| I/I = exp [ k(d2- d1) ] (3.1.1.)
munosabatdan k yutilish koeffisientining haqiqiy qiymati, ya’ni yorug’likning qaytishiga tegishli tuzatmadan xoli bo’lgan qiymatini topamiz. Bu k koeffisientning son qiymati moddaning yorug’lik intensivligi e = 2,72 marta kamaytiruvchi qatlamining d = 1/ k qalinligini ko’rsatadi.
Yutilish koeffisient to’lqin uzunligining funksiyasi bo’lgani uchun odatda uning ko’rinishlari jadval shaklida yoki grafik ko’rinishida beriladi. Ba’zan k ning ga bog’lanishi ancha g’alati ko’rinishga ega bo’lib unda ko’p yutilishning ensiz soxalari bor, bularga yaqin joylashgan to’lqin uzunliklari esa sezilmas darajada susaymasdan o’tadi.
I = Iexp(-kd) umumiy qonuniyat k yutish koeffisienti to’g’risida tushuncha kiritadi va yutuvchi modda qalinligi arifmetik progressiya bo’yicha ortib borgan holda yorug’likning intensivligi geometrik progressiya bo’yicha kamayib borishini ko’rsatadi. Bu qonunni Buger 1729-yil tajribada topgan va nazariya jihatdan asoslagan. U.Buger qonuni deyiladi. Bu qonunning fizik ma’nosi quyidagicha: Yutish ko’rsatgichi yorug’likning intensivligiga, binobarin yutuvchi qatlamning qalinligiga bog’liq emas.
S.I.Vavilov yorug’lik intensivligi o’zgarishining juda keng soxasida Buger qonuni to’g’ri ekanini ko’rsatadi. Ammo shuni hisobga olish lozimki, yorug’lik yutgan molekula yangi uyg’ongan o’tib yutilgan energiyani ajratadi . Molekula hali bunday holatga turganida uning yorug’lik yutish qobilyati o’zgargan bo’ladi . S.I.Vavilov tajribalarida Buger qonunining eng katta intensivliklarda ham to’g’ri bo’lishi shu narsani isbot qiladiki har bir paytda bunday uyg’otilgan molekulalar soni juda oz bo’ladi , ya’ni molekulalar uyg’ongan holatda juda qisqa turadi. Haqiqatdan ham bu tajribalarda ishlatilgan barcha moddalarda molekulalarning uyg’ongan holatda turish vaqti 10 s dan ortmaydi. Juda ko’p moddalar ana shu turga ta’luqli, demak ular uchun Buger qonuni o’rinli.
Uyg’ongan holatda bo’lish vaqti ancha katta bo’lgan moddalarni maxsus tanlab olib S.I.Vavilov yorug’lik intensivligi etarlicha katta bo’lganda yutilish koeffisientining kamayishini kuzata oladi. Buger qonunidan bu chetlanishlar alohida ahamiyatga ega, chunki ular tarixan birinchi marta chiziqli bo’lmagan optic hodisalar ya’ni superpozisiya prinsipiga bo’ysunmaydigan hodisalar mavjud bo’lishini ko’rsatadi. Demak, Buger qonuni chekli soxada qo’llaniladi . Biroq yorug’lik intensivligi unga katta bo’lmagan hamda atom va malekulalarning uyg’ongan holatda bo’lish vaqti etarlicha qisqa bo’lgan juda ko’p hollarda Buger qonuni yuqori darajadagi aniqlikda to’g’ri bo’ladi.
