Классификация источников излучения определяется по природе генерируемого излучения и его спектральным характеристикам. В аналитической химии применяются источники:
Тепловые источники (лампы накаливания, галогенные лампы) – создают широкоспектральное излучение в видимой и инфракрасной областях. Обеспечивают непрерывный спектр, необходимый для спектрофотометрии и ИК-спектроскопии. Основные параметры: температура нити, стабильность потока, долговечность.
Газоразрядные лампы (ртутные, натриевые, аргоновые, дейтериевые) – формируют линейчатые или полосовые спектры с высокой интенсивностью в узком диапазоне длин волн. Дейтериевые лампы применяются в ультрафиолетовой спектрофотометрии, ртутные – для флуоресцентного анализа. Особое значение имеют характеристики линии: длина волны, ширина линии, интенсивность и стабильность излучения.
Полупроводниковые источники (светодиоды, лазеры на полупроводниках) – обладают узким спектром излучения и высокой стабильностью интенсивности. Лазеры используются в резонансной спектроскопии, флуоресценции, конфокальной микроскопии и аналитических методах с высокой пространственной разрешающей способностью.
Рентгеновские трубки и радиоактивные источники – создают высокоэнергетическое излучение для методов рентгенофлуоресцентного анализа и кулонометрии. Основные характеристики: энергия фотонов, монохроматичность, интенсивность и направленность луча.
Ключевые требования к источникам излучения: стабильность интенсивности, минимальная спектральная ширина линии, возможность длительной работы без значительных изменений спектра, высокая направленность луча, совместимость с детекторами.
Функция детекторов заключается в преобразовании квантов излучения в электрический сигнал, который может быть измерен и обработан. Классификация детекторов определяется принципом работы и диапазоном длин волн.
Фотоприёмники на основе фототока (фотоэлементы, фотодиоды, фототранзисторы) – используют фотоэлектрический эффект. Фотоэлементы обладают высокой чувствительностью в видимом и УФ-диапазоне. Фотодиоды обеспечивают быстрое время отклика и малый шум, применяются в спектрофотометрии и флуориметрии.
Фотомножители – способны усиливать слабый световой поток до значительных токов. Применяются для ультрачувствительных измерений, включая люминесценцию и хемилюминесценцию. Ключевые параметры: коэффициент усиления, спектральная чувствительность, уровень тёмного тока, время отклика.
Полупроводниковые детекторы (Si, Ge, CdTe, CdZnTe) – регистрируют фотоны через генерацию электронно-дырочных пар. Обеспечивают высокую энергетическую разрешающую способность, особенно в рентгеновской и гамма-спектроскопии. Применяются в атомно-абсорбционной спектроскопии и рентгенофлуоресцентном анализе.
Термоэлектрические и болометрические детекторы – преобразуют энергию излучения в тепловой сигнал. Используются для инфракрасной спектроскопии, особенно при анализе слабых сигналов. Основные характеристики: чувствительность, время отклика, шум термостабильности.
Параметры детекторов, влияющие на точность анализа:
Эффективность аналитических методов определяется согласованием спектральных характеристик источника и детектора. Для узкополосных источников важна совпадение длины волны с максимумом чувствительности детектора. При использовании широкополосных источников применяются монохроматоры и фильтры для выделения нужного диапазона.
Стабильность источника критически влияет на погрешность измерений, особенно при количественном анализе низких концентраций. Высокочувствительные детекторы, такие как фотомножители и полупроводниковые кристаллы, требуют строгого контроля температуры и шумоподавления для сохранения точности.
Эффективная аналитическая работа невозможна без понимания характеристик источников излучения и детекторов, их взаимодействия и оптимального согласования в конкретных методах спектроскопического анализа.