mintabevitel különféle módszerei

Az alkalmazandó mintabeviteli módszereket alapvetően meghatározza az elemezendő minta halmazállapota. A gyakorlatban túlnyomórészt folyékony és szilárd halmazállapotú, - elektromosan vezető és nemvezető, - mintákat kell elemezni.

A folyékony halmazállapotú mintákat, az ún. hideggőz technika és hidridképzésen alapuló módszer kivételével ma már kizárólag porlasztással juttatjuk be a vizsgálótérbe. A legegyszerűbb, - és ugyanakkor a legrosszabb hatásfokú, - módszer az ún. pneumatikus porlasztás. Jóval jobb hatásfokú, azonban drágább, és gondosabb kezelést kívánó mintabeviteli eszköz az ultrahangos porlasztó. Legjobb hatásfokkal rendelkezik, de egyben a legdrágább és leggondosabb bánásmódot igénylő berendezés a nagynyomású hidraulikus porlasztó.

Az elektromosan vezető szilárd mintákat (fémeket, ötvözeteket) többnyire elektromos ív, illetve szikra segítségével elpárologtatva juttatjuk be a minta-térbe. A magas hőmérséklet miatt az elpárologtatással egyidejűleg az atomizálás (sőt ionok is képződnek) és a gerjesztés is lejátszódik.

Nemvezető szilárd anyagok esetében az egyik lehetőség, hogy megfelelő kémiai előkészítési módszer alkalmazásával oldatba visszük a mérendő mintát, és a folyadékok esetében alkalmazott eljárásokkal visszük be őket. Ez a módszer alkalmazható fémes anyagok esetében is, azonban az oldatba-vitelhez (néha hosszú) idő szükséges, ez sokszor hátrányként jelentkezik. A nemvezető anyagok esetében alkalmazott másik lehetőség nagyenergiájú lézer sugárzás alkalmazása (elpárologtat, atomizál és gerjeszt is), illetve az ömledék-képzés, préselés röntgen-emissziós módszerek alkalmazása esetén.

134 6.1.1.4. Az atomizálási és gerjesztési módszerek

A mintabeviteli eljárások ismertetésénél már láttuk, hogy vannak olyan technikák, amelyek több feladatot is ellátnak. A legtöbb az atomizálásra alkalmazott módszer egyúttal gerjesztett állapotba is viszi a létrehozott atomokat, ionokat, ezért a két folyamatot együtt tárgyaljuk.

Mivel a vizsgálandó anyagokban az atomok szinte kivétel nélkül molekulák részeként, illetve kristályrácsban találhatók, az atomizáláshoz energiát kell közölni az anyaggal. Az energiát leggyakrabban hőenergia formájában alkalmazzuk. Erre több lehetőség is létezik. Megfelelő összetételű gázlángok alkalmazásával 1800 – 3000 ^oC hőmérséklet biztosítható, de különleges összetételű lángokkal akár 5000 ^oC is elérhető. A lángok alkalmazásának előnye a viszonylag egyszerű atomizáló berendezés, - gyakorlatilag egy megfelelően kialakított gázégő, - hátránya, hogy vannak anyagok melyek nem, vagy nem teljesen bomlanak atomokra a lángokban, és a lángok energiája többnyire csak az alacsonyabb gerjesztési energiát igénylő átmenetekhez elegendő, tehát a lángokkal nyerhető színkép kevés használható színképvonalat tartalmaz, és az elérhető kimutatási határ gyakran nem kielégítő.

A termikus kölcsönhatáson alapuló gerjesztési mód esetén a sugárforrás a kibocsátott fény-teljesítmény (egységnyi idő alatt kibocsátott fényenergia és a sugárforrás paraméterei, valamint az adott színképvonalhoz tartozó gerjesztési energia között az alábbi összefüggés áll fenn:

P = AVN

₀

g

_n

e

^{-(∆∆∆∆E/kT)} (6.6) P : az adott vonalon egységnyi idő alatt kibocsátott fényenergia

A: műszerállandó

V: a plazma/láng térfogata N0: a részecskék száma

gn: anyagi minőségre jellemző állandó

∆E: a színképvonal gerjesztési energiája k: a Boltzmann állandó

T: az abszolút hőmérséklet

Eszerint adott készülék esetén egy színképvonalon időegység alatt kibocsátott fényenergia (ami arányos a fényintenzitással) annál nagyobb, minél kisebb a gerjesztésre szolgáló tér térfogata és az átmenet gerjesztési energiája, illetve minél nagyobb az adott elem atomjainak száma (minél jobb a mintabevitel és az atomizálás hatásfoka), és minél magasabb a hőmérséklet.

