بسم هللا الرحمن الرحيم.

Transcript

1 بسم هللا الرحمن الرحيم 1

2 اجزاء دستگاههاي نوري Components of Optical Instruments الف( طراحي كلي دستگاههاي نوري ب ) منابع تابشي ب- 1 منابع پيوسته ب- 2 منابع خطي ب- 3 منابع ليزري ج ) انتخابگري طول موج ج- 1 صافيها ج- 2 تکفامساز ج- 1 صافي ها صافي تداخلي گويهاي تداخلي صافي جذبي 2

3 ج - 2 تکفامسازها انواع تکفامساز: تکفامساز منشوردار شبکه اكلت شبکه مقعر تکفامساز شبکهدار شبکه هالوگرافي شبکه اكل ج- 3 شکافهاي تکفامساز اثر شکاف بر قدرت تفکيك Resolution انتخاب عرض شکاف 3

4 ) ) چ ح ظرف نمونه تبديل كنندههاي تابشي ح- 1 خصوصيات تبديل كننده ايدهآل انواع تبديل كنندههاي تابشي ح- تبديل كنندههاي فوتوني سل هاي فتوولتائي اليه سدي فوتولوله لوله فتو تکثير كننده تبديل كنندههاي ديود سيليسي 2 4

5 ح- 3 تبديل كنندههاي فوتوني چند كاناله آرايه فتوديويد وسايل انتقال بار ح- 4 تبديل كنندههاي فتورسانا ح- 5 تبديل كنندههاي حرارتي ترموكوبل بالومتر پيروالکتريك 5

6 د ) ذ ر پردازشگر سيگنال و خروجي شمارشگرهاي فوتوني ) الياف نوري خواص الياف نوري حسگرهاي الياف نوري ) نوع دستگاههاي نوري 2- اصول اندازهگيري تبديل فوريه 1-2 مزاياي روش طيف سنجي فوريه 2-2- طيف سنجي در حيطه زمان 6

7 ايادخ هب نم يمهف اطع نك ات ياهتوافت دوخ اب نارگيد ار مبايرد و ممهفب هك اب تيصخش هبرصحنم يدرف هك مراد اتدعاق يگدنز هبرصحنم يدرف زين يارب دوخ مهاوخ تشاد هك زا يتاهج يم دناوت توافتم زا يگدنز نارگيد دشاب مهم نآ تسا هك هب ياهتوافت مدوخ و ياهتوافت نارگيد مارتحا مراذگب و يگدنز ما ار قبطنم اب نآ هچ لكش متسه.مشخبب ايادخ هب نم يشنيب اطع نك هك چيه تقو دوخ ار اب نارگيد هسياقم منكن رب يياهنآ هك زا نم رترب دنتسه دسح مزرون و رب اهنآ هك نيياپ دنرت رخف مشورفن و رب هچنآ مراد تعانق منك و هراومه رد نيا هشيدنا مشاب هك زا هچنآ رد لاح رضاح متسه رتارف.مورب 7

8 الف( طراحي كلي دستگاههاي نوري روشهاي طيف سنجي نوري براساس شش پديده انجام مي گيرند كه داراي اجزاء نوري مشابه ميباشد: 1- جذب 2- فلورسانس 3- فسفرسانس 4- پراكندگي 5- نشر 6- لومينانس شيميايي 8

9 -2-3 دستگاههاي اسپكتروسكپي معموال داراي پنج قسمت است. 1- يك منبع تابش با ثبات ظرفي نگهدارنده نمونه انتخابگر طول موج 4- آشکارساز )دتکتور( تابشي و يا تبديل كننده: انرژي تابشي را به سيگنال الکتريکي تبديل ميكند. 5- شناساگر عالمت و خروجي كه سيگنال تبديل شده را بر روي ثبات ثبت ميكند )پردازشگر سيگنال( 9

