Инфракрасные лучи

Инфракрасные лучи

ИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ, называемые также ультракрасными, или тепловыми, составляют часть спектра световой радиации, простирающуюся от красного конца видимого спектра в область длинных волн. Экспериментальному исследованию доступны по крайней мере 10 октав естественных инфракрасных лучей - от 750 миллимикрометров до 300 микрометров. Инфракрасные лучи с наиболее длинными волнами удается воспроизвести искусственно при помощи электромагнитных вибраторов (Никольса и Тира, Глаголевой-Аркадьевой).

Источники инфракрасных лучей. Радиация всякого нагретого тела сосредоточена гл. обр. в инфракрасной части спектра; поэтому мощными источниками инфракрасных лучей служат обычные температурные излучатели, например, черное тело, лампы накаливания, вольтова дуга. Очень часто при исследовании инфракрасных лучей пользуются ауеровской горелкой и штифтом Нёрнста, которые дают интенсивное селективное излучение в некоторых частях инфракрасного спектра (ауеровский колпачок - в области λ = 18 мкм и около 110 мкм). На фиг. 1. даны кривые излучения штифта Нёрнста при разных мощностях, от 2 до 123 W, по измерениям Кобленца.

Кривые излучения штифта Нёрнста

Для изоляции узких спектральных участков инфракрасных лучей применяются следующие методы. 1) Разложение в спектр призмами и дифракционными решетками.

2) Метод остаточных лучей, в основе которого лежит факт избирательного отражения для лучей, очень сильно поглощающихся в данном веществе (псевдометаллическое отражение). Если сложный пучок инфракрасных лучей отражается, например, от кристалла KJ, то преимущественно отражаются лучи с λ = 96,5 мкм. Повторяя такое отражение несколько раз, можно получить весьма однородные остаточные лучи. 3) Хроматическая аберрация в линзах весьма удобна в некоторых случаях. Например, кварц в области λ = 110 мкм пропускает инфракрасные лучи и обладает большим показателем преломления, около 2,2. С другой стороны, инфракрасные лучи с короткой λ преломляются весьма слабо. Поэтому, расположив диафрагмы и линзу как изображено на фиг. 2, можно выделить монохроматические лучи с λ = 110 мкм.

Инфракрасные лучи

4) Светофильтры. Исследование спектров инфракрасных лучей обнаружило большое количество различных твердых и жидких веществ, пригодных для выделения отдельных областей инфракрасных лучей. Тонкий слой асфальтового лака не пропускает, например, видимого света, но прозрачен для широкой области инфракрасных лучей. Огромный материал в этом направлении имеется в работах Кобленца. 5) Излучение газами в разрядных трубках тонких спектральных линий (например, не дает линии 1083,032 миллимикрометров, 2058,131 миллимикрометров и других, Hg - линии 1014,658 миллимикрометров и др.).

Методы исследования инфракрасных лучей. Инфракрасные лучи производят только ничтожные фотохимические и фотоэлектрические действия, притом лишь в области, ближайшей к видимому спектру (приблизительно не далее 1,5 мкм). Обрабатывая фотографические пластинки различными красками-сенсибилизаторами (в особенности дицианином и неоцианином), можно при длительных экспозициях фотографировать инфракрасные лучи примерно до 1,1 мкм. Пластинка, несколько вуалированная предварительным действием слабых актинических лучей, девуалируется под действием инфракрасных лучей. Применяя в качестве сенсибилизаторов краски йодно-зеленую, малахито-зеленую и другие, можно фотографировать по методу девуалирования до 1,13 мкм (Теренин).

Инфракрасные лучи действуют антагонистически на фосфоресценцию, вызываемую видимыми ультрафиолетовыми лучами, - фосфоресценция быстро «высвечивается» и затем тухнет в тех местах, где падали инфракрасные лучи. Это обстоятельство также применяется иногда для обнаружения ближайших инфракрасных лучей. Универсальными индикаторами инфракрасных лучей служат, однако, только тепловые приборы, болометры, термоэлементы, радиометры и радиомикрометр. Интенсивность инфракрасных лучей обычно настолько велика в сравнении с другими спектральными областями, что при помощи указанных приборов удается исследовать даже тонкую структуру инфракрасных спектров. Для разложения инфракрасных лучей в спектр пользуются призмами из кварца (для области λ от 1,0 до 4,0 мкм), флюорита (от 4,0 до 9,5 мкм), каменной соли (от 9,5 до 14,5 мкм), сильвина (от 14,5 до 23,0 мкм) и отражательными дифракционными решетками. Вместо линз, в спектральных установках, во избежание хроматической аберрации, применяют вогнутые металлические зеркала.

Спектры инфракрасных лучей. Инфракрасные лучи могут быть названы тепловыми, потому что в большинстве случаев они испускаются в результате тепловых вращательных и колебательных движений молекул. Если обратиться к наиболее простому с теоретической точки зрения случаю поглощения или излучения газов, то инфракрасные спектры можно разделить на две области: далеких инфракрасных лучей (примерно от 30 до 200 мкм) и ближних (от 1 до 30 мкм); первые соответствуют чистым вращательным движениям (ротационные спектры) и в простейшем случае двухатомных газов (например, галоидоводородов) могут быть представлены следующей формулой:

Infrakrasnye luchi 3

где v - частота спектральной линии, h - постоянная Планка, m - целое число, I - момент инерции молекулы. Ближние инфракрасные лучи соответствуют ротационно-вибрационному тепловому движению; их спектры в простейшем случае выражаются формулой:

Infrakrasnye luchi 4

где Еn1 и En2 - квантовые энергии двух колебательных состояний, между которыми происходит переход при поглощении или испускании линии, m1 и m2 - целые числа, причем m1—m2= ± 1. Вид такого спектра для поглощения НСl представлен на фиг. 3.

Вид спектра для поглощения НСl

Знание инфракрасных спектров газов представляет большой интерес для определения моментов инерции молекул, а, следовательно, и их строения. Спектры поглощения в жидких и твердых телах более сложны и теоретически менее изучены; они служат, однако, важным эмпирическим средством для изучения строения молекул.

На фиг. 4 представлена пропускаемость (в %) слоя воды толщиной в 0,05 мм.

Пропускаемость (в %) слоя воды толщиной в 0,05 мм

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 9 - 1929 г.