135 6.1.1.4.1. Ív-, illetve szikragerjesztés

Fémek, fémötvözetek atomizálásának régóta alkalmazott módszere az elektromos ív-, illetve szikrakisülés alkalmazása. Az előbbivel általában 5000 K körüli, az utóbbival ettől lényegesen magasabb, 8000 – 15000 K hőmérséklet érhető el. Ívkisülésként kezdetben egyenáramú ívet, később pedig váltóáramú ívet alkalmaztak. Szikrakisülés esetében mind egyenáramú, mind pedig váltóáramú kisülést alkalmaznak. Mindkét módszer esetén léteznek vezérelt, illetve vezérlés nélküli eljárások. Ma már kizárólag elektronikusan vezérelt, segéd-szikraközzel ellátott berendezéseket használnak. A korábban a gerjesztés levegőben történt, később általánossá vált a nemesgáz, gyakorlatilag kizárólag argon-atmoszférában történő gerjesztés. A levegőben lévő oxigén ugyanis oxidálta a próbatestek felületét, a nedvesség jelenléte pedig a zavaró OH-sávok megjelenéséhez vezetett a színképekben, valamint levegőben nagyobb mértékű vonalkiszélesedést tapasztaltak. Az argonöblítés következtében megszűntek ezek a zavaró hatások.

Ívkisülés esetén a megoldandó feladat az analitikai elektróköz, - 3 – 6 mm, - vezetővé tétele, hogy az alacsony feszültségű ív (110 – 220 V) égését biztosítsuk.Ennek érdekében gyakran alkalmazzák az alábbi ábrán látható megoldást: A gerjesztőben szerepel egy biztonsági leválasztó-transzformátor, ennek szekunder tekercse egy kondenzátort tölt. A reprodukálható párologtatási és gerjesztési körülmények biztosítása miatt nagyon fontos hogy az ívkisülés csak az ívfeszültség egy meghatározott értékénél induljon be. Erre szolgál a segédszikra-köz. Ez megakadályozza, hogy az ívkisülés spontán meginduljon a munkaáramkörön át. A segédszikra-közre csatlakozik egy légmagos nagyfrekvenciás nagyfeszültségű transzformátor, - ún. Tesla transzformátor, - szekunder tekercse. Ennek primer tekercse egy impulzus generátorra csatlakozik, mely állítható kitöltési tényezőjű impulzusokat állít elő. A megjelenő impulzus hatására a szekunder tekercsen egy nagyfeszültségű impulzus jelenik meg, amely átüti, ionizálja a segédszikra-közt, annak ellenállása kicsi lesz, így a munkaáramkör, azaz a töltőkondenzátor feszültsége megjelenik az analitikai szikra-közön és megindul az ívkisülés. Az ív égése addig tart, amíg az analitikai szikra-köz feszültsége az ív égési feszültsége alá nem csökken. A következő periódusban az impulzus-generátor újból begyújtja az ívet. A töltőkondenzátor analízis szikra-közön történő kisülése gyakran sorba kapcsolt ellenálláson, illetve tekercseken keresztül történik.

A töltő-, illetve kisülési áramkörben szereplő kondenzátor kapacitásától és a soros ellenállás valamint induktivitás értékétől függően az ív keményebb, - a szikrakisüléshez hasonló, illetve lágyabb lehet. Az elektronikus vezérlésnek köszönhetően az begyújtása tökéletesen szinkronizálható a töltőáram fázisához. Egy elektronikus vezérlésű ívgerjesztő blokkvázlata látható a 6.5.ábrán. Az analitikai szikraközt a vizsgálandó minta, és az azzal szembekapcsolt

„ellenelektród” képezi, ennek anyaga általában ún. színképtiszta C vagy W.

