Лабораторный стенд EDU-SPEBCT1/M Спектрометр Черни-Тернера

Стенд предназначен для образовательных, демонстрационных и учебных целей, включает подробное руководство для удобной сборки и использования.

Экспериментальная часть дает возможность:

• собрать спектрометр Черни-Тернера для абсорбционной спектроскопии;

Лабораторный стенд EDU-SPEBCT1/M «Спектрометр Черни-Тернера», модифицирует настройку спектрометра из лабораторного стенда EDU-SPEB2/M «Спектрометр на основе дифракционной решетки или дисперсионной призмы», приближая ее к оптической геометрии, используемой в коммерческих устройствах. Эта конфигурация позволяет проводить количественные измерения абсорбционной спектроскопии. Обратите внимание, что этот стенд не является самостоятельным, и для сборки полной установки требуются компоненты из лабораторного стенда EDU-SPEB2/M.

Конфигурация Черни-Тернера включает вогнутые зеркала вместо линз для устранения хроматических аберраций, вращающуюся решетку и вторую регулируемую диафрагму-щель для функциональности монохроматора, а также фотодиод для количественных спектроскопических измерений. С этим набором студенты получают более глубокое понимание принципов работы спектрометров и монохроматоров, а также возможность записывать спектры различных источников света и проводить абсорбционную спектроскопию твердых или жидких образцов. В набор также входит цветной оптический фильтр с несколькими полосами пропускания в видимом диапазоне в качестве тестового образца.

Примечание: Лабораторный стенд EDU-SPEBCT1/M «Спектрометр Черни-Тернера» не является самостоятельным; для сборки полной конфигурации требуются компоненты из лабораторного стенда EDU-SPEB2/M. Пожалуйста, свяжитесь с технической поддержкой, если вы хотите приобрести только компоненты для сборки полной конфигурации лабораторный стенд EDU-SPEBCT1/M «Спектрометр Черни-Тернера».

Эксперименты:
Лабораторный стенд EDU-SPEBCT1/M включает дополнительные компоненты, которые в сочетании с частями из лабораторного стенда EDU-SPEB2/M позволяют собрать сканирующий спектрометр с геометрией Черни-Тернера.

Используя установку, показанную на рисунке 1, источник света может быть четко сфокусирован на входную щель, а затем коллимирован на решетку с помощью вогнутого зеркала. Решетка установлена на вращающейся платформе, что позволяет изменять угол падения. Дифрагированный свет от решетки фокусируется на выходную щель с помощью второго вогнутого зеркала. Линза фокусирует свет, проходящий через выходную щель, на фотодиодный детектор, а напряжение на фотодиоде измеряется мультиметром. Небольшой экран, расположенный между входной и выходной щелью, используется для блокировки рассеянного света, попадающего на зеркала.

Эта установка представляет собой монохроматор. Благодаря дифракции света на решетке, только небольшой диапазон длин волн проходит через выходную щель, а центральная длина волны выбирается путем вращения решетки. Спектры могут быть получены поточечно путем записи напряжения на фотодиоде для различных углов вращения решетки.

Уравнение решетки для вращающейся решетки

Уравнение дифракции решетки для угла падения α и угла отклонения β :

k·λ·g = sin(β) + sin(α)

где k — порядок дифракции, λ — длина волны, а g — плотность штрихов решетки.

На рисунке 2 изображен первый порядок дифракции для двух разных углов вращения решетки. Поскольку остальная часть установки фиксирована, угол θ между падающим светом и направлением света, проходящего через выходную щель, остается постоянным, в то время как α и β изменяются, что приводит к прохождению разных длин волн через выходную щель. Для определения θ используется процедура калибровки, а вращающаяся платформа обнуляется так, чтобы отображаемый угол был равен углу падения α. Затем следующее уравнение связывает угол вращения решетки с длиной волны, проходящей через выходную щель:

k·λ·g = sin(θ + α) + sin(α)

Получение спектров

Спектр интенсивности источника света получается путем вращения решетки с небольшими фиксированными шагами и записи напряжения на фотодиоде для каждого шага. Для абсорбционной спектроскопии твердого или жидкого образца снимаются два спектра: эталонный спектр без образца и спектр с образцом, помещенным в путь луча. Спектр пропускания образца можно определить, разделив спектр образца на эталонный спектр. На рисунке 3а изображен эталонный (зеленый) и образцовый (синий) спектры для примера измерения, выполненного с использованием оптического светофильтра FGB67 с полосой пропускания: 900 - 1375 нм, который входит в комплектацию в качестве тестового образца. На рисунке 3б изображен результирующий спектр пропускания светофильтра, записанный с помощью лабораторного стенда EDU-SPEBCT1/M и коммерческого ПЗС-спектрометра.

