Spektrofotometrijos instrumentai ir metodai

1
Spektrofotometrijos instrumentai ir metodai

• Spektrografai

2
Astrofizikiniai spektrai

• Spinduliuotes šaltinio spektrines energijos
  pasiskirstymas (SED) teikia informacija apie
  fizines ir chemines savybes.
• Tolydinis spektras teikia informacija apie
  šaltinio spinduliavimo galia ivairiuose bangos
  ilgiuose.
• Spektro linijos teikia informacija apie šaltinio
  judejima, chemine sudeti, temperatura, slegi,
  mikroskopiniu ir makroskopiniu judejimu greicius,
  magnetini lauka.

3
Spektrografas

• Spektrografas (spektrometras) irenginys,
  suskaidantis i ji patenkancia spinduliuote i
  sudetines dalis pagal bangos ilgi.
• Disperguojanciu elementu gali buti prizme,
  difrakcine gardele, grizme (gardele ir prizme).
• Spektrine skyra R, apibrežiama kaip R ?/??
  cia ? yra tiriamasis bangos ilgis, ?? yra
  mažiausias išskiriamas bangos ilgio intervalas.

4
Spektrografu tipai

• Pagal spektrine skyra spektrografai skirstomi i
• Mažos spektrines skyros spektrografus, 10ltRlt1000
• Vidutines spektrines skyros spektrografus,
  1000ltRlt10000
• Dideles spektrines skyros spektrografus, Rgt10000.

5
Spektrografas

• Pagrindines dalys
• Iejimo apertura Naudojant plyši sumažinama
  iejimo apertura. (plyšys gali buti mažesnis už
  regimaji žvaigždes vaizdo skersmeni)
• Kolimatorius Formuoja lygiagreciu spinduliu
  pluošta, kad visi spinduliai ant disperguojancio
  elemento kristu tuo paciu kampu.
• Disperguojantis elementas Šviesa išskleidimas i
  spektra (prizme, difrakcine gardele)
• Objektyvas Ant detektoriaus sufokusuoja spektra.
  
• Detektorius CCD, fotografine plokštele ir pan.

6
Prizminis spektrografas
Disperguojantis elementas prizme.
7
Prizmes kampines dispersijos formule
Lužio rodiklio priklausomybe nuo bangos ilgio
apibudina empirine Hartmano formule
Cia n0, c ir ?0 yra konstantos, kurios
apskaiciuojamos pagal žinomus n trims
skirtingiems bangu ilgiams.
8
Difrakcinis spektrografas
Disperguojantis elementas difrakcine gardele.
9
Difrakcine gardele

• Pralaidžioji gardele skaidri plokštele, kurioje
  ibrežti brukšneliai (režiai), tarp kuriu atstumas
  yra šviesos bangos ilgio eiles.
• Atspindžio gardele veidrodinis paviršius,
  kuriame padaryti režiai, tarp kuriu atstumas yra
  šviesos bangos ilgio eiles. Tokios gardeles
  dažniausiai naudojamos astrofizikoje.
• Krintanti šviesa difraguoja ir pro plokštele
  praejusi arba nuo jos atsispindejusi šviesa rodys
  intensyvumo maksimumus arba minimumus del
  konstruktyvios arba destruktyvios
  interferencijos.

10
Difrakcine gardele

• Panagrinekime du gretimus plyšius pralaidžioje
  gardeleje. Tegu krintanciu spinduliu bangos ilgis
  ?, ju kritimo kampas f, difrakcijos kampas ?.
• Gardeles lygtis

Interferencijos eile
Skirtingu bangos ilgiu maksimumai stebimi prie
skirtingu difrakcijos kampu.
Šie apibrežimai galioja ir atspindžio gardelei.
11
Difrakcine gardele

• Skirtingu eiliu spektrai persikloja. Problemos
  sprendimo budai
• Naudoti detektorius, jautrius tik reikalingam
  spektro ruožui
• Naudoti šviesos filtrus reikalingo spektro ruožo
  atskyrimui.