136

6.5.ábra. Elektronikus vezérlésű ívgerjesztő (Szpektr) blokkvázlata. I.: áramellátó és vezérlő egység, II.: kisfeszültségű rész (munkaáramkör), IPG: impulzus generátor, C : a gyújtóáramkör

kondenzátora, Tr: Tesla transzformátor, ASZ: analitikai szikraköz, VSZ: vezérlő szikraköz

Az ívgerjesztéssel nyerhető színképek, - a szikrakisüléshez képest alacsonyabb hőmérséklet következtében, - nagyon sok atomvonalat és kevesebb ionvonalat tartalmaznak túlnyomórészt az ultraibolya (200 – 400 nm) és a látható színkép rövid hullámhosszúságú tartományában (400 – 500 nm).

Az alacsonyabb hőmérséklet következtében a kisülés folyamán a minta alkotói nem egyforma mértékben párolognak, a magasabb forráspontú elemek párolgási sebessége kisebb, a fém/ötvözet főkomponenseinek párolgási tulajdonságai jelentős hatással vannak a többi elem párolgására is. Mivel a párolgás eredményeként keletkeznek a szabad atomok, a vizsgált elem elemzővonalán mérhető fényintenzitás is függ a párolgási viszonyoktól, azaz jelentős elemközi, illetve mátrix-hatás fellépésével kell számolni ívgerjesztés esetén. Ez az ún. „leívelési” hatás, a szikrakisüléseknél „leszikrázási hatás” lép fel a frakcionált elpárolgás időfüggése miatt.

A szikrakisüléshez képest az ív alkalmazása esetén nagyobb mértékű a minta melegedése és több anyag fogy a gerjesztési folyamat során.

Az ív munkafeszültsége a hálózati feszültségtől jóval alacsonyabb, - 42 V, sőt 24 V is, - lehet, ez nagy előnyt jelent hordozható készülékek esetén, hiszen ilyenkor előfordulhat, hogy a helyszín nem felel meg a nagyobb munkafeszültség alkalmazásához szükséges érintésvédelmi követelményeknek.

A szikrakisülésen alapuló gerjesztők elektromos áramkörei hasonlóak az ívgerjesztésnél bemutatottakhoz, a legnagyobb különbség, hogy a szikrakisülés energiáját a töltőáramkörben lévő kondenzátorban tárolt energia fedezi (

E

sz

= C*U

²

/2.

) Ez természetesen nagyobb kapacitású

137

kondenzátorok, vagy magasabb munkafeszültség alkalmazását teszi szükségessé. Korábban akár több kV munkafeszültséget is alkalmaztak, ma már kizárólag kis-, (300 – 400 V) illetve középfeszültségű (700 – 800 V) szikragerjesztőket használnak, azaz a szükséges energiát megfelelően nagykapacitású kondenzátorok segítségével biztosítják.

Ennél a gerjesztési módszernél még inkább fontos a kisülés precíz időzítése, ezért ma már gyakorlatilag csak elektronikusan vezérelt gerjesztőket építenek. Itt is megtalálható a segédszikra-köz a kisülési áramkörben, és a gyújtás az elektronikusan vezérelt ívhez hasonlóan egy impulzusgenerátor segítségével nagyfeszültségű, nagyfrekvenciás transzformátoron keresztül történik. Itt is van lehetőség induktivitás bekapcsolására a kondenzátor kisütő áramkörébe, hogy a szikrakisülés időben hosszabb és „lágyabb” legyen. A töltőáramkörben gyakran egyenirányítás után, ún. lüktető egyenárammal töltik a kondenzátort. Kétutas egyenirányítással ilyen módon 100 Hz gerjesztési frekvenciát kapunk, azaz másodpercenként 100 alkalommal töltődik fel-, és sül ki a töltőkondenzátor. A tapasztalatok szerint a magasabb üzemeltetési frekvencia kedvező, csökkenti az elemközi és mátrix hatásokat. Modern elektronikai eszközök alkalmazásával, - kapcsoló üzemű táplálással, - van lehetőség magasabb gerjesztési frekvencia, 400 Hz, illetve 1000 Hz alkalmazására is. Egy szikragerjesztő egyszerűsített elvi kapcsolása látható a 6.6 ábrán.

A szikrakisüléssel történő atomizálás és gerjesztés több előnyös tulajdonsággal is rendelkezik az ívgerjesztéssel szemben.