10 اجزاء دستگاههاي مختلف طيف سنجي 10

11 و 4 توجه: الف( قسمتهاي 5 3 در سه دستگاه يکسان است. ب( در دو دستگاه اول از منبع تابش استفاده ميشود. پ( در دستگاه دوم نمونه كه در ظرف نگه داشته شده توسط منبع القا ميشود تا فلورسانس فسفرساني و يا پراكندگي تابشي داشته باشد )و در زاويه 90 درجه اندازهگيري ميشود( ت( در طيف سنجي نشري و لومينانس شيميايي نيازي به منبع خارجي نميباشد. ث( در طيف سنجي نشري ظرف نمونه قوس جرقه و با شعله است كه... ج( در لومينانس شيميايي منبع تابش محلول آناليت است كه در لوله نگهداري شده است. 11

12 ساختار مواد و انتخابگر طول موج برای دستگاههای طیف سنجی 12

13 منبع اتبش 1 -در منطقه طيفي مورد مطالعه تابش داشته باشد شرايط منبع تابش 2 -تابش داراي شدت كافي باشد 3 -پايدار باشد 13

14 انواع منابع تابشي 1( منبع تابش خطي 1 -الم بخار فلزات 2 -كاتد خالي 3 -الم تخليه الکتريکي )بدون الکترود( 2( منابع تابش پيوسته 1 -دوتري 2- تنگست 3 -الم گازي فشار قوي آرگون زنون. يا جيوه 4- جامدات بياثر در دماي 1500 تا ( ليزر وي گي ها 1- شدت زياد 2- عرض ك 3- ماهيت همدوسي 14

15 اجزاء و جنس دستگاههاي طيف سنجي 15

16 Laser: Light amplification by stimulated emission of radiation اولي ليزر در سال 1960 معرفي شد 16

17 فرآيندهاي مه در ليزر Pumping Spontaneous emission Stimulated emission Absorption 17

18 نشر خود به خود 18

19 نشر تحریكي و جذب 19

20 معكوس شدن جمعيت و تقويت نور 20

21 ليزرهاي سه و چهار ترازه 21

22 چند مثال از ليزهاي مفيد ArF,XeF or ) ( 3+ )Al 2 O 3,0.05% Cr طول 4cm قطر =694.3nm سه ترازه =1064nm چهار ترازه =632.8nm ( =488.0, ترازه( nm Arچهار +, Kr + (CO 2, 10.6 µm N 2 =337.1nm) He, F 2, Ar or Kr or Xe ليزرهاي فاز جامد: ليزر ياقوت ليزرNd:YAG نودميوم در بلوري از آلياز آلومينيوم ايتري ليزرهاي گازي: 1- ليزرهاي با ات خنثي مانند: He/Ne 2- ليزرهاي يوني از گونه فعال 3- ليزرهاي ملکولي, COچهار 2 N, 2 ترازه 4- ليزرهاي اگزايمرeximer ( =351, 248,193 nm KrF 22

23 ليزرها ي رنگي: محلول هاي تركيبات آلي)مريي, فرابنفش, مادون قرمز( چهار ترازه = 5-20nm ليزرها ي ديودي نيمه هادي )نوارهاي هدايتي وظرفيتي در سه نوع ماده( 23

24 انتخابگر طول موج ايده آل: انتخاب گر طول موج تابشي با يك طول موج يا يك فركانس بدهد علت نياز به انتخاب گر: افزايش حساسيت افزايش انتخاب گري ايجاد رابطه خطي بي سيگنال و غلظت انواع انتخاب گر طول موج :filters صافي تکفامساز فقط براي ناحيه خاصي در طيف مناسب است :monochromtort و ناپيوسته است به طور پيوسته طول موج را ميتوان تغيير داد 24

25 انتخابگر طول موج صافيها Interference filters also called fabry- petro تداخلي: filters 30 تا 250 nm پهناي مؤثر بي جذبي )مخصوص مرئي( : band pass filter (a يك نوار از كل طول موج حذف ميكند b) rejection filter عبور در حدود %100 در يك ناحيه c) cut off filters سريع به صفر مي رسد ولي 25

