3.3. Optický spektrometr

Nejdůležitější část každého přístroje – rozkládá vstupující charakteristické záření na jednotlivé spektrální čáry. Optickou část tvoří budící zařízení (elektrický výboj, nebo plazma), vstupní štěrbina, difrakční mřížka, výstupní štěrbina a detektory záření.

Sekvenční spektrometr (monochromátorový)

vzduchový, nebo proplachovaný plynem

v jednom časovém období se měří pouze intenzita jednoho stanovovaného prvku

při analyzování více prvků se postupně nastavuje poloha difrakční mřížky, nebo poloha výstupní štěrbiny s fotonásobičem

pomalejší, než simultánní

výhoda,- možnost kdykoliv si vybrat spektrální čáru z pracovní oblasti spektrometru i možnost měřit pozadí v okolí spektrální čáry a tím zlepšit limit detekce (zdlouhavé)

jsou vybaveny plazmovým buzením a nahrazují tak AAS (atomové absorpční spektrometry)

cena činí 50% ceny simultánního spektrometru

Simultánní spektrometr (polychromátorový)

vakuovaný, nebo vakuovaný

měření intenzit těch prvků, na jejichž spektrální čáry jsou nastaveny spektrální štěrbiny a fotonásobiče (až 80 spektrálních čar)

po ukončení expozice se vyhodnocují pouze kanály (prvky) obsažené ve zvoleném analytickém programu (např. bronzy, Al-slit., Mg.-slit.)

uspořádání všech optických prvků na Rowlandově kružnici o různém průměru (0.5, 0.75, 0.1, 1.5) – tzv. Paschen-Rungeho uspořádání, snížen vliv teploty na citlivou optickou část

rychlé a přesné

poměrně nákladné

pro měření intenzit spektrálních čar o vlnových délkách pod 210 nm (např. P, S, B, As, C, Sn) je nutno používat vakuovaných, nebo proplachovaných (Ar) spektrometrů

Kombinované opticko emisní přístroje

obsahují alespoň jeden simultánní a jeden sekvenční spektrometr (někteří výrobci mohou použít až 5 spektrometrů v kombinaci 1 sekvenční + 1 vakuovaný simultánní + 3 nevakuovaný simultánní spektrometry

možnost analýzy kterékoliv spektrální čáry na sekvenčním spektrometru, které by nebylo možno z mechanického hlediska nainstalovat (jsou velmi blízko sebe – každý optický systém obsahuje jednu čáru

cena kombinovaného přístroje nejvyšší

Obr. 2 Sekvenční typ OES

Obr. 3 Simultánní typ OES

Obr. 4 Kombinovaný OES

Rozklad záření

Světlo vstupuje přes vstupní čočku (odděluje vakuovanou část spektrometru od okolní atmosféry) na vstupní štěrbinu. Její šířka se pohybuje 10-25 μm a délka až 50 mm.

Ze vstupní štěrbiny se šíří světlo jako z bodového zdroje a dopadá na difrakční mřížku. Mřížka má rovnoměrně po celém povrchu vrypy (1800, 2400, 3600 mm). Čím více vrypů, tím větší disperze – oddělení sousedících spektrálních čar od sebe. Při větším průměru Rowlandovy kružnice se dosáhne většího oddělení, ale dochází ke ztrátě záření a tím i citlivosti.

Na difrakční mřížce dochází na základě ohybu světla na štěrbině k difrakci příchozího světelného záření na jednotlivé spektrální čáry.

U simultánních spektrometrů jsou v místech, kam dopadá záření příslušných vlnových délek, umístěny výstupní štěrbiny. Jejich šířka se pohybuje od 25 až 150 μm a mohou být umístěny a seřízeny individuálně. Prostor mezi nimi je zatemněn (na fotonásobiče dopadá světlo z příslušné výstupní štěrbiny),- je tedy možnost přesného seřízení, ale může dojít k poruše zatemnění

,nebo mohou být vryty do kovového pásku, který je umístěn na výstupní ploše (Rowlandově kružnici), nemůže tedy dojít k propustnosti mezi jednotlivými výstupními štěrbinami, ale při instalaci dalšího prvku je nutno vyrobit drahý pásek. Není také možné nastavit jednotlivé výstupní štěrbiny a tím se snižuje citlivost.

Detekce záření

V prostoru optického emisního spektrometru jsou za výstupními štěrbinami umístěny fotonásobiče, které tvoří převodník mezi světelným zářením a elektrickým signálem.

Parametry pro výběr fotonásobičů:

integrální citlivost – celková citlivost v pracovní oblasti vlnových délek, je tedy charakterizována citlivostí pro danou vlnovou délku. Nelze pokrýt celý rozsah vlnových délek (160-800nm), a proto se používají 3 typy fotonásobičů –do 120nm, 210-600nm, nad 600nm.

spektrální citlivost

temný proud

maximální provozní napětí

Moderní způsoby detekce záření

Používají se polovodičové detektory – diodová pole, CCD, CID, které snímají celé spektrum najednou. Vyhodnocení spektra se tedy provádí najednou.

Výhody použití – získání informace o celkovém složení vzorku, úplnější než u simultánního spektrometru

Nevýhody použití – horší rozlišovací schopnost