Segítségével nagyobb energiát közölhetünk a vizsgálandó próbatesttel, és ezért a kisülés helyén magasabb hőmérséklet érhető el, ami jelentősen csökkenti a főkomponensek párolgásra gyakorolt hatását, kiegyenlíti a párolgási viszonyokat, ezért jelentősen kisebbek a mérés során fellépő elemközi-, és mátrix hatások.

A magasabb hőmérséklet másik hatása hogy a vonalakban gazdag színképben az ívgerjesztéshez képest jóval nagyobb lesz az ionvonalak és a nagyobb gerjesztési energiát igénylő, a vákuum-ultraibolya színképtartományba eső vonalak száma és intenzitása. Ez lehetővé teszi néhány, a fémelemzésben nagyon fontos elem, - C, S, P, N, - meghatározását is.

Kisebb mértékű az anyagfogyás és a próbatest melegedése. Hátrányként megemlíthetjük, hogy 115 V-nál alacsonyabb munkafeszültség alkalmazása esetén már nagyon nagy kapacitású kondenzátorokra lenne szükség szikragerjesztéshez, ezzel összhangban a gyakorlatban ívgerjesztést elsősorban akkor alkalmaznak, ha követelmény az alacsony munkafeszültség.

138

6.6.ábra. Szikragerjesztő egyszerűsített elvi kapcsolási rajza, Rt: a töltőáramkör ellenállása, Rk: a kisütő áramkör ellenállása, C: a töltőáramkör kondenzátora, L: a kisütő áramkör önindukciója, SZ:

szikraköz 6.1.1.4.2. Induktív-csatolt plazma (ICP)

Fémek és fémötvözetek elemzésére az ív-, illetve szikragerjesztés kiválóan alkalmas, nem használható azonban elektromosan nem vezető minták esetén, illetve ha a minták alakja, szerkezete, mennyisége nem teszi lehetővé alkalmazásukat.

Ilyen esetekben, és nemfémes jellegű minták elemzésénél rendkívül jól használható gerjesztési és atomizálási módszer az induktív-csatolt plazma. Ez a módszer elsősorban folyékony halmazállapotú minták elemzésére szolgál, azonban léteznek kiegészítő berendezések, melyek segítségével fémekből/ötvözetekből szikrakisülés segítségével aeroszolokat hozunk létre és a plazmába bevezetve történik az elemzés.

A plazmaállapot az anyagnak egy a földi körülmények között speciális, - bár egyáltalán nem ritka, - állapota, melyben a részecskék (atomok, ionok molekulák) között a közönséges gáz halmazállapothoz hasonlóan a távolság nagy és a kölcsönhatások nagy része ütközésekkel jellemezhető. A legfontosabb különbség a gázokhoz képest, hogy a nagy energiával rendelkeznek (ez sokszor nagy hőmérsékletet jelent), és elektromosan vezetők, mert töltéssel rendelkező részecskéket, ionokat, elektronokat tartalmaznak. Plazmaállapotú a csillagok anyaga, vagy pl. a Földön zivatarok során előforduló villám, az elektromos ív és szikra is. Mivel energiában gazdagok, sok nagy energiájú (gerjesztett állapotú) atom, ion található bennük, és fényt bocsátanak ki, amely túlnyomórészt az alkotóikra jellemző színképvonalakból áll.

Földi körülmények között a plazmák élettartama rövid, de ha biztosítjuk a fenntartásukhoz szükséges energiát, huzamosabb ideig is létezhetnek. Az energia-bevitel többféle módon is biztosítható, egyik módja nagyfrekvenciás energia segítségével történik. A nagyfrekvenciás technikában az energia-bevitelt csatolásnak nevezik. Alapvetően kétféle módja van: elektromos erőtér és kondenzátorok segítségével, ez a kapacitív-csatolt plazma, valamint mágneses tér és tekercs segítségével, ez az induktív-csatolt plazma. A kapacitív-csatolt plazma segítségével nyert

139

színképek kevésbé vonalgazdagok, a vonalak intenzitása kisebb, mert jelenleg kisebb az az energiamennyiség, amelyet ilyen módon tudunk közölni az elemezendő mintával.