Автоматизация лабораторного стенда :
Лабораторный стенд EDU-SPEBCT1/M может быть автоматизирован для ускорения измерений сканирующей спектроскопии. Еще одним преимуществом автоматизации является возможность использования меньших шагов, что повышает спектральное разрешение.

Для автоматизации лабораторного стенда мы предлагаем заменить ручную вращающуюся платформу и фотодиод на моторизированную вращающуюся платформу и компактный измеритель мощности соответственно. Кроме того, для управления моторизированной вращающейся платформы требуется контроллер. Моторизированная вращающаяся платформа имеет минимальный шаг 2,4 угловых минуты по сравнению с разрешением 5 угловых минут стандартной вращающейся платформы. Автоматизированная установка показана на рисунке 4а.

Основными преимуществами автоматизации лабораторного стенда являются более быстрые измерения и лучшее разрешение по сравнению с использованием только лабораторного стенда EDU-SPEBCT1/M «Спектрометр Черни-Тернера». На рисунке 4б показано, что автоматизированный набор «Спектрометр Черни-Тернера» демонстрирует схожую производительность с компактным ПЗС-спектрометром при измерении спектра поглощения многополосного фильтра. Это измерение было выполнено менее чем за три минуты, что значительно быстрее, чем с использованием только лабораторного стенда EDU-SPEBCT1/M. При ограничении спектрального диапазона измерения, спектральное разрешение (т.е. расстояние, на котором две спектральные линии наблюдаются отдельно) автоматизированного набора лучше 0,6 нм, что подтверждается измерением линий натрия-D, показанным на рисунке 4в.

КОМПЛЕКТАЦИЯ

1) Держатель для стержней Ø 12.7 мм с подпружиненным винтом, высота: 50 мм, 2 шт.
2) Стержень для держателей оптики L = 50 мм, 2 шт.
3) Держатель для стержней Ø 12.7 мм с подпружиненным винтом, высота: 75 мм, 2 шт.
4) Стержень для держателей оптики L = 75 мм, 4 шт.
5) Универсальный держатель стержней Ø12.7 мм с подпружиненным фиксирующим винтом, высота: 75 мм, 2 шт.
6) Основания Ø31.8 мм для крепления держателей стержней с помощью прижима, 3 шт.
7) Универсальный короткий прижим, паз: 31.5 мм, 2 шт.
8) Центрирующая пластинка для кинематических держателей оптики Ø12.7 мм, 1 шт.
9) Вращающаяся платформа с высокоточным позиционированием, 1 шт.
10) Пластинка-адаптер для крепления оптических элементов на вращающейся платформе с высокоточным позиционированием, 1 шт.
11) Белый экран 75 мм x 75 мм, 1 шт.
12) Хомуты для фиксации высоты крепления элементов на стержне Ø12.7 мм, 1 шт.
13) Двояковыпуклая линза из стекла N-BK7, Ø25.4 мм, фокусное расстояние 30.0 мм, без покрытия, 1 шт.
14) Держатель для оптики со стопорным кольцом, Ø25.4 мм, 1 шт.

15) Вогнутое зеркало с серебряным покрытием, Ø25.4 мм, фокусное расстояние: 200.0 мм, 2 шт.
16) Кинематический держатель оптических элементов Ø25.4 мм, 2 шт.
17) Центрирующая пластинка для кинематических держателей оптики Ø25.4 мм, 2 шт.
18) Регулируемая оптическая щель, 1 шт.
19) Оптический светофильтр (Ø25 мм, материал BG36, полоса пропускания: 900 - 1375 нм), 1 шт.
20) Корпусированный Si фотодиод, диапазон длин волн: 350-1100 нм, 1 шт.
21) Тубус для крепления линз, без внешней резьбы, длина: 25.4 мм, 1 шт.
22) Тубус для крепления линз со стопорным кольцом, 1 шт.
23) SMA коаксиальный кабель, штекерный разъем SMA и штекерный разъем BNC, длина: 304 мм, 1 шт.
24) BNC адаптер - T образный, 1 шт.
25) Адаптер типа "Banana" - гнездовой BNC разъем и разъем типа "Banana", 1 шт.
26) Укороченный BNC терминатор, постоянное сопротивление: 100 кОм, 1 шт.
27) Цифровой мультиметр, 1 шт.
Лабораторный стенд поставляется в упаковочных кейсах с ложементом, методическим описанием, комплектом крепёжных элементов, набором для чистки оптики и инструментами.