Difrakcines gardeles spektrine skyra
m interferencijos eile N režiu skaicius
gardeleje.
Difrakcines gardeles kampine dispersija
12
(No Transcript)
13
Profiliuota difrakcine gardele

• Problema gardele sukuria daugelio eiliu
  spektrus. Vienos eiles spektre sukoncentruota ne
  daugiau kaip 10 i gardele krintancios šviesos.
• Profiliuota gardele Gardeles veidrodiniai
  paviršiai ibrežiami taip, kad ju normalaus
  atspindžio kryptis sutaptu su pasirinkta
  difrakcijos eile.
• Gali sukoncentruoti iki 90 i gardele
  krintancios šviesos.
• Dauguma gaminamu gardeliu yra atspindžio
  gardeles, nes jas lengviua pagaminti.
• Jose taip pat esti spektro eiliu persiklojimas.

14
Ešeletai

• Siekiant padidinti spektrine skyra reikia didinti
  režiu skaiciu N (riboja gamybos technologija)
  arba didinti m.
• Naudojant dideles m reikia dideliu f ir ? (artimu
  90).
• Režiu veidrodiniai paviršiai sudaro dideli kampa
  (artima 90) su gardeles plokštuma.
• Ešeletu R 200000.
• Ivairiu eiliu spektrai persiklos.
• Ivairiu eiliu spektrai atskiriami naudojant antra
  kryžmini disperguojanti elementa, kuris skleidžia
  spektra statmenai ešeleto dispersijos krypciai.

15
Ešeletai

• Ivairiu eiliu spektrai atskiriami naudojant antra
  kryžmini disperguojanti elementa, kuris skleidžia
  spektra statmenai ešeleto dispersijos krypciai.

16
(No Transcript)
17
Kolimatorius
Funkcija Suformuoti lygiagreciu spinduliu pluošta
Teisingo kolimatoriaus salyga (b)
Kai
nepasiekiama optimali spektrine skyra (a)
šviesos (skvarbos) nuostoliai (c)
Kai
18
Plyšio nauda

• Padidina spektrine skyra
• Kuo siauresnis plyšys, tuo didesne skyra.
• Sumažina fono itaka.
• Atskiria artimus objektus.
• Atskaitos taškas.

Plyšiu rinkinys
19
Beplyšiniai spektrai

• Kai nenaudojamas plyšys, spektrografas sukuria
  objekto vaizdu seka, išdestyta nuosekliai pagal
  bangu ilgius.

Saturno beplyšinis spektras
Saules vainiko beplyšinis spektras
20
Beplyšinis spektrografas
Vienoje nuotraukoje daugelio objektu spektrai.
Maža dispersija.
21
Grizme

• Grizme prizme su difrakcine gardele.

22
CORAVEL spektrometras
VU AO CORAVEL spektrometras (J. Sperauskas)
sukonstruotas pagal Tokovinin (1987)
23
Daugiaplyšis spektrografas

• Objektai turi buti identifikuoti ir išskirti
  teleskopo fokalineje plokštumoje.
• Pagaminti kauke, kurioje ties kiekvienu tiriamu
  objektu išpjaunamas plyšys. Objektu šviesa
  nukreipiama i spektrografa.

Plyšiai ties objektu vaizdu pozicijomis
spektras
24
Daugiaplyšis spektrografas
Plyšio kauke fotoplokštele su labai tiksliai
išdestytais skaidriais staciakampiais,
atitinkanciais plyšio matmenis ir padetis
metaline plokštele su tiksliai išpjautais
plyšeliais.
25
Daugelio objektu spektrografas

• Skaiduline optika skaidulomis objekto vaizdus
  galima nuvesti iki spektrografo plyšio.
• Objektai turi buti identifikuoti ir išskirti
  teleskopo fokalineje plokštumoje. Vienas
  skaidulos galas itaisomas ant objekto atvaizdo
  fokalineje plokštumoje kitas spektrografo
  plyšio plokštumoje.

26
Daugelio objektu spektrografas
27
(No Transcript)
28
(No Transcript)
29
Integruoto lauko spektrografas
30
(No Transcript)
31
GoldCam Spectrograph, KPNO 2.1m Telescope
32
Coude light path KPNO 2.1m Telescope
33
2.1-m Coude Spectrograph
34
KPNO 4-m Echelle Spectrograph

• R 4 x 104