26 Effective bandwidth for two types of filters 26

27 صافي هاي تداخلي اساس كار تداخل امواج است. و تشکيل شده از دو صفحه شيشهاي نيمه صيقل شده و نقره اندود شده كه در بي آنها يك ماده ديالکتريك شفاف )كلسي فلوريد و يا منيزي فلوريد( قرار گرفته است. 27

28 Schematic cross section of an interference flitter For reinforcement in point 2: n =2t/cosθ if θ=0 then n =2t where t= dielectric thickness & is wavelength in dielectric so as = then =2t /n ضخامت اليه ديالکتريك (t) تعيي كننده طول موج است. اليه شيشهاي طوري انتخاب ميشود كه به جزء طول موجهاي تقويت شده بقيه را جذب كند 28

29 Transmission characteristics of typical interference filters Interference wedges 29

30 Comparison of various types of filters for visible radiation مشخصات صافي: ماكزيممي a) كه عبور مي دهد درصد عبور c) عرض مؤثر (b 30

31 تکفامساز تغيير طول موج در يك فاصله )عمل پيمايش( اساس ساختمان براي UV و مرئي و IR شبيه است ولي جنس مواد متفاوت مي باشد. اجزاء تکفامساز: 1- شکاف ورودي 2- عدسي يا آينه موازي كننده 3- منشور يا شبکه پراش 4- آينه يا عدسي متمركز كننده 5- دريچه خروجي) شکاف خروجي( 31

32 Monochromators a) Czerney-Turner grating monochromator b)bunsen prsim monochromator 32

33 تکفامساز با منشور IR از منشور در ناحيه UV متفاوت است( انواع منشور و مرئي و استفاده ميشود. )مواد براي هر ناحيه منشور 60 C )بونزن وكرنو( منشور 30 C ليترو Littrow اساليد 11 33

34 Dispersion of a prism a) Quartz Cornu type b) Littrow type 34

35 Grating monochromator شبکه پراش در ناحيه UV و مرئي بي شياردر ميايمتر)رايجتر 1200 تا ) 1400 و در ناحيه 10IR تا 200 شيار در ميايمتر دارد. انواع شبکه: Echellet Concave Holographic Echelle 35

36 Schematic illustration of mechanism of diffraction from an echellette-type grating 36

37 3 و 2 براي سازنده بودن بايد تفاوت مسيرهاي تابش بازتاب شده 1 از λ باشد λ) (n i زاويه فرودي با خط عمود rزاويه بازتابش ماكزيم تداخل سازنده. اختالف مسير شعاع يعني. 1 و 2 CD- AB= nλ Sin i=cd/d and Sin r=-ab/d d(sin i +Sinr)=nλ با مضربي يعني در هرزاويه پراشr ما داراي چندي طول موج هستي )يعني اگر برايn=1 طول موج 800nm به دست اوري براي 3. 2=n and طول موج 400 و

38 شبکه مقعر شبکه هالوگرافی شبکه اکل)اشل( 38

39 وي گيهاي عملکرد تکفامساز Performance characteristic of monochromator كيفيت تکفامساز بستگي دارد به: 1- خلوص تابش خروجي قدرت تفکيك توان جمعآوري نور عرض مؤثر نوار - خلوص تابش خروجي-خلوص طيف و توانايي تکفامساز در جداسازي طول موجهاي مختلف به عنصر پاشان بستگي دارد. 39

40 پراكندگي: توانايي تکفامساز در جداسازي طول موجهاي مختلف به پراكنش آن بستگي دارد. پراكندگي زاويهاي: (dr/dλ) تغيير زاويه پراش بر حسب λ پراكندگي خطي: D=dy/d =Fdr/d معکوس پراكندگي خطي: D -1 =d /dy=1/f d /dr (nm/mm or Aº/mm) 40

