Файл: Спектр. анал..doc

Для линий с близкими длинами волн угол  мал, и можно считать , тогда

(30)

Если фокальная поверхность наклонена к оптической оси камеры под углом , то расстояния между линиями увеличиваются

(31)

Разделив обе части равенства на разность длин волн  и переходя от конечных разностей к производной, получим окончательное выражение для линейной дисперсии:

(32)

Линейную дисперсию спектральных аппаратов принято характеризовать обратной величиной – фактором дисперсии (или обратной дисперсией), которая показывает число ангстремов или микрон, приходящийся на один миллиметр длины спектра в фокальной поверхности прибора. При применении объектива с большим фокусным расстоянием f₂=1,5м обратная дисперсия возрастает в 5 раз до 13. Иногда спектрографы снабжают сменными камерами с разными объективами, что позволяет получать нужную линейную дисперсию. Зная линейную дисперсию прибора, легко определить расстояние между близкими линиями в спектре

(33)

3. Увеличение спектрального аппарата

Определяется отношением фокусных расстояний камерного f₂ и коллиматорного f₁ объективов.

(34)

Для автоколлимационных приборов g=1.

4. Спектральная ширина щели

Геометрическая ширина спектральной линии

(35)

где а – ширина щели.

Чем больше а, тем больше и S_Г. Таким образом на спектре изображение щели занимает участок от ₁ до ₂. Здесь могли бы располагаться несколько линий, если а сделать очень малой. Разность называют спектральной шириной щели. Чем шире щель а, тем больше. Очевидно, что

(36)

5. Разрешающая способность

Это способность прибора разделять две рядом расположенные линии. На первый взгляд кажется, что разрешающую способность можно увеличить уменьшая а. В действительности ширина спектральной линии уменьшается только до некоторого предела. При дальнейшем уменьшении а начинают работать дифракция и свет за щелью начинает расходиться. Ширина спектральной линии увеличивается.

Определим дифракционную ширину щели. Объектом, изображение которого строится в спектральном аппарате, является щель. Если бы свет от щели нигде в приборе не ограничивался, то дифракция отсутствовала бы и дифракционная ширина линии равнялась нулю. Фактически свет ограничивается размерами оптических деталей – объективов и диспергирующей системы. Параллельный пучок, соответствующий одной спектральной линии, расходится от оси под небольшим углом

(37)

где d – действующее отверстие.

Можно считать, что дифракционная ширина щели в фокальной поверхности определяется по формуле:

, (38)

когда измеряют полуширину – расстояние между точками, в которых интенсивность равна половине интенсивности в максимуме

Минимальная толщина спектральной линии получается, когда геометрическая ширина щели равна ее дифракционной ширине. Такая щель называется нормальной. Она удовлетворяет условию

(39)

Т.к. , то

(40)

При ширине щели большей, чем нормальная, общая ширина линий определяется в основном шириной щели. При ширине щели меньшей нормальной основной вклад в ширину линии вносит дифракция. Таким образом, как бы мы ни уменьшали ширину щели, ширина лани в спектральном аппарате не будет меньше значения, определяемого по формуле (38).

4.5. Типы приборов спектрального анализа

В настоящее время промышленность выпускает всевозможные типы приборов - переносные и стационарные стилоскопы а также сложные комплексные системы анализаторов металлов и сплавов.

Стационарные стилоскопы используются для проведения спектрального анализа мелких деталей, переносные стилоскопы - для контроля крупногабаритных изделий и деталей на смонтированном оборудовании, доставка которых к стационарному стилоскопу невозможна.

Рассмотрим несколько типов приборов и их основные характеристики.

1. Стилоскоп слп-1.

