تكرنگ سازها (2)
تكرنگ ساز يك وسيلۀ نوري است كه براي تفكيك يك شعاع تابشي با درجۀ خلوص طيفي بالا در هر طول موج از طيف تابشي منبع پيوسته مورد استفاده قرار مي گيرد . اجزاي اصلي يك تكرنگ كننده، شكافها و عامل پخش كننده است.تشعشع حاصل از منبع بر روي شكاف ورودي متمركز شدهوسپس بوسيلۀ لنزها يا آينه ها موازي مي گردند، طوري كه شعاع موازي بر روي عامل پخش كننده كه منشور يا شبكۀ پراش است،تابانده مي شود .باچرخش مكانيكي منشور يا شبكه ،قسمتهاي مختلفي از طيف حاصل از عامل پخش كننده روي شكاف خروجي متمركز
مي شود و سپس با عبور از مسير نوري به نمونه برخورد مي كند . وقتي كه شعاع نور از مرز مشترك بين دو محيط مختلف از قبيل هوا و شيشه عبور مي كند ، خميدگي در شعاع نور اتفاق ميافتد كه شكست(1) ناميده ميشود. مقدار خميدگي ، به ضريب شكست شيشه بستگي دارد؛ اين ضريب شكست با طول موج نور تغيير مي كند؛ نور آبي بيشتر از نور قرمز شكسته مي شود
( چنانكه در شكل 1-3 ديده مي شود). نتيجۀ تغيير ضريب شكست با طول موج اين است كه منشور قادر است شعاع نور سفيد را به طيف آن كه از رنگهاي مختلفي تشكيل شده است، پخش كرده و بتوان آنها را بطور مجزا تشخيص داد. تشعشع مادون قرمز و ماوراء بنفش نيز به همان روش پخش مي شوند، ولي در مورد آنها كلمات نور و رنگ هر دو خاصيت قدرت پخش كنندگي و شفافيت در منطقۀ طول موج مورد نظر ، همراه با چند عامل ديگر در نظر گرفته شوند. اسپكتروفوتومترهايي كه عمدتا منطقۀ طيفي مرئي را تحت پوشش قرار مي دهند، داراي منشورهاي شيشه اي هستند در حالي كه دستگاههايي كه مناطق طيفي ماوراء بنفش و مادون قرمز نزديك و همچنين منطقۀ مرئي را پوشش مي دهند ، منشور كوارتزي دارنند . اسپكتروفوتومتر مادون قرمز معمولا داراي منشورهاي از نوع نمك كوهي ( كلريد سديم) هستند .
خلوص طيفي تشعشع خروجي از تكرنگ ساز بستگي به قدرت پخش كنندگي منشور و عرض شكاف خروجي دارد. شخص در اولين نگاه ممكن است در نظر بگيرد كه تكرنگي مي تواند به طور كامل توسط صرفا كاهش عرض شكاف به مقدار كافي حاصل شود ولي اين طور نيست . سر انجام شكاف آن قدر باريكتر مي شود كه اثرات پخش كنندگي در لبه هاي آن باعث كاهش توان تشعشع مي گردد و افزايش در خلوص طيفي مشاهده نمي شود ( اين حد پخش كنندگي راي لي(2) ناميده مي شود) ، در واقع قبل از اينكه اين حد در يك تك رنگ ساز فرا برسد، شكاف باريك انرژي كافي را براي فعال سازي دتكتور عبور نمي دهد . با تكرنگ ساز هاي از نوع منشور ، يك عرض شكاف مشخص ، درجۀ يكساني از تكرنگي را در سراسر طيف بدست نمي دهد ؛ وابستگي خاصيت پخش كنندگي منشور به طول موج طوري است كه طول موجها در يك طيف بطور يكنواخت پخش
نمي شوند. پراكنندگي براي طول موجهاي كوتاهتر بيشتر است ، بنابراين شكافهاي پنتر مي توانند براي دستيابي به همان درجۀ خلوص طيفي شكافهاي باريكتر در مورد طول موجهاي بلند تر مورد استفاده قرار گيرند.
شكل 1-4 شكل طرح گونه سيستم نوري اسپكتروفوتومتر تك شعاعي ويژه اي را با منشور كوارتزي نشان مي دهد. پشت منشور با يك سطح منعكس كننده فلزيپوشيده شده است طوري كه تشعشع دو بار از ميان عامل تفكيك كننده عبور ميكند؛ اين عمل نه تنها باعث افزايش پراكندگي مي شود ، بلكه يك آرايش هندسي مناسبتري است .
