Analisi della radiazione e l’uso di filtri e monocromatori in spettroscopia
Filtri
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I filtri sono dispositivi che permettono la trasmissione di determinate lunghezze d’onda di radiazione, assorbendo parzialmente o completamente tutte le altre. Nei visibili, i filtri a trasmissione possono essere costituiti da vetri colorati o gelatine colorate che coprono una porzione specifica dello spettro visibile. Questi filtri hanno una lunghezza d’onda corrispondente al picco di trasmissione e una banda di trasmissione che varia da 35 a 60 nm. Diversi tipi di filtri possono coprire l’intero spettro visibile, compreso quello dell’interferenza. Per esempio, un filtro ad interferenza è composto da uno strato di materiale trasparente, come il fluoruro di magnesio, coperto da un sottile film di argento, che sfrutta il principio dell’interferenza per controllare la trasmissione della radiazione.
Monocromatori
Il monocromatore è un dispositivo che consente di isolare una banda di lunghezze d’onda più stretta rispetto a un filtro. È composto da un elemento dispersivo, come un prisma o un reticolo di diffrazione, e due sottili fenditure che fungono da ingresso ed uscita per la radiazione. L’elemento dispersivo piega il raggio luminoso ad un angolo dipendente dalla lunghezza d’onda, suddividendolo nelle diverse lunghezze d’onda che lo compongono. La fenditura di uscita permette solo una stretta frazione dello spettro a passare. Poiché la larghezza della fenditura di ingresso non può essere troppo stretta senza creare fenomeni di diffrazione, è essenziale stabilire criteri precisi per la misurazione.
In conclusione, l’analisi della radiazione in spettroscopia richiede l’impiego di dispositivi come filtri e monocromatori per manipolare e studiare le diverse lunghezze d’onda della radiazione emessa o assorbita dalle sostanze analizzate. Questi strumenti giocano un ruolo fondamentale nella ricerca e nell’identificazione delle caratteristiche spettrali dei materiali, fornendo informazioni preziose per la comprensione dei processi chimici e fisici.
L’importanza della risoluzione spettrale
La risoluzione spettrale è un aspetto fondamentale nell’ambito dell’ottica e della spettroscopia. Essa si riferisce alla capacità di separare due lunghezze d’onda adiacenti. In particolare, due lunghezze d’onda che differiscono di Δλ sono considerate risolte quando il massimo centrale di intensità di una coincide con il primo minimo dell’altra.
L’importanza del potere risolutore
Il potere risolutore di un dispositivo di spettroscopia, come ad esempio un monocromatore, è un parametro cruciale da considerare. Esso è definito come Δλ/λ, dove λ rappresenta la media tra le due lunghezze d’onda coinvolte.
I monocromatori a prisma sono ampiamente utilizzati nell’intervallo che va dal vicino ultravioletto all’infrarosso medio. La capacità di separare le lunghezze d’onda deriva dalle caratteristiche geometriche del prisma e dalla natura del materiale di cui è composto, in relazione alla dispersione ottica e all’indice di rifrazione.
Dettagli sull’ottica dei monocromatori a prisma
Un monocromatore a prisma tipicamente consiste in un prisma con un’apertura di 60°, due lenti e due fenditure. La prima lente, chiamata collimatrice, serve per rendere paralleli i raggi luminosi incidenti sul prisma. La seconda lente, detta focalizzatrice, ha il compito di focalizzare la radiazione dispersa in modo da centrare la lunghezza d’onda desiderata sulla fenditura di uscita.
Poiché le lenti non sono perfettamente acromatiche, differenti lunghezze d’onda sono focalizzate in punti differenti, creando una curva focale. Per eliminare gli effetti di polarizzazione, viene impiegato il prisma di Littrow, composto da quarzo con un angolo di 30° e una superficie speculare che riflette i raggi luminosi. Questa soluzione consente di compensare gli effetti dovuti alla polarizzazione, assicurando una maggiore precisione nella separazione delle lunghezze d’onda.