41 پراكندگي در تکفامساز شبکهدار براي بدست آوردن پراكندگي زاويهاي در تکفامساز شبکهدار ميتوان از رابطه (r = nλو d (Sin i+sin با فرض اينکه i ثابت باشد مشتق گرفت. n dλ= d Cosrdr يا = dr/dλو n/d Cosr معکوس پاشندگي خطي 1- D برابر است با D -1 =d /dy=1/f d /dr=(d Cosr)/nF يعني باكاهش d )فاصله بي خطوط( و يا افزايش خطوط مقدار پاشندگي زاويهاي افزايش مييابد. در زاويه كوچك پراش 0=r Cosr 1 وd/nF = D 1- يعني براي اهداف عملي پراكندگي خطي در تکفامساز شبکهاي ثابت است. 41

42 پراكندگي در تکفامساز منشور دار پاشندگي زاويهاي منشور به صورت زير تعريف ميشود. dr/d =dr/d d /d ;كه dr/d تغيير زاويه شکست نسبت به ضريب شکست d /d تغييرات ضريب شکست برحسب پاشندگي نوري dr/d توسط شکل هندسي منشور و زاويه تابش ورودي تعي مي شود. و به آن پاشندگي نوري پراگندگي هندسي گفته ميشود. حداكثرمقدارC 60= است تا از انعکاس جلوگيري شود If =60 then dr/d =(1-n 2 /4 )-1/2 42

43 Dispersion of three types of monochromator 43

44 توان تفکيك تکفامساز بياني از توانايي آن در جداسازي دو طول موج نزديك به ه است. R= / در تکفامساز با شبکه پراش R= / =nn كه N برابر با تعداد شيار و n مرتبه پراش است. در تکفامساز با منشور( b(d /d = R= / كه b قاعده منشور است 44

45 توان جمعآوري پرتو توسط تکفامسازها هر چه انرژي تابشي بيشتري به آشکارساز برسد S/N بهتر است. توان تکفامساز در جمعآوري تابشي كه از شکاف ورودي بيرون ميآيد با ويا سرعت نور بيان ميشود. عدد كه = F/d و فاصله كانوني =F و قطر عدسي =d 1/ 2 f عدد توان جمعآوري نور يك سيست متناسب است با 10 بي صفر و تغيير ميكند 45

46 شبکه اکلی)اشلی( اولي در سال 1949 توسط G.R. Harison مناسب براي دستگاه چند كاناله نشري پراكندگي و تفکيك زياد دارد 46

47 تک فام ساز اشلی تفاوت شبکه اشل با اشلت: 1- زاویه تیغه )شیار( شبکه اشلی بیشتر است برخوردها با زاویه بازتر 2 -سمت کوتاه تیغه )شیار( مورد استفاده قرار می گیرد تا سمت بلندتر آن 3- این شبکه دارای تعداد شیار کمتر است) 300 شیار در میلیمتردر )UV,Vis 4- زاویه بازتاب در شبکه اشلی بیشتر و نزدیک زاویه تابش است یعنی: r=i = n =(Sini+Sinr) become n =2d Sin و پراگندگی معکوس: D -1 =2d Cos /nf افزایش پراکندگی با زیاد کردن زاویه و یا مرتبه پراش انجام می 47 گیرد

48 48

49 Two-dimensional dispersing element including an echelle grating and a 30-deg. prism مشکالت:پراکندگی خطی در مرتبه های بازتاب باال مثال:پوشش ناحيه نانومتر نياز به پراش با مرتبه های 48 تا 118 است 49

50 Schematic representation of the focal plane of an echell monochromator showing the location of for 10 of 70 orders 50

51 دستگاه طیف سنجی نشری با شبکه اشل 51

52 Construction of slits شکاف تکفامساز دو لبه شکاف بايد دقيقا موازي و در يك صفحه باشد دهانه دو شکاف ممک است ثابت ويا متغير باشد 52

