Filtri e monocromatori

Per analizzare la radiazione emessa da una sostanza eccitata ( spettroscopia di emissione) o la radiazione assorbita dopo che è passata attraverso una sostanza ( spettroscopia di assorbimento) è necessario avere un dispositivo che scompone un singolo fascio di luce policromatica in più fasci di luce monocromatica contenente onde di una sola frequenza ovvero di filtri e monocromatori.

Un filtro è un apparato che consente la trasmissione di alcune lunghezze d’onda di una radiazione mentre assorbe parzialmente o completamente tutte le altre.

Nel visibile i filtri a trasmissione sono vetri colorati o gelatine colorate che ricoprono una ben definita parte dello spettro visibile. Un filtro è caratterizzato da una lunghezza d’onda corrispondente a un massimo di trasmissione dell’intensità e da un’ampiezza della banda di trasmissione intorno a questo massimo che varia da 35 a 60 nm. Esistono una serie di filtri con cui è possibile coprire in totale tutto lo spettro visibile. Esistono anche filtri che operano sfruttando il principio dell’interferenza. Ad esempio un filtro ad interferenza è costituito da uno strato di materiale trasparente, ad esempio nel visibile di fluoruro di magnesio coperto sulle due parti di un sottile film di argento. Ciascun film di argento riflette circa la metà e trasmette l’altra metà della radiazione incidente: parte della radiazione è quindi riflessa ripetutamente dai film di argento ma a ciascuna riflessione un’altra parte della radiazione è trasmessa fuori. I raggi emergenti si sommano e si rinforzano per interferenza se la loro lunghezza d’onda è esattamente un multiplo pari della distanza che separa i due film di argento. Per le altre lunghezze d’onda i raggi interferiscono distruggendosi cosicché non passa radiazione.

Un monocromatore è un apparecchio per isolare una certa banda di lunghezze d’onda generalmente più stretta di quella ottenibile con un filtro.

Il monocromatore è costituito da un elemento disperdente come un prisma o un reticolo di diffrazione insieme a due sottili fenditure che servono come entrata e uscita della radiazione: la fenditura d’entrata definisce uno stretto fascio luminoso che va a cadere sull’elemento disperdente. L’azione di questo elemento è quella di flettere il raggio luminoso di un angolo che dipende dalla lunghezza d’onda: ciò corrisponde a suddividere il raggio nelle varie lunghezze d’onda che lo compongono.

Una fenditura di uscita deve essere posta in una posizione tale da far passare soltanto una stretta frazione di lunghezza d’onda dello spettro. Poiché la fenditura di entrata non può essere resa troppo stretta senza avere fenomeni di diffrazione del raggio uscente dalla fenditura stessa bisogna definire un criterio per misurare la separazione di due lunghezze d’onda adiacenti ottenute con un monocromatore.

Il criterio dice che due lunghezze d’onda che differiscono di Δλ sono risolte quando il massimo centrale di intensità di una coincide con il primo minimo dell’altra. Il potere risolutore di un monocromatore è quindi definito come Δλ/λ dove λ è la media tra due lunghezze d’onda.

I monocromatori a prisma si utilizzano nella regione che va dal vicino ultravioletto all’infrarosso medio. Le caratteristiche di un prisma dipendono dalla sua geometria e dalla natura del materiale con cui è costruito ed in particolare dalla dispersione di questo materiale corrispondente alla variazione del suo indice di rifrazione con la lunghezza d’onda.

Un monocromatore a prisma è generalmente costituito da un prisma con un’apertura di 60°, due lenti e due fenditure:

monocromatore

La prima lente, detta collimatrice, serve a rendere paralleli i raggi incidenti in modo che tutti incontrino la faccia del prisma con lo stesso angolo. La seconda lente, detta focalizzatrice, serve a focalizzare la radiazione dispersa in modo che la lunghezza d’onda desiderata sia centrata sulla fenditura di uscita. Poiché le lenti non sono acromatiche le successive lunghezze d’onda sono focalizzate in punti differenti: la localizzazione dei fuochi è detta curva focale. Un prisma che elimina gli effetti di polarizzazione del raggio è quello di Littrow costituito da un prisma di quarzo con angolo di 30° ed una superficie speculare che riflette i raggi luminosi. In questo caso una lente fa da collimatore e focalizzatore dei raggi luminosi che passano attraverso la lente prima in una direzione poi nella direzione opposta. Questo doppio passaggio elimina, compensandoli, tutti gli effetti dovuti alla polarizzazione.

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Author: Chimicamo

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