Buger zichligi hamma joyda ham bir xil bo’lmagan muxitdan yorug’lik yutish masalasini ko’rib chiqdi va “Nurlarni tutib qola oladigan yoki sochib yubora oladigan soni toq zarralarni uchratganidagina yorug’lik bir xil o’zgara oladi” va demak yutish uchun qalinliklarda joylashgan modda massalari ahamiyatga egadir deb ishonch bildirdi. Bugerning bu 2-qonuni katta amaliy ahamiyatga ega. Chunki tajriba haqiqatdan ham shuni ko’rsatadiki yorug’likni gaz molekulalari yutgandagi ya’ni deyarli yutmaydigan erituvchida erigan modda molekulalari yutgandagi hollarda yutish koeffisienti yirug’lik to’lqini yo’lidagi birinchi uzunlikda joylashgan yutuvchi molekulalar soniga ya’ni c konsentrasiyaga proporsional bo’ladi. Boshqacha aytganda k absorbsiya (yutish) koeffisienti k=Aс munosabat bilan ifodalanadi va Bugerning umumlashgan qonuni I= Ie ko’rinishni oladi, bunda : A – konsentrasiya bog’liq bo’lmagan va yutuvchi modda molekulasi uchun xarakterli bo’lgan yangi koeffisientdir. A ni konsentrasiyaga bog’liq emas deb tasdiqlaydigan qonun ko’pincha Beer qonuni deyiladi. Chunki, Berr 1852 yil rangli suyuqliklarning yorug’lik yutishi ustida o’tkazgan o’lchashlari asosida ana shunday xulosaga kelgan edi. Bu qonunning fizik ma’nosi molekulaning yutish qobilyati atrofidagi molekulalar ta’siriga bog’liq emasligidan iborat. Bu qonunni qoida deb qarash to’g’riroq bo’ladi, chunki ko’p hollarda, ayniqsa, konsentrasiya ancha kattalashganda, yani yutuvchi modda molekulalari orasidagi masofa ancha kichiklashganda bu qonundan chetlanishlar kuzatiladi. Xuddi shunga o’xshash, ko’pincha erigan moddalar uchun A koeffisientning qiymati erituvchining tabiatiga bo’g’liq bo’ladi, bu ham tekshirilayotgan molekulaning yutish qobiliyatiga atrofdagi molekulalarning ta’sir qilishini ko’rsatadi.
Kvantiy tasavvurlar soxasida tebranishlarning xususiy chastotasiga E va Eenergiyali m va n holatlar orasidagi o’tishning
(3.1.2)
chasotasi to’g’ri keladi. Binobarin 1/2 chastotali yutilish chizig’iga atomning n xolatga birdaniga 2 foton yutib o’tishi to’g’ri keladi, chunki
(3.1.3.)
1/3 chastotali chiziqqa esa atomning 3 foton yutib o’tishi to’g’ri keladi va hokazo. Bu hodisa ko’p fotonli yutilish deb atladi. Ko’p fotonli yutilishni M. Geppert-Mayer 1931-yilda nazariy ravishda oldindan aytgan, lekin u faqat 1962- yilda (Kayzer va Garret) evropiy bilan aktivlangan CaF kristalliga yoqut lazeri nuri tushirilganda eksprimental ravishda aniqlangan. Bundan keyingi tadqiqotlarda ko’p fotonli yutilish metallar bug’ida organik bo’yoqlar eritmalarida, organik va noorganik kristallarda hamda gazlarda batafsil o’rganilgan.
Ko’p fotonli yutilish juda xilma-xil namoyon bo’lishi mumkin. Masalan, modda tarkibida va chastotali spektral komponentlar bo’gan yorug’lik yog’dirilsa [10], u holda shart bajarilganda 2 ta n va h foton yutilishi mumkin. Ko’p foton yutilish natijasida optik elektron atomdan ajralib keta oladi (ko’p fotonli ionlanish G.S. Voronov, N.B.Delone, 1965-yil)masalan, neodim lazeri nurlanishning 21 fotoni yutilish oqibatida geliy atomi (ionlanish potensiali 24,58eV) ionlangan. Bunday tajribalarda quvvatli lazerlarning impulsiv fokslangan nurlanishi qo’llaniladi, yoritilganlik 10-10Vt/sm qiymatlarga erishadi, elektr maydon kuchlanganligi esa 10 -10 Vt/sm bo’ladi.
Zamonaviy spektral asboblar , barcha o’lchash jarayonlari yuqori darajada avtomatlashtirilgan, optiko – elektron qurilmalardir. Ularda nur energiyasini elektr energiyaga aylantirish infarmatsiyani ishlashning umumiy elementi zaruratdir. Asbobning optik qismining spektral xususiyatlarining nurlanish qabulloluvchining qabul etuvchining parametrlari bilan munosabati birinchi darajali masalasi bo’ladi. Spektrga yoyilgan nurlanishni aylanishlari bilan bog’liq asosiy vaziyatlarni ko’ramiz.
Monoxramotor kirish tirqishi bir teks yoritilganda spectral intervalda oqim
Ф()=Ф(,)=LS, (3.1.4.)
Qayerda L - yoritilganlikning spectral zichligi;
S- kirish tirqishi yuzasi ;
- oqim tarqalayotgan fazoviy burchak .
Chiqish tirqishining kengligini, kirish tirqishi tasviri kengligiga teng qilinadi. Agar chiqish tirqishining
Kengligi bu tasvirdan katta bo’lsa ajratish qobilyati yomonlashadi va unga tushadigan sochilgan yorug’lik ko’payadi. Chiqish tirqishi tasvirdan kichik bo’lganda nurli oqimning foydali qismi yo’qotiladi.
