Фурье спектрометр: принципы работы, разрешение

Прямой способ контроля стерилизации – бактериологический

Посев с перевязочного материала и белья или использование бактериологических тестов. Посев производят следующим образом: в операционной вскрывают бикс, маленькими кусочками марли, увлажненной изотоническим раствором хлорида натрия, несколько раз проводят по белью, после чего кусочки марли опускают в пробирку, которую направляют в бактериологическую лабораторию. Для бактериологических тестов используют пробирки с известной спороносной непатогенной культурой микроорганизмов, которые погибают при определенной температуре. Пробирки вкладывают вглубь бикса, по окончании стерилизации извлекают и направляют в лабораторию. Отсутствие роста микробов свидетельствует о стерильности материала. Прямой метод используется для периодического контроля один раз в 7-10 дней.

Список литературы

Юхневич Г.В. Инфракрасная спектроскопия воды. М. 1973.

Зацепина Г.Н. Физические свойства и структура воды. М. 1987.

Карякин А.В. Кривенцова Г.А. Состояние воды в органических и неорганических соединениях. М. 1973.

Антонченко В.Я., Давыдов А.С., Ильин В.В. Основы физики воды. Киев. 1991.

Привалов П.Л. Вода и ее роль в биологических системах.// Биофизика 1968. №1.

Грибов Л.А. Введение в молекулярную спектроскопию. М. 1976.

Митчелл Дж., Смит Д. Акваметрия: Пер. с англ. М. 1980.

Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. : Пер. с англ. Л. 1975.

Рахманин Ю.А., Кондратов В.К. Вода — космическое явление. Кооперативные свойства, биологическая активность. М. 2002.

Вербалович В.П. Инфракрасная спектроскопия биологических мембран. Наука. Казахская ССР.

Беллами Л., Инфракрасные спектры молекул, пер. с англ., М., 1957;

Кросс А., Введение в практическую инфракрасную спектроскопию, пер. с англ., М., 1961;

Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ, ИК, ЯМР и масс-спектроскопии в органической химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979.

Ярославский Н. Г., Методика и аппаратура длинноволновой инфракрасной спектроскопии, «Успехи физических наук», 1957, т. 2.

В мировой практике ИК-анализаторы достаточно широко используются для анализа качества сельхозпродукции:

• зерна (пшеницы, ячменя, ржи, тритикале);
• масличных культур (рапса, сои, подсолнечника, льна);
• продуктов их переработки (жмыхов и шротов);
• комбикормов;
• сухого молока и т. д.

Но для белорусского производителя и заготовителя сельскохозяйственной продукции вопрос о приобретении для своего предприятия таких приборов на сегодняшний день остается открытым, хотя эти приборы удобны в эксплуатации и позволяют в короткие сроки получить необходимые результаты с достаточно высокой точностью.

Для оценки необходимости приобретения и использования в работе ИК-анализаторов с точки зрения метрологии, необходимо, прежде всего, иметь представление о точности и воспроизводимости результатов измерений для конкретного вида продукции по определенным показателям.

Другой, не менее важный аспект – экономический. Желательно получить ясные ответы на вопросы: насколько выгодно иметь такой прибор и каков воз-можный экономический эффект от его применения?

Оптическая схема

Фурье-спектрометр построен по принципу интерферометра Майкельсона. В нем исследуемое излучение служит источником освещения, а одно из зеркал имеет определенную постоянную скорость движения. На выходе получается кривая, которая описывает зависимость отсчета приемника от разности хода лучей. После Фурье-анализа она имеет вид распределения интенсивности излучения по длинам волн (частотам). Несмотря на сложность метод более эффективен при сравнении с непосредственным анализом света.

1 — Источник света.

2 — Фотоприемник.

3 — Зеркала.

СД — Светоделитель.

К — Компенсатор.

У — Устройство измеряющее разность хода.

Л — Линзы (необязательный элемент).

Спектр и функция временной корреляции оптического сигнала имеют однозначную связь, потому интерферометр может быть использован в качестве прибора, позволяющего производить измерение спектра. С другой стороны действие интерферометра на излучение можно рассматривать как действие на совокупность монохроматических волн.

Исследуемое излучение делится на две волны, которые проходят разные оптические пути, интерферируют, и принимаются фотоприемником. В результате интерференции волна имеет излучение с интенсивностью:

, где

Q — интенсивность волны в плечах;

I — длина волны излучения;

D — разность хода.

Если Q1=Q2=0,5Q, то выражение принимает вид:

При попадании на фотоприемник света со спектральным распределением Q(l) отсчет фотоприемника F(D) будет соответствовать сумме отчетов составляющих спектра.

Чувствительность фотоприемника представляет собой коэффициент пропорциональности между отсчетом и потоком света, который воспринимает приемник.

Если представить выражение в виде суммы двух интегралов, при этом учитывая, что слагаемые будут равны при DF-(0), а второе — F-(D ), то получим: , а

F(D)=F-(D)+F-(0) и F-(D)=F(D)-0.5 F(0).

Таким образом интерферограмма представляет собой кривую зависимости F-(D), то есть сигнал, который регистрируется в зависимости от изменения разности хода или косинусный Фурье-образ функции Q(l) P(l).

Обратное Фурье-преобразование интерферограммы при известной кривой чувствительности приемника позволяет определить спектр:

Таким образом, процесс получения спектра в Фурье-спектрометре осуществляется в следующей последовательности:

• Регистрация сигнала, который является функцией изменения разности хода лучей F(D).
• Определение экспериментальным путем F(0), соответствующее нулевой точке абсолютного максимум отсчетов F(D).
• Проведение обратного Фурье-преобразования с использованием вычислительной техники.

h3: Разрешающая способность

Максимальная разность хода интерферирующих лучей определяет разрешающую способность Фурье-спектрометра, которая вычисляется:

dl=l2/2L.

Если расстояние между спектральными линиями не меньше интервала разрешения, то спектр считается разрешенным.

В Фурье-спекрометрах, как и в классических спектральных приборах, наблюдается явление уширения линий. Его основная причина — это замена бесконечных пределов интегрирования на конечные при обратном Фурье-преобразовании, так как интерферограмма регистрируется в конечных пределах lmax-lmin.

Аппаратная функция

Под аппаратной функцией понимают распределение интенсивности в уширенной прибором линии. Определив ее, узнаем разрешающую способность Фурье-спектрометра.

В случае освещения прибора монохроматическим светом J(s)=d (s -s 0),

В результате обратного преобразования получим:

На рисунке аппаратная функция прибора выглядит в виде сплошной линии, а отрицательные значения интенсивности — это результат вычислений, а не реальные значения.

Представленная таким образом аппаратная функция не удобна, так как имеет побочные минимумы, составляющие около 20% максимума. Это приводит к искажению формы линий, которые расположены близко друг от друга. Благодаря применению аподизации удается избежать этих искажений. Смысл такого математического приема — получение однопиковой положительной аппаратной функции