Az induktív-csatolt plazma gerjesztés során a plazma egy plazmaégőben alakul ki, plazmagázként valamilyen nemesgáz (leggyakrabban argon), esetleg nitrogén alkalmazható. A plazmaégő (torch) 3 db. egymásba-tolt kvarc csőből áll. A legbelső csőben áramlik a plazmagázzal elkevert oldatköd, a középső csőből kiáramló gázáramban alakul ki a plazma, a külső csőből kilépő gáz hűtés céljára szolgál. A kialakuló plazma hőmérséklete 6000 10 000 K, ez szinte pillanatok alatt megolvasztaná a kvarc plazmaégőt, ennek elkerülésére szolgál a hűtőgáz-áram. A plazmafenntartásához szükséges nagyfrekvenciás energiát a plazmaégőt körülvevő 2 – 3 menetes tekercs segítségével csatoljuk be a plazmába. Az alkalmazott frekvencia 27, illetve 40 MHz. A plazma begyújtása egy nagyfeszültségű transzformátor segítségével történik. A plazma alkalmazásának fontos követelménye az energia-bevitel állandó szinten történő tartása, ez rendkívül szigorú követelményeket támaszt a nagyfrekvenciás teljesítményerősítővel és az erősítő, illetve a plazma impedancia-illesztésével szemben.

A plazma hőmérséklete az ívgerjesztésre és a szikragerjesztésre jellemző érték közé esik.

Ezt tükrözi a nyerhető színkép is, vonalban gazdag, az ívgerjesztéshez viszonyítva több, a szikrához képest kevesebb az ionvonalak száma. Fontos sajátosság, hogy a nagyenergiájú, rövidhullámhosszú (vákuum UV) vonalak már kielégítő intenzitással jellemezhetők.

Az elemközi-, és mátrix hatásokat illetően az ICP egy figyelemre-méltó sajátossággal rendelkezik: a magas plazmahőmérséklet miatt minden vegyület atomjaira bomlik, az atomizálás az ICP plazmában gyakorlatilag teljes, ez minimalizálja az elemközi és mátrix hatásokat. A tiszta kémiai zavaró hatás az ICP-ben rendkívül ritka, általában inkább csak a mintabevitelhez kapcsolódó fizikai zavaróhatásokkal kell számolni.

6.1.1.4.3. N-LTE plazmák

Az eddig tárgyalt atomizálási és gerjesztési módszerek teljesítőképessége többé-kevésbé jellemezhető az elérhető hőmérséklettel. Jóllehet mindegyik ismertetett módszerben egy dinamikus anyagi rendszert alkalmazunk, legalább a rendszer elemi egységei esetében feltételezhető a termikus egyensúly, azaz (elemi) helyi szinten termikus egyensúly van, ezek az ún. LTE rendszerek.

Gerjesztésre és atomizálásra olyan módszereket is alkalmazunk, amelyeknél még a rendszer elemi egységeinél sem beszélhetünk termikus egyensúlyról, azaz ezekben még lokális termikus egyensúly sem létezik, ezek az ún. NLTE rendszerek.

140 6.1.1.4.3.1. Gerjesztés lézer alkalmazásával

A monokromatikus lézersugárzás optikai eszközök segítségével igen jól fókuszálható és ennek következtében nagyon kis felületre nagy energia jut, ami a szilárd próbatestet helyileg megolvasztja, elpárologtatja és a létrehozott atomok, ionok jelentős részét gerjeszteti is. A gyakorlatban lézer impulzusokat alkalmazunk. A bevitt energia a főkuszáláson túlmenően az impulzusok időtartamával és ismétlődési frekvenciájával szabályozható a lézerforrás teljesítménye által meghatározott korlátok között.

A lézer által létrehozott (indukált) plazmából kilépő sugárzás sok nagy gerjesztési energiát igénylő vonalat is tartalmaz, azonban a megjelenő vonalak intenzitása változik az impulzus lecsengése után eltelt idő függvényében is. Ez egyértelműen arra vezethető vissza, hogy a plazma az impulzusok közötti szünetekben fokozatosan hűl, hőmérséklete csökken, ezért a csökken az ionok mennyisége a plazmában és csökken nagy gerjesztési energiát igénylő vonalak intenzitása is. Az alacsony gerjesztési energiájú vonalak intenzitása kevésbé csökken, sőt az atomok számának növekedése miatt ideiglenesen akár nőhet is.