Asbobning chiziqli kattalashtirishida chiqish tirqishi yuzasi
S=h* l=S (3.1.5.)
Qayerda h va l - chiqish tirqishining balandligi va kengligidir.
Qabullovchining sirtida nurli oqim
Ф()= Ф()=L h l/=ClL (3.1.6.)
qayerda - asbobning optic qismining o’tkazish koeffisienti ;
C- ,, h o’zgarmas kattaliklarni birlashtiruvchi doimiy.
Tirqish bilan kesiladigan spectral interval (2) formulaga ko’ra =l D’e , qabullovchining spectral sezgirligi esa S unda qabullovchining foto toki.
IФ= SФ()= CSL( l)2 D’e (3.1.7.)
Ifodadan ko’rinadiki fototok IФ, to’lqin uzunligiga murakkab ko’rinishda bog’langan kattaliklar bilan aniqlanar ekan. Spektrni avtomatik qaydlashda yuzaga keladigan masalalar tushinarli bo’lishi uchun , qaydlashdagi qiyinchiliklar yaqqolroq ko’rinarli , bir kanalli spektrofotometrni ko’ramiz.
Emission tahlilda , nurlatuvchi spektri bo’ylab energiya taqsimotini aniqlash talab qilinadi. Shuning uchun fototok L kattalikka to’g’ri proporsional bo’lishi kerak. Unda to’lqin uzunligi o’zgarganda S D’e ko’paytma o’zgarmay qolishi kerak , aslida har bir ko’paytuvchi alohida to’lqin uzunlikning analitik tasvirlab bo’lmaydigan murakkab funksiyasi.
Absorbsion tahlilda nurlanish izlanayotgan namunadan o’tadi va uning o’tkazish koeffisienti aniqlanadi. Bunda fototok va L kattaliklarga bog’liq bo’ladi . Nurlanish manba spektrida energiya taqsimotini inobatga olish kerak bo’ladi . Shu maqsadda avtomatlashgan spektral asboblarda kirish va chiqish tirqishlarining kengligi shunday o’zgartiriladiki , bunda kirish tirqishida Lkattalikning teng qiymatlariga fototokning teng qiymatlari mos kelsin . Buning uchun murakkab mexanizm qo’llaniladi. Mexanizm chiqish tirqishi bo’ylab spektrning siljitilishi bilan birga , tirqishlar kengliklarini aniqlangan qonun bo’yicha o’zgartiradi.
Ikki kanalli spektrofotometrlarda bir xil to’lqin uzunlikdagi va intensivlikdagi ikkita yorug’lik nurlarida o’lchashlar olib boriladi. Tahlil qilinayotgan moddaning optik yutishini, ikkinchi nurda joylashtirilgan etalonning yutishi bilan solishtirishdan aniqlanadi. Odatda ikkala nurdagi oqimlar nisbati o’lchanadi.
Natijalarni qaydlashda , signal sathi shovqinlikdan aniq son marta katta bo’lishi kerak . Malumki , qabullovchining sezuvchan sirtidagi oqim chiqish tirqishining enining kvadratiga (l)2 bog’liq. Shuning uchun chiqish tirqishining juda kichik qiymatida oqim shu qadar kichik bo’lishi mumkinki, signalning shovqinga nisbatan kattaligi yetarli bo’lmay qoladi. Qaydlash mumkin bo’lgan minimal (l) qiymat bor.
(l)=C (3.1.8.)
Qayerda S- signal va shovqin quvvatlarining nisbati ;
C- optik sistema va nurlanish parametrlariga bog’liq kattalik.
Asbobning ajratish qobilyatini oshirish uchun l kenglikni kamaytirish kerak. Lekin bu ham l (l) chegaragacha mumkin . Shuning uchun eng katta ajratish qobilyati (3) formulani inobatga olib
R= = D (3.1.9.)
R, fotoqabullovchining va ko’paytirgichning kirish zanjirining shovqinlari bilan chegaralangan. Shovqin sathini kamaytirish va ajratish qobilyatini oshirishga, qurilmaning elektron qismi o’tkazish polosasini f kamaytirish bilan erishish mumkin ammo l ikki marta kamaytirish uchun o’tkazish palasasini f o’n olti marta kerak.
O’tkazish palasasini toraytirish qaydlovchi qurilmaning inersionalligini oshiradi. Chiqish tirqishi kengligida spektrning siljish vaqti
t = l/v (3.1.10.)
