Componentesde Instrumentação Otica

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Componentes de Instrumentos Óticos • Desenho Geral de Equipamentos Óticos – Características similares somente entre UV – visível – infravermelho • Observação de 6 fenômenos: 1. Absorção 2. Fluorescência 3. Fosforescência 4. Espalhamento 5. Emissão 6. Quimiluminescência absorção fluorescência fosforescência espalhamento emissão e quimiluminescência Materiais Óticos Fontes e Detectores Fontes de Radiação • Deve produzir um feixe de radiação com potência e estabilidade adequadas – Fontes Contínuas • Lâmpadas de gás – argônio, xenônio, mercúrio • Lâmpadas de filamento – tungstênio – Fontes de linhas • Lâmpadas de vapor de sódio e mercúrio • Lâmpadas de cátodo oco – Fontes de laser • light amplification by stimulated emission of radiation • Alta intensidade • Espacialmente reduzidos • Altamente monocromático • Altamente coerente • Pulsado • Contínuo • Número reduzido de comprimentos de ondas Componentes de Um Laser fonte de radiação externa feixe de luz altamente paralela, colimada cristal sólido (rubi) semicondutor (GaAs) solução de corante gás (argônio) Mecanismos de Ação de um Laser • Luz em quatro etapas: a) bombeamento b) emissão espontânea (fluorescência) c) emissão estimulada d) absorção Bombeamento • Excitação das espécies ativas do laser – descarga elétrica – passagem de corrente – outra fonte intensa de radiação • Aumento da população dos níveis energéticos eletrônicos e vibracionais mais elevados • Tempo de vida dos estados vibracionais excitados é curto ~10-13 a 10-15 s • Tempo de vida no estado eletrônico excitado é maior ~ 1 ms (metaestável) Emissão Espontânea • • • • Fenômeno da fluorescência Processo aleatório e multidirecional Comprimento de onda = hc/(Ey - Ex) Resultado: radiação monocromática nãocoerente Emissão Estimulada • As espécies excitadas de laser são atingidas por fótons com exatamente a mesma energia (Ey - Ex) dos fótons produzidos pela emissão espontânea • A colisão faz com que a espécie excitada – relaxe imediatamente para um estado de energia mais baixo – simultaneamente emite um fóton com a mesma energia, propaga na mesma direção e precisamente em fase com o fóton que causou a emissão • A emissão estimulada é coerente Absorção • Ocorre um processo competitivo de absorção • Dois fótons com a mesma energia (Ey - Ex) são absorvidos para produzir o estado excitado metaestável processo idêntico ao bombeamento Inversão de População • Para ocorrer a amplificação da luz o no fótons emitidos >> no fótons absorvidos • No partículas no estado energético mais alto excede o no de partículas no mais baixo inversão de população Inversão de População Sistemas de Três e Quatro Níveis Seletores de Comprimento de Onda • Para a maioria das análises espectroscópicas é fundamental obter uma faixa discreta e estreita de comprimentos de ondas banda Seletores de Comprimento de Onda • Obtendo-se uma largura de banda estreita: – Seletividade na análise – Fundamental para a linearidade em função da concentração • Porém: – Radiação monocromática longe da idealidade – A distribuição da radiação é geralmente gaussiana na saída de um seletor – Largura de banda efetiva ⇒ largura a meia altura • Dois tipos: – Filtros – monocromadores Filtros • Filtros de Interferência Filtros • Filtros de Interferência Filtros • Filtros Fabry-Perot ou de Absorção – Passa alta – Passa baixa – Passa banda ou de banda passante Filtros • Filtros Fabry-Perot ou de Absorção – Passa alta – Passa baixa – Passa banda Monocromadores • • • • Em muitas situações uma faixa de comprimentos de onda não é suficiente Por ex., para obter-se um espectro é necessário variar constantemente o fazer a varredura do espectro Monocromadores: capazes de isolar um dado com uma dada tolerância Similares para UV, vis e IV Componentes 1. Fenda de entrada obtenção de imagem ótica retangular 2. Lentes ou espelhos colimadores para produzir um feixe paralelo de radiação 3. Prisma ou grade/rede de difração para dispersão da radiação em seus vários 4. Lente de focalização recriação da imagem de entrada 5. Fenda de saída no plano focal para isolar a banda espectral desejada Monocromadores • Monocromador Czerney-Turner • Monocromador Bunsen Prisma Grade Prisma x Grade de Difração • Dispersão • Prismas Grades de Difração • • • • Grades de Transmissão transparentes Grades de Reflexão metalizadas Grades Côncavas dispersa e focaliza Grades Holográficas laser e fotolitografia • UV • IV 300 a 2000 ranhuras/mm 10 a 200 ranhuras/mm • Fabricação: molde mestre de alta qualidade e cópias por moldagem • Funcionamento: interferência construtiva entre os feixes de radiação o caminho ótico de cada raio difere por um múltiplo inteiro n de comprimento de onda do raio incidente Grade Echellette λ = (CB + BD) n λ = d (sen i + sen r ) n n = 1, 2, 3... Grade Echelle λ = 2d sen β n Fendas ou Aberturas Abertura Efetiva Efeito da Fenda no Espectro Efeito da Fenda no Espectro Efeito da Fenda no Espectro Transdutores de Radiação Fóton Transdutores • Célula Fotovoltáica • Fototubo de vácuo Tubos Fotomultiplicadores (PMT) Transdutores Multicanais • Arranjo de Fotodiodos (PDA) • Dispositivos de Transferência de Carga – Dispositivo de Injeção de Carga (CID) – Dispositivo de Carga Acoplada (CCD) • Princípio de Transdutores de Diodos de Silício PDA Dispositivos Transferência Carga CID CCD This document was created with Win2PDF available at http://www.daneprairie.com. The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only.