Kis fényintenzitások mérése zajos környezetben: Mérések spektrofotométerrel, hidrogén színkép vizsgálata
Tartalomjegyzék |
Szerkesztés alatt!
Elméleti összefoglaló
Bevezetés
Már régóta ismert jelenség, hogy különféle anyagokat magas hőmérsékletű lángba helyezve a láng színében az adott anyagra jellemző elváltozás tapasztalható. Hasonló jelenség lép fel akkor is, ha kisülési csőbe az azt létrehozó gázon kívül egyéb anyagot helyezünk. Mindkét jelenség mögött az rejlik, hogy a bevitt anyag a lángban, illetve a kisülésben atomjaira esik szét, és az atomok ütközések révén gerjesztett állapotba kerülnek, majd ebből az állapotból fénykibocsátás útján térnek vissza alapállapotukba. A megfigyelések szerint a kibocsátott fény vagy más elektromágneses hullám frekvenciája/hullámhossza az adott atomra jellemző. Egy adott atomhoz több ilyen jellemző frekvencia illetve hullámhossz tartozik, melyek sorozatokba rendezhetők, és együttesen alkotják az atom spektrumát (színképét). A spektrumok meghatározásával, mérésével foglalkozik a spektroszkópia tudománya. Az optikai spektroszkópiában – tehát az elektromágneses sugárzások látható és ahhoz közeli tartományában – a hullámhosszat (
), vagy ennek reciprokát, a hullámszámot(
) használják a vonalak azonosítására a frekvencia helyett. E mennyiségeket a hullámtanból jól ismert összefüggések kötik össze:
![\[\nu = \frac{c}{\lambda} \qquad ; \qquad \overline\nu = \frac{1}{\lambda} = \frac{\nu}{c}\]](/images/math/8/d/0/8d06a0dc37cca7b4b07972dddb57969b.png)
ahol „c” a hullám terjedési sebessége, „
” pedig a frekvenciája. A spektrum előállításához a fényforrás által kibocsátott fényt egy diszperzív elemre vezetik, amely a különböző hullámhosszúságú fénykomponenseket más-más irányba téríti el, így térbelileg választja szét ezeket. Az optikában leggyakrabban használt diszperzív elemek a prizma és a diffrakciós rács. Prizma esetében a diszperzió oka a törésmutató hullámhosszfüggése, melynek következtében a törési szög is függeni fog a hullámhossztól. Diffrakciós rácsoknál pedig azt használják ki, hogy az elhajlási (diffrakciós) rendek iránya erősen hullámhosszfüggő. A rácsok lehetnek reflexiósak (tükrözők) vagy transzmissziósak (fényáteresztők). Készülhetnek mechanikailag rovátkált fémből, vagy üveglapból, melyet utólag tükröző bevonattal látnak el. Gyakori emellett a holografikus rács, amit úgy állítanak elő, hogy két egymással szöget bezáró fénynyaláb interferenciaképét exponálják egy megfelelő anyagba (fotorezisztbe vagy fotopolimerbe), amely az interferenciaképet törésmutató változás formájában (azaz rácsként) rögzíti. Korszerű diszperzív eszköz továbbá az akuszto-optikai fénymodulátor, melyben egy egykristályban terjedő ultrahang hozza létre a hullámhosszának megfelelő sűrűségű rácsot. Az ultrahang hullámhossza (így a rácsperiódus) az ultrahangkeltő meghajtó jelétől függ, ezáltal akuszto-optikai modulátorból elektromosan hangolható spektrométer építhető.
Mérési feladatok