Рис. 28. Переносной стилоскоп СЛП-1: 1 - налобник; 2 - окуляр; 3 - маховичок со шкалой; 4 - маховичок разворота поворотной призмы;

5 - постоянный электрод

Переносной стилоскоп СЛП-1 (рис. 28) служит для быстрого визуального качественного и полуколичественного анализа всех наиболее распространенных марок легированных сталей и цветных сплавов по их спектрам излучения, в основном по элементам Cr, Ni, W, V, Zn, Fe, Pb, Sn, Al, Cu, Mg, Mo, Mn, Si методом спектрального анализа. Указанное число элементов, определяемых с помощью стилоскопа, может быть расширено. Так, например, имеются таблицы аналитических признаков, составленные для определения Cr, W, Mn, V, Mo, Ni, Co, Ti, Al, Nb, Zr, Si, Cu - в сталях; Zn, Ni, Mn, Fe, Pb, Sn, Al, Be, Si - в медных сплавах; Mg, Cu, Mn, Fe, Si, Zn - в алюминиевых сплавах и для ряда других сплавов.

Стилоскоп рассчитан на анализ крупногабаритного металла, металлического лома, громоздких агрегатов, крупных поковок, деталей крупногабаритных агрегатов и машин без их разборки и т. д. непосредственно на месте, где расположены объекты анализа, а также для работы в условиях полевых ремонтно-восстановительных мастерских, когда анализируемый объект не может быть доставлен в лабораторию для анализа на стационарном стилоскопе.

Анализ с помощью стилоскопа не сопровождается повреждением анализируемого объекта, и деталь после анализа может быть использована по своему прямому назначению. В случае необходимости переносный стилоскоп может быть использован как стационарный стилоскоп, для чего необходимо его закрепить на какой-либо подставке, а исследуемый материал поместить на отдельном столике. Кроме того, переносный стилоскоп может быть использован как обычный спектроскоп для спектрально-аналитических работ.

Стилоскоп может применяться в производственных условиях, включая, работу на открытом воздухе, под навесом в сухую погоду. В настоящем описании приведены лишь общие указания по использованию стилоскопа.

Характеристики стилоскопа СЛП-1:

• рабочий диапазон спектра 390-670 нм.

• предел разрешения: Прибор допускает раздельное наблюдение спектральных линий, нм (519,146; 519,235)

• увеличение зрительной трубы (расчетное) 11,2х

• угол расхождения крайних лучей 10°56.

• диоптрийное перемещение окуляра от установки окуляра на спектральную линию 459,537 нм +9...-3 мм.

• размеры выходного зрачка 2,3 х 1,2.

• фокусное расстояние, мм: объектива 322,2; окуляра 28,8.

• габаритные размеры стилоскопа 190 х 180 х 695 мм.

• масса, кг: стилоскопа, не более 6,5; стилоскопа в укладке, не более 16.

Генератор устойчиво работает от сети переменного тока напряжением 110 В или 220 В с частотой 50 Гц, при колебаниях напряжения в сети -10%...+5% и частоты -2%...+2% в дуговом и искровом режиме:

• дуговой режим с силой тока 6,0 - 8,0 А.

• режим низковольтной искры 3,0 - 4,0 А.

Габаритные размеры генератора 405 х 160 х 350 мм.

Масса, кг:

• генератора, не более 25

• генератора в укладке, не более 30.

По принципу действия стилоскоп аналогичен стилоскопам других конструкции. Между двумя электродами, одним из которых является анализируемый объект, а другим постоянный электрод стилоскопа (дисковый-медный или стержневой-стальной), зажигается дуга или искра, вследствие чего междуэлектродный промежуток заполняется светящимися парами материалов электродов. Лучи света от дуги направляются в спектральный аппарат через конденсор и узкую щель. Образующийся линейчатый спектр рассматривают при помощи окуляра и устанавливают присутствие в спектре характерных спектральных линий определяемых элементов. Наблюдаемый через окуляр спектр содержит линии основного элемента пробы и электрода стилоскопа и линии примесей, имеющихся в анализируемой пробе. Наличие линий того или иного элемента в спектре свидетельствует о присутствии этого элемента и анализируемом объекте; отсутствие линий является признаком того, что искомого элемента в анализируемом объекте в количествах, доступных для определения с помощью стилоскопа, нет. Для большинства перечисленных выше элементов эти линии не являются в спектре при концентрациях порядка нескольких десятых и сотых долей процента. Концентрация анализируемого элемента определяется с помощью спектральных таблиц по сравнительной интенсивности свечения его характерных линий и линии основного элемента.