53 Illumination of an exit slit by monochromatic radiation 2 at various monochromatic setting 53

54 شکاف تکفامساز و عرض مؤثر نوار عرض نوار: برابر با دهانه مورد نياز در تنظي تکفامساز است )برحسب طول موج( كه تصوير شکاف ورودي عرض شکاف خروجي را طي ميكند. عرض مؤثر نوار متناسب با شکاف تکفامساز است. عرض مؤثر نوار:برابر با نصف گسترهاي از طول موج است كه توسط دستگاه عبور داده ميشود. عرض مؤثر نوار را ميتوان به معکوس پراكندگي خطي ربط داد. D -1 = y i y=w λ eff = WD -1 جداسازي طول موجهاي نزديك به ه وقتي ممک است كه عرض مؤثر نوار كمتر از نصف اختالف طول موجها باشد. 54

55 اثر هپنای شکاف بر روی تفکیک 55

56 مثال: از يك تکفامساز شبکهاي با معکوس پراكندگي خطي 1.2 nm/mm براي جداسازي دو خط سدي با طول موجهاي و استفاده شده است از نظر تئوري چه عرض شکافي نياز است. eff =1/2 ( )=0.3 nm eff =wd -1 w= eff /D -1 =0.3nm/(1.2nm/mm) =0.25 mm 56

57 انتخاب هپنای شکاف عرض موثر نوار بستگی به قدرت پاشندگی منشور و شبکه پراش و عرض شکافهای ورودی و خروجی دارد. عرض شکاف کم پيک باريک جذب يا نشر شدت تابش کمتر مناسب برای جداسازی )کار کيفی( عرض شکاف زياد برای کار کمی پيک پهن جذب يا نشر شدت تابش زياد مناسب 57

58 اثر پهنای نوار بر جزییات طیف بخار بنزن 58

59 مقايسه تکفامساز منشوردار و شبکهدار مزيت تکفامساز شبکهدار به منشوردار عبارت است از: 1- در تکفامساز شبکهاي پاشندگي مستقل از طول موج است : طراحي تکفامساز سادهتر است. 2- چون پراكندگي ثابت است كل طيف را با يك عرض شکاف ميتوان گرفت. 3- اگر اندازه شبکه و منشور يکسان باشد پاشندگي شبکه بيشتر از منشور است. 4- با شبکه ميتوان در ناحيه UV و مرئي و مادون قرمز كار كرد اما منشور جذب ميكند. اشکال: در شبکه تابش پراكنده و مزاح بيشتر است 59

60 ظرف نمونه: ظرف نمونه بايد نسبت به تابش شفاف باشد. آشکارساز تابشي اولي آشکارساز چش انسان بعد صفحه عکاسي و يا فيل و بعد آشکار ساز فوتوالکتريك )انرزي تابشي را به سيگنال الکتريکي تبديل مي كند( است. 60

61 خصوصيات آشکارساز ايدهآل 1- حساسيت زياد 2- نسبت S/N زياد 3- عکسالعمل ثابت در گستره وسيع طول موج 4- سريعا در مقابل تابش عکسالعمل نشان ميدهد 5- در غياب تابش سيگنال خروجي حداقل باشد 6- سيگنال الکتريکي ايجاد شده متناسب با توان پرتوي باشد كه به S=KP آشکارساز ميرسد S= kp + kd آشکارسازهاي فوتوني ;كوانتيده. هستند. 61

62 انواع آشکارساز 1 -فوتوني: داراي سطح حساس نوري است)كوانتيده( UV, Visible, IR (shot noise) الکترون جذب تابش نشر a) )جريان نوري( (photocurrent) جذب تابش b) ارتقاع الکترون )UV, Visible, near IR( photoconductivite افزايش هدايت فوتو رسانا (Johnson noise) IR ( 2 -گرمائي (حرارتي)غيركوانتيده 62

63 اپسخ نسبی انواع خمتلف مبدل های فتوالکرتیک 63

64 آشکار سازهای فوتونی فوتو ولتايي voltaic) (photo انرژي تابش ايجاد جريان در سطح تماس بي ني رسانا و فلز ميكند. فوتولوله (phototube) جذب تابش نشر الکترون از سطح جامد حساس نوري لوله فوتوتکثير كننده -(photomultiplier) جذب تابشي آبشار الکترون سلول فوتورسانا :(photoconductivity) جذب تابش توسط ني رسانا ايجاد حفره و الکترون- افزايش هدايت فوتو دياويد سيليس photodiodes) (silicon جذب فوتون افزايش هدايت در اتصال معکوس pn 64

