Полевая спектральная лаборатория

19.01.2017

В состав лаборатории входит следующая аппаратура и оборудование: 1) спектрограф с дуговым генератором и штативом (или держателем электродов); 2) приборы для расшифровки спектрограмм (измерительный микроскоп МИР-12, спектропроектор ПС-18 и другие приборы); 3) фотоматериалы, реактивы и фотопринадлежности для проявления спектрограмм; 4) станочек или дрель для подготовки угольных электродов, электроплитка, термометр и другое вспомогательное оборудование.
Наша промышленность выпускает спектрографы нескольких типов: кварцевый спектрограф средней дисперсии ИСП-28, кварцевый спектрограф KCA-1, спектрограф со стеклянной оптикой ИСП-51, спектрограф с дифракционной решеткой ДФС-3 и др.
В кварцевых спектрографах вся оптика сделана из кварца, что обеспечивает работу в ультрафиолетовой и видимой областях спектра (2000—6000 А). Стеклянный спектрограф снабжен оптикой, изготовленной из стекла, поэтому он рассчитан для работы в видимой инфракрасной области спектра (3600—10 000 А).
1. Кварцевый спектрограф ИСП-28. Этот спектрограф наиболее широко применяется при качественных и количественных определениях большинства химических элементов руд, минералов и горных пород.
Источником света спектрографа ИСП-28 (рис. 82) является вольтова дуга, образующаяся между двумя угольными электродами 2, зажатыми в держателях штатива 1. Электроды посредством винтов могут перемещаться в горизонтальной и вертикальной плоскостях, совместно или раздельно. В углублении одного из угольных электродов насыпана порошковая проба, которая сгорает в пламени вольтовой дуги.
Полевая спектральная лаборатория

Свет от угольных электродов проходит через три кварцевые конденсорные линзы 3, 4, 5, составляющие ахроматический трехлинзовый конденсор, который равномерно освещает щель 6 спектрографа. Конденсоры 3 и 4 укреплены в держателях на стойках и могут перемещаться вдоль рельса, а также закрепляться на нем винтами. Конденсор 5 в специальной насадке надевается непосредственно на корпус щели спектрографа. Перед щелью в специальной насадке помещается фигурная диафрагма, которая ограничивает спектр по высоте. Фигурная диафрагма дает возможность фотографировать полоски спектров, расположенные точно одна под другой, без передвижения пластинки с кассетой.
Свет, пройдя через трехлинзовый осветитель, попадает на вертикальную щель 6 с переменной шириной, позволяющей регулировать ширину спектральных линий. Пройдя через щель, пучок света попадает на вогнутое зеркало 7, которое отклоняет его на угол 2° 17' и направляет в призму 8. Призма разлагает падающий на нее параллельный пучок лучей в спектр. Камерный объектив 9 собирает разложенные призмой пучки лучей в фокальной плоскости 10, где находится фотопластинка в кассете.
Внешний вид спектрографа ИСП-28 схематично показан на рис. 83. Корпус 1 спектрографа установлен на металлическом основании 2. К основанию крепится рельс 3. Внутри корпуса прибора сосредоточена оптическая система. На корпусе укреплены кассета 4 для фотопластинок и щель 5. Щель имеет вертикальную ориентировку и смонтирована в специальном корпусе.
Она образуется двумя металлическими шторками, благодаря которым ее ширина может меняться от нуля до 0,4 мм. Регулировка ширины щели выполняется микрометрическим винтом 6; отсчет ширины берется по шкале этого винта с точностью 0,001 мм. Винтом 7 щель можно перемещать вдоль оптической оси, что бывает необходимым при настройке оптической системы спектрографа. В специальной прорези корпуса щели в горизонтальном направлении может перемещаться диафрагма.
Полевая спектральная лаборатория

Кассета 4 укрепляется на рамке 8 и посредством маховичка 9 или 10 может перемещаться в вертикальном направлении. С кассетной частью прибора смонтирована шкала с миллиметровыми делениями, которую можно фотографировать на фотопластинку для удобства расшифровки спектра. Шкала освещается через окошечко в корпусе спектрографа. На верхней части камерного объектива имеется барабан с надписями «шкала» и «спектр». При помощи этого барабана миллиметровая шкала устанавливается для фотографирования или (при съемке спектров) отводится в сторону.
Кассета спектрографа позволяет размещать в ней фотопластинку размером 9х24 см (или две пластинки размером 9х12 см).
На рельсе 3 спектрографа устанавливаются штатив 11 с приспособлениями для закрепления угольных электродов и два осветителя 12 и 13 (линзы 3 и 4, см. рис. 82). Крышка 14 с защелкой 15 обеспечивает доступ внутрь штатива при установке угольных электродов. Винтом 16 штатив закрепляется на рельсе. Через втулки 17 и 18 проходят провода к держателям электродов. Маховичок 19 позволяет перемещать в вертикальном направлении верхний и нижний электроды. Верхний электрод перемещается маховичком 20. Во время работы штатив заземляется при помощи клеммы 21. Щель закрывается затвором 22. Для удаления газов, образующихся при горении дуги, на верхней и передней стенках имеются сетчатые отверстия.
Питание дуги осуществляется от специального дугового генератора ДГ-2, рассчитанного для работы от сети переменного тока напряжением 220 в и частотой 50 гц. При работе в дуговом режиме генератор обеспечивает диапазон токов от 2 до 20 а. Он может работать непрерывно от 3 мин (с токами 10—20 а) до 5—10 мин (с токами 2 — 12 а) с перерывами на 2—3 мин; после 1 ч работы необходим перерыв на 40—60 мин для его охлаждения.
2. Приборы для расшифровки спектрограмм. Для расшифровки спектрограмм применяются измерительный микроскоп МИР-12, спектропроекторы ПС-18, ДСП-1, прибор CTЛ (столик для рассматривания спектрограмм) и обычная лупа.
Спектропроекторы, которые очень широко применяются при спектральном анализе проб, позволяют рассматривать спектрограмму в увеличенном масштабе и определять ориентировочно длину волн по их положению относительно линий спектра железа.
Полевая спектральная лаборатория

Прибор ПС-18 (рис. 84) представляет собой проекционный аппарат, дающий увеличенное в 20 раз изображение изучаемого спектра, спроектированного на белый экран прибора. Он состоит из осветительной системы 1, предметного столика 2 с двумя ручками управления 3, объектива 4 и экрана 5, смонтированных на жестком каркасе 6. Фокусировка объектива на резкость изображения спектра производится вращением маховичка 7. Металлическая крышка 8 с темной шторой 9 служат для защиты экрана от проникновения дневного света.
Спектропроектор является очень удобным прибором, позволяющим вести наблюдение одновременно нескольким лицам. При этом возможна расшифровка большого числа спектров без значительной утомляемости зрения.
3. Вспомогательное оборудование и материалы. В качестве фотоматериалов используются контрастные и особо контрастные пластинки чувствительностью от 0,5 до 30 сд. ГОСТ типов «Изопанхрон», «Изоорто», «Диапозитивные», «Репродукционно-штриховые» и т. д. Проявитель и закрепитель — обычного состава, но для получения хорошего изображения после проявления шести-восьми пластинок реактивы должны быть заменены свежеприготовленными.
Станочек (или дрель) необходим для изготовления углубления в нижнем угольном электроде, электроплитка — для подогрева фотореактивов, термометр — для контроля за температурой проявления, фиксирования и сушки фотопластинок.