يه شبكه پراش ( انعكاسي ) توسط خط كشي روي سطح فلزي صيقلي از قبيل آلومينيم ساخته مي شود كه تعداد زيادي خطوط موازي رسم مي گردد. براي منطقۀ مادون قرمز حدود 1500 تا 2500 خط در اينچ وجود دارد ، براي مناطق ماوراء بنفش و مرئي حدود 15000 تا 30000 خط در اينچ در نظر گرفته مي شود . وقتي كه نور از اين سطح انعكاس داده مي شود نور برخورد كرده به قسمتهاي خط كشي شده توسط عمل پراكندگي پخش مي شود ؛ قسمتهاي خط كشي نشده نور را به طور منظم منعكس مي كنند . بنابراين قسمتهايخط كشي شده و خط كشي نشده به عنوان منابع نوري مجزا عمل مي كند ؛ همپوشاني موجهاي حاصل از اين منابع يك الگوي تداخل را تشكيل مي دهند كه نتيجۀ آن پراكندگي نور منعكس شده به طول موجهاي اجزا آن است .
ماشينهاي خط كشي خطوط بايد طوري ساخته شوند كه توانايي انجام حركات ريز را داشته باشند و شبكه هاي اوليۀ گرانقيمت هستند. شبكه هاي ارزانتر و مورد استفادۀ وسيعتر شبكه هاي المثني (1) هستند؛ تعداد زيادي از اين شبكه ها را
مي توان از يك شبكه اصلي تهيه كرد . شبكه اصلي با مواد پلاستيكي پوشش داداه مي شود و بعد از سخت شدن ، از آن جدا شده و كپي آن حاصل مي شود . پلاستيك توسط تبخير فيلمي از يه فلز معمولا آلومينيم بر روي طرف خط كشي شده داراي سطح انعكاسي مي شود.شبكه در تكرنگ ساز طوري نصب مي شود كه با چرخش آن قسمتهاي مختلفي از طيف شكاف خروجي را روشن مي كند.
شبكه ها در انجام عمل پخش يكنواخت در سراسر طيف با منشور ها تفاوت دارند به عبارت ديگر، يه پهناي شكاف منفرد درجه يكساني از تكرنگي نور خروجي را در سراسر طيف به دست مي دهد.
شكل 1-5 مسير نوري را در دستگاههايي نشان مي دهد كه به طور معمول از شبكه استفاده مي كنند.
چنانچه قبلا ذكر شد تشعشع خروجي از تكرنگ ساز كاملا تك رنگ نيست هر چند كه آن از منبع اوليه خيلي تكرنگتر است . توزيع طول موج تا اندازه اي در شكل 1-6 نشان داده شده است. عبارات به كار رفته در توصيف پهناي باند نشان داده شده در شكل كاملا استاندارد نيستند و غالبا كتابهاي راهنماي دستگاهها ، شكلهايي را براي پهناي باند (1) ذكر مي كنند بدون اينكه مفهوم آن را مشخص نمايند؛ عبارت ويژه اي كه به طور گسترده قابل درك است در شكل نشان داده شده است .
مشكلي كه در تكرنگ سازها هست ، نور سرگردان است يعني تشعشعي با طول موج نا مسخص كه از داخل تكرنگ ساز منعكس مي شود و مي تواند از شكاف خروجي خارج گردد . در دستگاههاي خوب اين عمر با استفاده از سطوح كاملا سياهرنگ و به وسيلۀ قرار دادن تيغه هايي در محلهاي مناسب كاهش داده مي شود ؛ مقدار نور هاي سرگردان در دستگاههاي خيلي ظريف متشكل از دو تكرنگ ساز (معمولا تلفيقي از منشور و شبكه ) به حد بي نهايت كمتري كاهش داده مي شود .
ممكن است با دستگاههاي معمولي قرائتهاي كاذب جذب به علت نور سرگردان در مناطق طيفي وابسته به طول موجهاي با انرژي خيلي كم ، به دست آيد . تا اين اواخر ، دستگاههاي بدون تكرنگ سازهاي واقعي بطور گسترده اي در اندازه گيريهاي جذب (عمدتا در منطقه مرئي ) در آزمايشگاههايي كه استطاعت كمتري داشتند و سادگي و سرعت مهمتر از كيفيت نتايج بود مورد استفاده قرار مي گرفتند . اين دستگاهها فيلتر فتومتر(2) ناميده مي شدند كه از صافيهاي شيشۀ رنگي براي تفكيك باند هاي طول موج نسبتا وسيع حاصل از منبع استفاده مي كردند .اين دستگاهها براي اكثر تجزيه هاي روتين به طور مناسبي عمل مي كردند ولي امروزه آنها توسط اسپكتروفوتومتر هاي شبكه اي ارزان قيمت جايگزين شده اند . .