65 سل فوتو ولتائي يااليه سدي Barrier layer cell or photovoltaic 550nm ناحيه مرئي ماكزيم nm و جريان متناسب با شدت تابش است. با گالوانومتر يا ميکروآمپرسنج اندازه گيري ميشود. 100µA- 10 جريان حاصل بي مزيت: وارزاني و عدم نياز به منبع خارجي سادگي ضعف : نيست وعکسالعمل ضعيف در توان ك و افت عکسالعمل در اثر افروزش طوالني تقويت تابش ممک كاربرد: دستگاه ساده و متحرک و كارهاي روزمره 65

66 vacuum فوتوني الم )فوتو لوله( phototube شدت جريان 10/1 سل ولتائي مقاومت زياد تقويت سيگنال ممک است. تعداد الکترونها متناسب با توان تابش. در پتانسيل اشباع مقدار جريان مستقل از پتانسيل و مستقيما متناسب با توان تابش. محدوديت: جرايان سياه 66

67 Photo emissive material for vacuum phototube Photo emissive material for Vacuum phototube 1- flat response Ga/As Ultraviolet sensitive 3-red sensitive Na/K/Cs/Sb/multi alkali S-11 Ag/O/Cs 4-highly sensitive (bi -alkali) K,Cs,Sb

68 عکس العمل طیفی نوعی نشر کننده قوتونی 68

69 المپ های تکثری کننده فوتونی b) electric circuit a) cross section of the lamp هر فوتون ايجاد 10 6 تا 10 7 الکترون ميكند. مزايا: مناسب براي اندازهگيري تابش با شدت ك حساسيت زياد به UVو مرئي 2- عکسالعمل سريع محدوديت: جريان سياه )در اثر گرما( كه آشکار ساز در دماي 30 - سرد ميكنند 69

70 Photoconductivity detector حساستري آشکارساز در ناحيه μm IR( از مواد ني مي شود نزديك( رساناي سولفيد سلنيد واستبنيد فلزات Ga Cd Pb جذب تابش ارتقاع الکترون به تراز رساناي كه توسط پل وتسون اندازهگيري ميشود. رايجتري ماده (0.8-2μm or cm -1 ) PbS افزايش هدايت و Inساخته مي گردد 70

71 آشکارساز سیلیکون دیودی a) schematic of a silicon diode b) formation of depletion layer; prevent flow of electricity under the reverse bias از فوتو لوله حساستر ار فوتو تکثير کننده ضعيفتر گستره نانومتر-کاربرد: x ray 71

72 آشکار سازهای چند کاانله اولين: صفحه عکاسی يا نوار فيلم زمان الزم برای ظهور فيلم مبدل های چند کاناله فوتونی: کلودين ها به فوتون محدويت: اي آشکارسازها: شامل يك سري آشکارساز كوچك )نازک( فتوحساس هستند كه طوري قرار گرفتهاند كه تمام عناصر يك دسته پرتوي پاشيده شده توسط شبکه پراشي را همزمان اندازهگيري ميكند. انواع آشکارساز چند كاناله: 1 -ديود نوری رديفی PDAs) photo )يک diode array, بعدی -2 انتفال بار( devices (charge transfer الف- دستگاه شارز تزريقی devices,cids) ( charge injection دو بعدی ب- دستگاه شارز جفتی CCDs) ( charge coupled devices, دو بعدی 72

73 A vidicon tube detector a) vidicon tube b) target array of silicon diode 73

74 Silicon diode array - تشکيل شده از تعدادي silicon diode )تراشه الکتريکي( silicon chip 211 روي يك تعداد ديويد خازني روي تراشه به كارخانه سازنده بستگي دارد و 4098 عرض ديوند μm حساسيت گستره خطي و اندازه تراشه 1-6 cm S/N : تنها مزيت مناسب براي دستگاه چند كاناله است رايج كمتر از لوله هاي فوتوتکثير كننده. 74

