• Nem Talált Eredményt

Eljárás interferencia-spektroszkópiai bontóelemek praktikus felbontóképességének kísérleti meghatározására

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Ossza meg "Eljárás interferencia-spektroszkópiai bontóelemek praktikus felbontóképességének kísérleti meghatározására"

Copied!
9
0
0

Teljes szövegt

(1)

ELJÁRÁS INTERFERENCIA-SPEKTROSZKÓPIAI BONTÖELEMEK PRAKTIKUS F E L B O N T Ó K É P E S S É G É N E K

KÍSÉRLETI MEGHATÁROZÁSÁRA

KISS LÁSZLÓ—DE. PATKÓ GYÖRGY—VIDA JÓZSEF

Bevezetés

Sugárzó anyag spektrumvonalainak külső elektromos, ill. mágneses mező hatására történő felhasadását vagy a spin-pálya kölcsönhatásból származó finom vonalszerkezetet a legtöbb prizmás spektroszkóppal nem t u d j u k észlelni, annak kis felbontóképessége miatt. A spektroszkóp felbontóképessége a már elért ha- tárok fölé lényegesen nem emelhető. Az interferencia-spektroszkópia feladata a fent említett vonalszerkezet tanulmányozása. Az interferencia-spektroszkópok felbontóképessége nagyságrenddel nagyobb lehet a prizmás spektroszkópokénál, így azok segítségével a vonalszerkezet közvetlenül tanulmányozható [1].

Nem közömbös, hogy egy adott vonalszerkezet tanulmányozásához mekkora felbontóképességű eszközt használunk. Annak kiválasztása döntő jelentőségű.

A gyakorlatilag elérhető felbontóképesség soha sem éri el az elméletileg kiszá- mítottat, így ez utóbbi nem biztos támpont a megfelelő eszköz kiválasztásához.

E fenti tény motivált bennünket, amikor a Lummer—Gehrcke-lemez felbon - tóképességének kísérleti meghatározását elvégeztük.

A felbontóképesség

Az optikai műszerek által létrehozott képekben az elhajlás jelensége miatt a tárgy részletei — leképezési hibáktól mentes esetben is —, csak bizonyos hatá- rig jelennek meg.

A spektrográf résének még a szigorúan monokromatikus fénnyel leképezett képe sem geometriai vonal. A színképvonal hullámhosszúságának megfelelő helyen (A) fő-intenzitásmaximummal jelentkezik, s ennek mindkét oldalán mini- mumok és egyre csökkenő maximumok jönnek létre (1. ábra) [5],

Rayleigh ismerte fel azt a feltételt, mely mellett két közeli fő-intenzitás- maximum (színképvonal) egymástól megkülönböztethető. A megkülönböztetéshez az szükséges, hogy a két főmaximum távolsága ne legyen kisebb, mint a vonalak szélessége (félszélessége) (2. ábra) [1, 3, 4, 5, 6, 7].

Más megfogalmazásban: két szomszédos színképvonal elméletileg akkor te- kinthető felbontottnak, ha az egyik vonal fő-intenzitásmaximuma a másik vonal első intenzitásmaximumával éppen egybeesik (3. ábra) [1, 2, 5, 7, 10],

Két különböző intenzitású spektrumvonal pedig akkor tekinthető felbontott- nak, ha a nagyobb intenzitású vonal kontúrgörbéje a kisebb intenzitású vonal

(2)

588

(3)

k o n t ú r g ö r b é j é t annak intenzitás-félértéke alatti t a r t o m á n y b a n metszi (4. ábra) [7].

Az eddig tárgyalt kritériumok gyakorlatilag nem használhatók, mivel a fe- ketedési görbe az intenzitások összegét adja. Jól használható még a Sparrow- kritérium, amely szerint két színképvonalat f e l b o n t o t t n a k t e k i n t ü n k , ha a két vonal eredő intenzitásgörbéjén találunk olyan pontot, a m e l y r e teljesül:

d I

=

d

iL _ o

cU

tehát az !(/) görbe első és második differenciálhányadosa is zérus (5. ábra).