Qayerda v- spektrni skonirlash tezligi. Oqim o’zgarishini qayd qilish uchun spektrni sknerlash tezligi qaydlovchi qurilmaning o’rnatilish vaqtidan tkatta bo’lishi kerak. Chunki bu o’zgarishlar vaqtida chiqish kuchlanishi o’rnatilib ulgurmaydi , shuning uchun
l/v> t va v l f (3.1.11.)
Skanirlash tezligi yuqoridan chegaralangan ekan. Skanirlash tezligini oshirish uchun o’tkazish polosasini f kengaytirilish shovqin sathini o’sishiga olib keladi. Shuning uchun katta tezliklarda signalning shovqinga nisbatan berilgan miqdorini saqlash uchun boshlang’ích nurli oqimning katta qiymatini ta’ minlash kerak. Misol: qaydlovchi qurilmaning f = 1Гц o’tkazish polosasida va chiqish tirqishining l= 0.25 mm kengligida skanirlash tezligi
v0.25*10*1=0.25 mm/s (3.1.12.)
Bu paragrifda keltirilgan ma’lumotlardan ko’rinadiki spektral asbob elementlarining optik va elektr xossalari o’zaro bog’lanayapdi. Sistema elementlarining o’zaro bog’lanishlarini tahlil qilish, asbobning sifatiy ko’rsatgichlarini takomillashtirishga imkon beradi.
Optika deganda qachonlardir ko’rish haqidagi fanni tushunganlar. “Optika” so’zining lug’aviy ma’nosi ham shundaan kelib chiqqan. O’rta asrlarda optika asta-sekin ko’rish haqidagi fandan yorug’lik haqidagi fanga aylandi. Ko’rish, ko’zning tuzilishi va ishlashini o’rganadigan fan fizialogik optika nomi bilan ajralib chiqdi.
Optika esa – yorug’likning chiqarilishi, turli muhitlarda tarqalishi, modda bilan o’zaro ta’siri o’rganiladigan fizikaning bir bo’limi bo’lib qoldi. Optika fani ham boshqa fanlar qatori rivojlanishning ierarxik (oddiydan – murakkabga) evolyutsiyasini boshidan kechirdi. Yorug’lik haqidagi dastlabki tasavvurlar eramizdan avval Evklid va Ptalomeylar davridan boshlab, hozirgi zamon kvant optikasigacha shakllandi. Ammo geometrik, korpuskulyar, to’lqin, kvant optikalari – optika rivojlanishining ketma – ket bosqichlarini tashkil qilmaydi. Ularning paydo bo’lishida ketma – ketlik bo’lmasa ham ular bir – birini inkor qilmaydi, balki har birining qo’llanish soxasi, amaliy shakllari mavjud. Yorug’likning korpuskulyar nazariyasiga Nyuton asos soldi, geometrik optuka asosini yorug’lik nurlari, mustaqillik qonuni va XVII asrda fransuz fizigi Ferma ta’riflagan eng kichik vaqt prinsipi tashkil qiladi. XIX asr boshlarida oldin ochilgan interferensiya, difraksiya, qutblanish hodisalari Frenel, Yung, Malyuslar tomonidan to’lqin nazariyasi orqali talqin qilindi. 1864-yilda Maksvell yorug’likning elektromagnit to’lqin ekanligini tasdiqladi. XX asr boshlarida esa Eynshteyn tadqiqotlari yorug’likning kvant tabiatini ochib berdi. Hozirgi vaqtga kelib, moddaning malekulyar darajasidagi analizining optik metodlari – molekulyar optika asosini vujudga keltirdi. Hozirgi zamon materialshunosligida plazma tadqiqotlaridan, astrofizikada keng qo’llaniladigan optik spektroskopiya ham malekulyar optikaga juda yaqin. Spektroskopiyaga R. Bunzen va Kirxgoflar 1859 – yilda kimyoviy elementlarning dastlabki chiziqli spektrlarini taxlil qilib asos solishdi. Keyinchalik Janin va Loker 1868-yil quyoshdan geliy moddasini spektral analiz yordamida kashf qilishdi. Spektral analiz asosida gollaktikalar tezligi aniqlanadi. Balmerning vodorod spektrini tavsiflovchi formulasini tahlil qilib Bor atomining kvant modelini yaratdi.
Hozirgi vaqtda moddalarning spektrini tahlil qilib, ularning xususiyatlarini o’rganish uchun turli xil spektrofotometrlar yaratilgan. Ushbu magistrlik dissertatsiyasini bajarish davomida CФ–46 markali spektrofotometr yordamida ba’zi bir moddalar (distillangan suv, mis sulfat, nikel sulfat) eritmalarining yorug’lik o’tkazish koeffitsiyentlarini aniqlandi.
| 