75 آشکار ساز دیود-ردیفی اب ولتاژ معکوس خطی b) top view a) cross section 75

76 76

77 آناليز كننده چند كاناله نوري Optical multichannel analyzer اي دستگاه شامل: تکفامساز+ آشکارساز چند كاناله كامپيوتر + - حساسيت و گستره خطي اي آشکارسازهاي چند كاناله كمتر از لوله فتو تکثير كننده است. 77

78 Charge transfer devices مزيت: چند كاناله حساسيت شبيه كامل شبکه اشل به طور همزمان وجود دارد PMTو دو بعدي است نمايش طيف 78

79 ميزان بار توليد شده از دو طريق اندازه گيري ميشود: -1 دستگاه شارز تزریقي device,cids) (charge injection تغيير ولتاژ از انتقال بار ناحيه زيري يك الکترود به ناحيه زيري الکترود ديگر اندازه گيري مي شود ب- دستگاه شارز جفتي (charge coupled device, CCDs( بار انتقال يافته توسط يك تقويت كننده حساس به بار اندازه گيري مي شود 79

80 Duty cycle of a charge transfer device first charge measurement c)2 nd charge (production & storage of charge b meas. After charge transfers d) re-injection of charge into the semiconductor (a (b 80

81 آشکارسازهای گرمائی آشکار ساز نوري براي ناحيه مادون قرمز مناسب نيست. اساس كار آشکار ساز گرمائی: تابش توسط جس كوچك سياه جذب ميشود و افزايش دما اندازه گيري مي شود. ظرفيت گرمائي جاذب بايد ك باشد تا تغيير دما محسوس باشد )تغيير دما حدود چند هزارم كلوي است(. لذا اندازه و ضخامت عنصر جاذب بايد حداقل باشد. اشکار ساز گرمائي بايد ازنظر گرمائي از محيط محافظت شود. تابش منبع را chopped مي كنند. 81

82 انواع آشکار ساز گرمائی 1- ترموكوپل: از اتصال يك فلز) سم ) به انتهاي يك فلز نامتشابه ايجاد مي شود. در بي دو اتصال يك پتانسيل ايجاد مي شود كه اي پتانسيل با تغيير دماي اتصال تغيير مي كند. اتصال مرجع بايد ظرفيت گرمائي باال داشته باشد. براي افزايش حساسيت چند ترموكوپل را به ه متصل مي كنند كه آنرا ترموفيل نامند. ترموكوپل اختالف دماي 6-10 (اختالف پتانسيل 6 تا 8 ميکروولت/ميکرو وات( كلوي را اندازه مي گيرد 2- بولومتر: گرماسنج مقاومتي است. از فلزاتي نظير نيکل پالتني و يا نيمه رساناها ساخته شده )ترميستور(. تغيير دما باعث تغييرزياد در مقاومت مي شود. بولومتر ژرماني ناحيه 1- cm پيروالکتريك:تري گليس سولفات دماي كوري 47 درجه سانتيگراد عکسالعمل سريع مناسب براي FTIR 82

83 پردازشگر و قرائت گر عالمت signal processor and readout پردازشگر تقويت سيگنال تبديل از dc به Ac صاف كردن رياضي انواع قرائت گر و عمليات d Arsonval meter, Cathode- ray tube digital meter, scale of potentiometer اكثر اوقات خروجي آشکارساز نوري پردازش و با روش آنالوگي نشان ميدهند. ميانگي جريان پتانسيل و يا هدايت تقويت و سنجه نشان مي دهند. 83

84 شمارش فوتون photon counting روش ديجيتال پالس ايجادشده توسط فوتونها شمرده ميشود. تعداد پالسها متناسب با شدت تابش است. موارد استفاده: در پرتو X و تالشي مواد راديواكتيو اخيرا در UV و مرئي - مزيت نسبت به analog 1- S/N زياد ميشود زيرا اگر پالس كمتر از يك حد باشد حذف ميشود. 2- حساسيت به تابشهاي ك 3- افزايش دقت در يك زمان خاص اندازهگيري 4- حساسيت كمتر به تغييرات ولتاژ و دما - اشکال دستگاه پيچيدهتر و گران قيمتتر 84