5. ábra

Az I (/) görbe fotometrálással határozható meg.

A színképelemző készülék elméleti felbontóképességén az

- 2 T

hányadost é r t j ü k , ahol X és X-\~AX a készülékkel még éppen megkülönböztethető spektrumvonalak hullámhossza [1, 3, 4, 5, 7].

Ezt a mennyiséget nevezzük spektrális felbontóképességnek [3] is.

A bontóelemeket osztályozhatjuk aszerint, hogy milyen nagyságrendű felbontás érhető el velük. így ismerünk kisbontású ( Rs~ 1 03) , középbontású (Rs ^ 10/'), és nagybontású (R„ ~ 105) készülékeket. Pl. az a berendezés, amelyik a 310 nm-es vastriplett 309,997 nm-es és 309,990 nm-es vonalait két vonalként regisztrálja, az középbontású, m e r t :

AX=0,007 nm X 310 n m

R . = - — = — 4,4-10'.

AX 0,007 nm

Az R^ mennyiséget a bontóelem és regisztráló berendezés tulajdonságai, a diffrakciós jelenségek és az optikai rendszer aberrációi határozzák meg.

(4)

A felbontóképesség a műszerrel elérhető legnagyobb elvi felbontást jelenti.

A gyakorlatban ez sohasem érhető el. A színképvonalak ugyanis mindig úgy keletkeznek, hogy egyrészt a rés nem végtelenül keskeny, másrészt pedig a szín- képvonalat létrehozó fénykéve többnyire nem esik merőlegesen a színkép sík- jára. Ezen túl a fellépő mellékmaximumok a színképvonal szélét elmosódottá teszik. A valódi felbontóképesség — az úgynevezett felbontás — tehát mindig kisebb az elméletinél.

Fényinterferencia előállítása Lummer—Gehrcke lemezzel Tekintsünk egy d vastagságú, környezetéhez képest n törésmutatójú Lum- mer-Gehrcke-lemezt, amelyre koherens, párhuzamos fénysugarakból álló fény-

nyalábot ejtünk a 6. ábrán látható módon. A lemez A, ill. B pontjából kilépő két sugár között a fáziskülönbség:

ahol X és A' az adott fény hullámhossza levegőben, ill. a lemezben. Ha a számba- vett két sugár interferál, az interferencia eredményét d szabja meg. A fentiekből következik, hogy a d vastagságú n törésmutatójú lemezre az erősítés feltétele [3]:

6. ábra

kA=2d ^n'2—sin2a 590

(5)

A Lummer-lcmez felbontóképessége

A Lummer-lemez felbontóképességének meghatározásánál — a lemezből súrlódó szög alatt kilépő sugarakra közelítést alkalmazva, valamint figyelembe

véve, hogy ezekre a sugarakra An —^ elhanyagolhatóan kicsi — adódik, hogy:

Lummer-lemez felbontásának kísérleti meghatározása

Adott Lummer-lemez felbontóképességét meghatározhatjuk, ha találunk olyan A), hullámhossz-különbségű, megfelelő félértékszélességű vonalakat, ame- lyeket a Lummer-lemez a Rayleigh-formulának megfelelően bont fel,

Természetesen minden bontóelemhez és bármely /-hoz nem található meg- felelő vonalpár. A problémát a Zeeman-effektus segítségével oldottuk meg:

adott színképvonalon mágneses mezővel kívánt mértékű felhasadást hoztunk létre.

A kísérlet menete a következő:

— Megfelelő fényforrás létrehozása és beszerelése elektromágnes légrésébe;

— A táblázatból kikeresett megfelelő színképvonal meghatározása;

— Mágneses indukció mérése és grafikus ábrázolása a gerjesztő áram függvényé- ben;

— A spektrográf keresztezése Lummer-lemezzel. (B=0);

— Zeeman-vonalfelhasítás (B 0);

— A B + 0 különböző fokozataiban spektrogramm készítése;

— Kísérleti és elméleti R^ értékek összehasonlítása.

