60913 spektroskopia009

18

6 — 20 eV przedstawiono na rys. 5. Pomiary w zakresie podczerwieni wymagają usuwania z układu pary wodnej, szczególnie absorbującej światło w tym zakresie. Realizuje się to za pomocą przedmuchu układu suchym powietrzem lub azotem, albo przez jego odpompowanie.

Podstawowe materiały dyspersyjne to: kwarc Si0₂    0,19—4 pm,

szkło    0,3 — 2,5 pm,

LiF    0,12—6 pm,

CaF₂    0,12 — 9 pm,

NaCl    0,2 — 17 pm, higroskopijne

KBr    0,21 — 28 pm,    higroskopijne

CsJ    0,24—50 pm,    higroskopijne.

Jeżeli badane materiały wykazują anizotropię, to pomiary prowadzi się w świetle spolaryzowanym. Polaryzację światła zapewnia się stosując: polaryzatory odbiciowe wykorzystujące odbicie dla kąta Brewstera, polaryzatory z kryształów anizotropowych, np. CaC0₃ (szpat islandzki), polaroidy oraz płytki ćwierćfalowe.

Bardzo wiele badań optycznych wymaga niskich temperatur, dlatego do ich przeprowadzenia stosuje się kriostaty z okienkami zapewniającymi dobrą przepuszczalność światła w określonym zakresie.

Zamiast mierzyć współczynnik odbicia dla normalnego padania i stosować analizę Kramersa—Kroniga, można dokonać pomiaru w świetle spolaryzowanym przy dowolnym kącie padania. W tym przypadku mierzymy współczynniki odbicia dla fali spolaryzowanej prostopadle do płaszczyzny padania R_s i spolaryzowanej równolegle do tej płaszczyzny R_p. Wzory Fresnela mają wtedy postać:

l^ril²

cos#—(N² — rin²#)^1/2 cos# + (N² — sin²#)^1/2

2

(2.26)

(2.27)

N²cos# — (N²—sin²#)^{1/2 2} N²cos# + (N² — sin²#)^1/2 ’

gdzie: # jest kątem padania, N — zespolonym współczynnikiem załamania. Wykorzystując wyniki pomiarów współczynników R_s i R_p dla danego kąta, możemy wyznaczyć wartość N = n + ix.

Standardowe źródła światła zawodzą w obszarze większym od 20 eV, dlatego też do pomiarów stosuje się synchrotrony. Źródłem fali elektromagnetycznej w synchrotronie są zakrzywiające swój tor ruchu elektrony przyspieszone do bardzo dużych prędkości. Tą metodą są uzyskiwane fale w zakresie 10^-3 —10"¹ pm.

W obszarze bardzo niskich energii napotykamy również duże trudności zarówno ze względu na zbyt małą moc źródeł światła, jak i na niewystarczającą zdolność rozdzielczą układów konwencjonalnych. Pomiary w zakresie fal dłuższych niż 10 pm coraz częściej wykonuje się za pomocą spektrofotometrów interferencyjnych zwanych fourierowskimi. Metoda ta zostanie szczegółowo omówiona w dalszej części.

Jednostki związane z częstotliwością fali elektromagnetycznej stosowane w badaniach optycznych, to długość fali wyrażona w mikrometrach (pm), liczna falowa — odwrotność długości fali — wyrażona w cm^-1, oraz energia fotonu hco — wyrażona w elektronowoltach. Używa się też podstawowej jednostki częstotliwości v, którą jest hertz (Hz), czyli liczba okresów na sekundę. Częstość kołowa a) = 2nv. W spektroskopii dalekiej podczerwieni oraz spektroskopii światła rozproszonego stosujemy liczbę falową: 1 cm"¹ odpowiada fali o długości 1 cm lub częstotliwości 3xl0¹⁰ Hz (tzn. 30 GHz).

Energię fotonów wyrażamy czasem w jednostkach k_BT, gdzie k_B jest stalą Boltzmanna, T — temperaturą. Przeliczniki między różnymi jednostkami są następujące:

1 eV <—> 8065,5 cm^-14-» 2,418 x 10¹⁴ Hz *-> 1,2398 pm *->11600 K;

1 cm^-1 <—»0,12398 meV, 1 meV<-» 8,071 cm^-1.

Przykłady:

0,01    pm    -    123,98    eV    -    10⁶    cm"¹    -    3xl0¹⁶    Hz,

0,1    pm    -    12,398    eV    -    10⁵    cm"¹    -    3xl0¹⁵    Hz,

1,0    pm    -    1,2398    eV    -    10⁴    cm^-1    -    3xl0¹⁴    Hz,

10    pm    —    0,1240    eV    —    10³    cm^-1    —    3 x 10¹³    Hz,

100    pm    -    0,0124    eV    -    10²    cm^-1    -    3xl0¹²    Hz,

1    pm    -    0,0012    eV    -    10    cm^-1    -    3x10“    Hz.