85 فيبر نوري Fiber Optics اواخر 1960 انتقال تابش و تصاوير از يك قسمت دستگاه به قسمت ديگرتوسط لوله هاي نوري )قطر 0.25) µm to0.6 cm Schematic of the light path through an optical fiber 85

86 حسگرهاي فيبرنوريOptrodes -فاز معرف در انتهاي الياف نوري ثابت شده است بره كنش آناليت با معرف ايجاد نشر جذب بازتابش فلورسانس يا لومينانس ميكند و به وسيله الياف نوري به آشکارساز انتقال مييابد. 86

87 87

88 طراحي دستگاهها نام دستگاههاي مختلف نوري: -اسپکتروسکوپ :Spectroscope تکفامساز چش در صفحه كانوني مشاهده خطوط نشري - رنگسنج :Colorimeter آشکارساز چش انسان تقويت كننده و شناساگر مغز براي جذب - نورسنج :Photometer منبع + صافي + آشکارساز فوتوالکتريك و پردازشگر عالمت)جذب جذب مرئي وIR و )UV - فلورمتر :Fluoromete براي اندازهگيري فلورسانس - اسپکتروگراف :Spectrograph منبع+ تکفامساز+ صفحه عکاسي و يا ديودهاي رديفي يا دستگاه هاي انتقال بار - اسپکترومتر :Spectrometer منبع+ تکفامساز با صفحه كانوني ثابت - اسپکتروفوتومتر :Spectrophotometer اسپکترومتر+ آشکارساز فوتوالکتريك 88

89 89

90 90

91 Fourier Transform (FT) روش FTIR در سال 1950 به وسيله اخترشناسان ابداع شد. مزاياي روش FT عبارتند از: 1- مزيت Jaquinot يا خروجي زياد )through-put( به عنصرهاي نوري ك 2- صحت و دقت زياد در تعي طول موج 3- مزيت ذاتي ويا multiplex or Fellegett advantage که کل طيف همزمان گرفته ميشود. در نتيجه می توان با يک زمان معين S/N را بهبود بخشيد. (1958) 91

92 Time Domain Spectroscopy P(t)=k[Cos(2 1 t)+cos(2 2 t)] 92

93 wavelength 93

94 Methods of obtaining time domain 7 طيف در حيطه زمان را نمی توان در فرکانس spectra هرتز گرفت 10 Michelson interferometer (1891) The وسيله براي تعديل كردن تابشهاي نوري است.پرتو تابشي را به دو ني تقريبا مساوي تقسي ميكند و سپس طوري آنها را تركيب ميكند كه تغيير شدت در پرتو تركيبي معياري از تفاوت مسير پيموده شده توسط دو پرتو باشد. نمودار توان شدت خروجي از يك آشکارساز در ازاء δ interferogram )تداخل نما( نامند. را (F = Retardationاختالف =δ 2 -M) مسير بي دو پرتو 94

95 Schematic of a Michelson interferometer illuminated by a momnochromatic source 95

96 رابطه بي فركانس ورودي و خروجي را ميتوان با توجه به منحني p(t) ازاء (interferogram) δ بدست آورد. - بدي صورت: طي كند. يك سيکل زماني اتفاق مي افتد كه آينه مسير اگر سرعت حركت آينه V m برابر با باشد. در /2 را و زمان الزم براي حركت آينه به اندازه 2/ Then V m. = /2 but in interferogram f=1/ =V m / ( /2)=2V m / =2V m =C/ f=2v m /C if V m =1.5cm/sec f=(2 1.5/ ) =

97 97

98 Fourier Transformation of interferograms The wave in Fig. a is described as: P( )=1/2p( )Cos 2 ft 98