A kísérleti összeállítás

A felbontóképesség meghatározásához Lummer—Gehrcke-lemezzel kereszte- zett ISZP—51 típusú spektrográfot használtunk. Az elektromágnes légrésébe, az L| lencse fókuszpontjába helyezzük az F fényforrást (Cd spektrállámpa). A ke- resztirányú Rí résen át a párhuzamos fénynyaláb a 4,804 mm vastag, 150 mm hosszú, ömlesztett kvarcból készült Lummer—Gehrcke-lemez prizmájára jut.

A többszörös visszaverődés után kapott 16 súrlódóan kilépő, közel egyező inten- zitású nyaláb az L^ lencsére esik. Az L> lencse fókuszsíkjában keletkezett inter- ferenciaképet a spektrográf résén (R^) élesen előállítjuk. A kísérleti összeállí- tás vázlata a 7. ábrán, fényképfelvétele a 8. ábrán látható.

(6)

8. ábra

B = 0 esetén a kadmium 643,85 nm hullámhosszúságú vonalát a Lummer-lemezzel keresztezett spektrográf a 9. a ábrán látható módon állítja elő. A 9. b ábrán a B=t=0 esetén előállított normális transzverzális triplett spektrogrammjának húsz- szoros nagyítású fényképe figyelhető meg.

Az elekromágnes egy adott gerjesztésénél bekövetkezik a felhasadás olyan mértéke, amely a Rayleigh-kritériumnak tesz eleget. A fotometrálás során B—0,26 T indukciónál k a p t u n k olyan feketedési regisztrogrammot, amelyen éppen megjelentek a relatív minimumok.

(7)

I s = o , a z r

b J

9. ábra

A spektrogramm felvételének adatai:

Résszélesség: 300 mikrométer Kollimátor: 20,5 skálarész K a m a r a : 22,4 skálarész

Precíziós hullámhosszdob állása: 62,2 Kazetta dőlési szöge: 4

Az Li lencse fókusztávolsága: 300 mm átmérője: 40 mm Az L,2 lencse fókusztávolsága: 300 mm átmérője: 75 mm Fotolemez típusa: AGFA Spektrál-Platten,

Rot Rapid Megvilágítási idő: 15 s

Hívó: FENOFORT negatív hívó A lemez hívásának ideje: 300 s

(8)

A pozitív képet hússzoros nagyítással, színképvetítőn készítettük. A kiértékelés során használt fotométer típusa: MF—2.

10. ábra

A 10. ábrán a spektrogramm hússzoros nagyítású részlete, a 10. b ábrán az n + 3 - i k rend feketedési regisztrogrammja látható.

A 643,85 nm hullámhosszon a kísérletben szereplő Lumer-lemez elméleti felbontóképessége Rs=2,6 105, a kísérlet eredménye szerint: Rs= 1,5• 105. Láthat- juk, hogy a gyakorlati feloldóképesség kisebb, mint az elméleti [8].

(9)

FELHASZNÁLT IRODALOM

1. Dr. B u d ó Ágoston—dr. M á t r a i T i b o r : Kísérleti fizika III. T a n k ö n y v k i a d ó , B u d a - pest, 1977.

2. Kiss László—dr. P a t k ó G y ö r g y : T r a n s z e r v á l i s normális Z e e m a n - e f f e k t u s d e m o n s t - r á l á s a . T u d o m á n y o s K ö z l e m é n y e k , Eger, 1979.

3. Dr. M á t r a i T i b o r : G y a k o r l a t i s p e k t r o s z k ó p i a . Műszaki K ö n y v k i a d ó , B u d a p e s t , 1963.

4. Dr. M á t r a i Tibor—dr. P a t k ó G y ö r g y : F é n y t a n (optika) K é z i r a t , T a n k ö n y v k i a d ó , B u d a p e s t , 1976.

