Эффекта Зеемана (зеемановский корректор)

Эффект Зеемана заключа-ется в расщеплении атомной спектральной линии излучения (поглощения) на три (нормаль­ный эффект Зеемана) или большее число (аномальный эффект Зеемана) компонентов при помещении источника света или атомизатора в сильное магнитное поле. В дальнейшем для простоты ограничимся рассмотрением нормального эффекта Зеемана. В этом случае средний компонент линии (p-компонент) совпадает по частоте с нерасщепленной линией, а два других (±s-компоненты) - сим-метрично сдвинуты относительно центра линии. При этом p-компонент поляризован в направлении, параллельном направлению магнитного поля, а s-компоненты поляризованы в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного поля (рис. III.16).

На практике зеемановская коррекция неселективного поглощения может осуществляться разными способами. Различие в системах зеемановской коррекции заключается в расположении магнита и его типе. Магнит может быть трех типов: постоянный магнит, электромагнит постоянного тока и электромагнит переменного тока. В магнитное поле может помещаться либо источник излучения (прямой эффект Зеемана), либо атомизатор (обратный эффект Зеемана). Кроме того, направление вектора магнитной индукции может быть параллельным или перпендикулярным оптической оси спектрометра. Рассмотрим два наиболее часто встречающихся варианта включения магнита в схему атомно-абсорбционного спектрометра.

На рис. III.17 представлен вариант прибора, выполненного по схеме обратного эффекта Зеемана с электромагнитом переменного тока, полюса которого расположены таким образом, что вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно направлению светового потока. Стоящий на пути светового потока поляризатор поляризует свет от источника излучения в плоскости, перпендикулярной магнитному полю.

Рис. III.17. Схема атомно-абсорбционного спектрометра с зеемановским корректором неселективного поглощения. Полюса магнитов расположены поперек оптической оси спектрометра

При напряженности магнитного поля, равной нулю, атомная линия поглощения не расщепляется на компоненты, и в этом случае измеряется суммарный сигнал атомного поглощения и фона (рис. III,18 а). В тот момент, когда напряженность магнитного поля достигает максимального значения, линия поглощения расщепляется на p-компонент и два s-компонента, которые поляризованы параллельно и перпендикулярно вектору магнитной индукции соответственно. Параллельно-поляризованный p-компонент не может поглощать свет от лампы с полым катодом, который поляризован перпендикулярно магнитному полю. В этом случае измеряется только неселективное поглощение, причем строго на той же длине волны, что и сигнал атомного поглощения (рис. III,18 б). Разность этих двух измерений дает значение полезного сигнала.

Рис. III.18. Взаимное расположение линии излучения и линии поглощения при выключенном (а) и включенном (б) магнитном поле (p-компонент не приведен)

Недостатком этой схемы является наличие поляризатора, который существенно уменьшает световой поток от источника. Поэтому более предпочтительной является схема, приведенная на рис. III.19. В этой схеме полюса магнита расположены таким образом, что вектор магнитной индукции ориентирован параллельно направлению светового потока. В этом случае при включении магнитного поля наблюдаются только s-компоненты линии. Поэтому необходимость в использовании поляризатора отпадает. В остальном работа этой схемы аналогична описанной выше.

Необходимо отметить, что чувствительность в случае использования зеемановского корректора неселективного поглощения несколько ниже, чем при работе с дейтериевым корректором или без корректора. Это объясняется тем, что s-компоненты не полностью расходятся относительно центра нерасщепленной линии (см. рис. III.16).

Рис. III.19. Схема атомно-абсорбционного спектрометра с зеемановским корректором неселективного поглощения. Полюса магнитов расположены

вдоль оптической оси спектрометра

В результате коэффициент поглощения в центре линии не равен нулю, так что и при включенном поле наблюдается поглощение света, хотя в гораздо меньшей степени, чем при выключенном поле. Это приводит к тому, что разностный сигнал A _З оказывается меньше сигнала, измеренного при выключенном магнитном поле A _выкл. Для характеристики потери чувствительности при использовании зеемановского корректора введено понятие зеемановского отношения, которое по определению равно

.                                            III.11

Для большинства элементов величина R находится в пределах 0.8 - 0.99.