Jól reprodukálható mérésekhez, a fentiek miatt fontos lehet az intenzitás mérési periódus precíz megválasztása is. Ez megfelelő elektronikus áramkörök segítségével könnyen kivitelezhető.

6.1.1.4.3.2. Ködfénykisülés (Glow discharge, Glimmentladung)

A ködfénykisülés (a továbbiakban GD) a kisnyomású, alacsonyhőmérsékletű

gázkisülések csoportjába tartozik. A kisnyomású gázkisülés, mint fizikai jelenség kisnyomású (1 – 20 torr) nemesgázban jön létre, megfelelő nagyságú egyenfeszültség hatására. Alacsony nyomáson megnövekszik a gázatomok/molekulák közepes szabad úthossza, ezért az ütközések során létrejövő gerjesztett állapotú (metastabil) Ar atomok, argon ionok és elektronok élettartama. A kisülésre jellemző, hogy bár hőmérséklete alacsony, nagyenergiájú részecskékben gazdag, ezért még lokális szinten sem beszélhetünk termodinamikai egyensúlyról, ezek tehát tipikus NLTE rendszerek.

A jelenséget már nagyon régen hasznosítják, pl. a rádiótechnikában ún. ködfénylámpák, - más néven Glimmlámpák formájában.

Az analitikai kémiai alkalmazást illetően a 60-es években kezdődött meg a jelenség vizsgálata. Először a tömegspektrometriában terjedtek el, mint ionforrások, azaz a vizsgálandó többnyire szerves anyagból álló mintából a nagyenergiájú argon ionokkal történő ütközések következtében különböző tömegű, töltéssel rendelkező ionok (fragmensek) képződnek. A fragmensek elválasztása és azonosítása képezi a molekula-azonosításának alapját.

Az analitikai alkalmazást először az ún. sík-katódos sugárforrások nyertek. Ezekben a síkfelületű katódnak kapcsolt minta helyezkedik el a sík felületű anóddal szemben. A kisülésben keletkező pozitív töltésű, nagyenergiájú argon ionok a katódba becsapódva atomokat porlasztanak

141

le a katód anyagából. A gáztérbe bekerülő atomok az argon ionokkal, - de főképpen a viszonylag nagyszámú metastabil (gerjesztett állapotú) argon atomokkal történő ütközések következtében gerjesztett állapotba kerülnek, majd pedig fény-emisszióval térnek vissza alapállapotukba.

Grimm a síkfelületű anódos elrendezéshez képest egy jobb hatásfokú sugárforrást tervezett.

Ennek jellemzője, hogy a sík felületű katóddal szemben egy meghatározott átmérőjű cső alakú anód helyezkedik el. Az anód és katód közötti távolság nagyon kicsi, 0,02 – 0,2 mm. A sugárforrást analitikai alkalmazás esetén ún. abnormális üzemmódban üzemeltetjük, ekkor az anód által leárnyékolt teljes felültén megjelenik a kisülés. A sugárforrás felhasználásával a 90-es évek elején jelentek meg az első „GDS”-spektrométerek.

Ezekben kisnyomású argonatmoszférát alkalmaznak. A sugárforrást 0,8 – 2 kV egyenfeszültséggel feszültséggel, 20 – 100 mA áramerősséggel üzemeltetik, úgy hogy a vizsgálandó fémes (tehát elsőfajú elektromos vezető) mintát katódnak kapcsolják. Fémek, fémötvözetek elemi összetételének meghatározására alkalmazzák őket. A cél nyilvánvalóan az volt, hogy alternatívát képezzenek a már hagyományosnak tekinthető ív-, illetve szikragerjesztéssel üzemelő készülékeknek.

Az utóbbiakkal összehasonlítva előnyösnek tekinthető az egyszerűbb színkép, (kevesebb színképvonallal), valamint a kisebb mértékű alapanyag-, illetve mátrix-hatás. Ez könnyen belátható, hiszen itt az atomok egy külön folyamat, a katódporlasztás segítségével kerülnek a gerjesztési térbe, és elválik egymástól a „mintabevitel” és a gerjesztés. Az ív-, illetve szikragerjesztés esetén azonban mind a párolgási folyamat, mind pedig a gerjesztett állapotok kialakulása a termikus energia segítségével történik, ezért a két folyamat nagymértékben függ a rendelkezésre álló termikus energia eloszlásától..