5. M i k a J ó z s e f — T ö r ö k T i b o r : Emissziós színképelemzés, A k a d é m i a i Kiadó, B u d a - pest, 1968.

6. Scheller N.: Bevezetés a gyakorlati színképelemzésbe. M ű s z a k i K ö n y v k i a d ó , B u d a p e s t , 1965.

7. T o l a n s k y S.: High resolution spectroscopy N e w York—Chicago, 1947.

8. Vida József: L u m m e r - l e m e z felbontóképességének k í s é r l e t i m e g h a t á r o z á s a . Egyetemi szakdolgozat, 1980.

10. Z e e m a n P.: Doublets a n d triplets in t h e s p e c t r u m p r o d u c o d b y e x t e r n a l m a g n e - tic forces Philos. M a g a z i n e (5.) 44. 1897.

System f ü r die experimentelle Bestimmung des praktischen Auflösungs- vermögens von Trennungselemente in der Interferenz-Spektroskopie

ZUSAMMENFASSUNG

Um die Bestimmung des praktischen Aflösungsvermögens von hochauflö- sungs Spektralapparaten ist ein allgemein gebráuliches Verfahren, damit die Spektrallinien mit kleinen Wellenzahldifferenzen und mit entsprechenden Linienbreiten von Dublett, Triplett oder von dem bekannten Streifensystem untersucht werden.

Dieses ursprüngliche o ptische Messverfahren gibt n u r in speziellen Fallen zuverlássige Werte. Das Ergebnis der Messung ist nur zu erfahren, daB das Auflösungsvermögen von einem bestimmten Wert gröBer oder kleiner ist.

In dieser Abhandlung machen wir — mit Hilfe des Zeeman-Effektes — ein Verfahren um die hochexakte Festsetzung des praktischen Auflösungsvermögens bekannt.

Beim Schreiben unserer Arbeit hat uns der Gesichtspunkt gefiihrt, daB in die wissenschaftliche optische Spektralanalyse sinch einschalteten Studenten und den Mitgliedern des wissenschaftlichen Studentenbreises eine Hilfeleistung geben könnten.

Ábra

k o n t ú r g ö r b é j é t annak intenzitás-félértéke alatti  t a r t o m á n y b a n metszi (4

Hivatkozások

KAPCSOLÓDÓ DOKUMENTUMOK

CBT = (cognitive behavioural therapy) kognitív viselkedésterá- pia; CD = (Crohn’s disease) Crohn-betegség; CU = colitis ulcerosa; IBD = (inflammatory bowel disease) gyulladásos

Az előadó kutatómunkája során a gene- rációk szexualitással kapcsolatos attitűdjét vizsgálva megállapította, hogy az 1970-es években 29, 1980 körül 42, a 2000-es

Eredményeink alapján látható, hogy nagy funkcionális diverzitás eléréséhez az alacsony intenzitású legeltetés javasolt, azonban a nagy diverzitás és egyen- letesség,

és intenzitású konfliktusok elkerülése érde- kében a kollektív képességek között erősíteni kell az együttműködéssel, az alkalmazkodó, rugalmas

A várakozásoknak megfelelően az alacsony kontrasztú esetekben már a kis intenzitásokon megfigyelhető abszorpció jelentősen nagyobb, ám az intenzitás

fejezetben bemutatott vizsgálat egyik eredménye az volt, hogy a gyepi madárfajok számára az alacsonyabb intenzitású extenzív legelés kedvezőbb, mint az intenzív legelés

Ezeknél a módszereknél nem-fájdalmas (küszöb alatti) kiindulási hőmérsékletről indulva fokozatosan növekvő intenzitású (emelkedő hőmérsékletű) hőingert

A fejlesztő munka kiterjedt extrém nagy energiájú, illetve nagy átlagteljesítményű, LiNbO 3 anyagú, továbbá nagy hatásfokú, nagy energiára skálázható,