A 90-es években a GDS tulajdonságainak vizsgálatára intenzív kutatómunka indult meg, ennek eredményeképpen kiderült egyrészt, hogy GDS nagyfrekvenciás árammal is fenntartható, így nemvezető, nemfémes szilárd anyagok, szerves anyagok, pl. műanyag is vizsgálhatók segítségével.

6.1.1.5. A kisugárzott fény felbontása, optikai rendszerek

Ahhoz hogy a gerjesztés során keletkező elektromágneses sugárzásból kinyerhessük a benne rejlő analitikai információt, fel kell bontanunk komponenseire, azaz elő kell állítanunk a sugárzás színképét. Ez az optikai tartományban, (120 – 20000 nm) a berendezések optikai rendszerének feladata.

Fényfelbontásra általában prizmákat, rácsokat használhatunk. A felbontás alapja az előbbieknél a fénytörés hullámhosszfüggése, az utóbbiaknál pedig a fényelhajlás jelensége. A prizmák nagy fényerővel rendelkeznek, hátrányuk azonban, - hogy diszperziójuk nem lineáris a hullámhossz

142

függvényében. A rácsok esetében a rácsról visszaverődő, illetve azon áthaladó sugárzás helyét az ún. rácsegyenlet fejezi ki:

d * (sin θθθθ

1

+ sin θθθθ

2

) = n * λλλλ

(6.7) d: a rácsállandó

θ1 : a beeső fénysugárnak a rács normálisával bezárt szöge

θ2 : a visszaverődő, illetve a rácson áthaladó fénysugárnak a rács normálisával bezárt szöge λ : a fény hullámhossza

n : 1, 2, 3, …..

Az egyenletből látható hogy a diszperzió mértéke (adott n esetén) egyenesen arányos a hullámhosszal, azaz a rácsok diszperziója lineáris. A rácsokkal történő fényfelbontás egyik hátránya az alacsonyabb fényerő, és a színkép ún. rendi jellege. Az első probléma a jó hatásfokú fényérzékelőknek köszönhetően ma már megoldottnak tekinthető. A második probléma azt jelenti, hogy a rácsegyenletből következően egyszerre valójában nem egy, hanem nagyon sok színkép keletkezik. Az egyes színképkehez más, más n érték tartozik, n értéke adja meg a színkép rendjét. A különböző rendű színképek vonalainak intenzitása eltérő, legnagyobb fényerővel az 1. rend vonalai rendelkeznek, a magasabb rendű színképek intenzitása a rend növekedésével exponenciálisan csökken. A magasabb rendű színképek rövidebb hullámhosszúságú vonalai átfedésbe kerülhetnek az alacsonyabb rendű színképek vonalaival, ez jelentős színképi zavaró hatásokat okozhat. Az

Az egyenletből látható hogy a diszperzió mértéke (adott n esetén) egyenesen arányos a hullámhosszal, azaz a rácsok diszperziója lineáris. A rácsokkal történő fényfelbontás egyik hátránya az alacsonyabb fényerő, és a színkép ún. rendi jellege. Az első probléma a jó hatásfokú fényérzékelőknek köszönhetően ma már megoldottnak tekinthető. A második probléma azt jelenti, hogy a rácsegyenletből következően egyszerre valójában nem egy, hanem nagyon sok színkép keletkezik. Az egyes színképkehez más, más n érték tartozik, n értéke adja meg a színkép rendjét. A különböző rendű színképek vonalainak intenzitása eltérő, legnagyobb fényerővel az 1. rend vonalai rendelkeznek, a magasabb rendű színképek intenzitása a rend növekedésével exponenciálisan csökken. A magasabb rendű színképek rövidebb hullámhosszúságú vonalai átfedésbe kerülhetnek az alacsonyabb rendű színképek vonalaival, ez jelentős színképi zavaró hatásokat okozhat. Az

In document Analitikai kémia anyagmérnököknek (Pldal 133-147)