CC BY
95
РАЗВИТИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ТЕХНИКИ СПЕКТРОСКОПИИ НПВО И МНПВО
Р.К. Мамедов Введение
Методы спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) и многократного нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО) являются весьма эффективными спектральными методами исследования свойств, структуры и состава конденсированных веществ. Эти методы позволяют получать из спектров НПВО значения обеих оптических постоянных - показателя преломления п(у) и показателя поглощения ж(у) анализируемого объекта - и при этом охватывают всю традиционную для молекулярной спектроскопии область значений зе (рис.1).
Я. а
к° / А \ Х^/ЧХ
г^ I МНПВО НПВО | {
---- я» к
^т Пропускание Отражение
I
т--1-1———1-г-г~
10*3 10"2 10'1 10° 101 ю2
эе
Рис.1. Схема применения различных спектральных методов в зависимости от показателя поглощения исследуемого вещества [1]
Широкие спектро-аналитические возможности методов НПВО и МНПВО определили высокую потребность в аппаратуре, основанной на этих методах спектрального анализа. Фирмы - производители спектральной аппаратуры выпускают более 50 моделей приставок НПВО и МНПВО. При всем разнообразии схемно-конструктивных решений, все зарубежные приставки имеют один общий характерный признак - все они базируются на твердофазных элементах НПВО и МНПВО. Данное обстоятельство существенно ограничивает возможность использования этой аппаратуры применительно к исследованию твердофазных веществ из-за сложности обеспечения требуемого для реализации метода НПВО оптического контакта (ОК) между элементом НПВО и исследуемым объектом. В этой связи, в работе [2] отмечается, что физический предел неопределенности зазора в оптическом контакте зависит, главным образом, от плоскостности сопрягаемых поверхностей и высоты их микрорельефа. Согласно этой же работе, средняя высота выступов, а, следовательно, и толщина зазора в оптическом контакте даже полированных поверхностей составляет 2 - 10 нм, что уже находит отражение на качестве регистрируемых спектров НПВО. Увеличение зазора приводит и к изменению интенсивности регистрируемого светового потока, и к смещению частот спектральных полос для Б- и Р- компонент поляризованного света, а, следовательно, и к последующим ошибкам при расчете из экспериментальных спектров НПВО оптических постоянных (ОП) объекта исследования.
Модельные расчеты спектров НПВО типичных объектов с высокой дисперсией показали, что при воздушном зазоре в зоне контакта толщиной 0,5 мкм абсолютные погрешности коэффициентов отражения могут превышать 30% при смещении спектральной полосы более чем на 20 см-1[3]. Все это накладывает жесткие требования к качест-
ву контактного соединения двух твердофазных систем, которое на практике не всегда удается реализовать. Создание оптического контакта посредством традиционных технологий шлифовки - полировки поверхности твердофазного объекта не всегда эффективно, поскольку такие технологии приводят к разрушению кристаллической решетки в поверхностном слое образца и, то есть, к необратимому изменению свойств его поверхности. Согласно работы [4] глубина дефектного слоя пропорциональна размерам диаметра шлифовального порошка, который используется на последнем этапе шлифовки. Таким образом, даже для техпроцесса глубокой шлифовки - полировки глубина дефектного слоя будет порядка 1 мкм, что составляет значительную величину по сравнению с постоянными кристаллической решетки [5]. Очевидно, что такая технология создания ОК исключает возможность исследования поверхности твердофазного объекта в его естественном, исходном состоянии и, в целом, существенно ограничивает применимость традиционных методов и техники спектроскопии НПВО и МНПВО для исследования широкого круга твердофазных систем.
Термопластичные элементы НПВО
Наиболее радикальный путь решения проблемы получения оптического контакта с поверхностью твердофазного объекта был предложен профессором В.М. Золотаревым в середине 80-х годов и заключался в использовании термопластичных оптических материалов для изготовления элементов НПВО [5]. С целью практической реализации этой идей нами были сформулированы требования к таким оптическим материалам, по которым в лаборатории бескислородных (халькогенидных) стекол ВНЦ «ГОИ им. С.И. Вавилова» под руководством д.т.н. В.Ф. Кокориной были разработаны и получены пробные партии термопластичных стекол, перспективных для задач спектроскопии НПВО и представляющих собой халькогенидные системы 3-5-компонентного состава.
Для определения оптимального применительно к термопластичным элементам НПВО компонентного состава стекла нами были исследованы образцы пробных варок этих стекол, в результате чего было установлено, что стекло состава, представленного в табл.1, с температурой размягчения 40-50 оС наилучшим образом отвечает представлениям об термопластичных элементах НПВО [6].
Состав стекла (массовая доля, %) Температура Спектр. диапазон, Показатель
размягчения, мкм преломления
ЛБ БЬ I Бе Те оС (толщина -1 см) ( Х=10мкм)
11 1 29 55 4 40 1... 18 2,37
Таблица 1 Состав и основные характеристики термопластичного стекла ИКС-35
Выбранный состав стекла отвечает практически всем требованиям материалов элементов НПВО: широкая область прозрачности - 1..18 мкм; величина показателя преломления п = 2,40, величина дисперсии 5п в диапазоне 2- 8 мкм не более 0,03; стекло устойчиво к воздействию химических соединений и не взаимодействует с влагой воздуха. В дальнейшем был освоен промышленный выпуск термопластичного стекла этого состава, известного под маркой ИКС-35.
Выполненные нами исследования термомеханических свойств стекла ИКС-35 позволили установить температурные режимы его перехода в различные агрегатные состояния (рис. 2) и на этой основе разработать технологию изготовления термопластичных элементов НПВО с одновременным формированием оптического контакта между элементом и твердофазным объектом [3, 5, 7]. Суть этой технологии состоит в следую-
щем. Матрицу специальной конфигурации заполняют термопластичным стеклом ИКС-35 и разогревают при температуре 40-50оС, при которой стекло переходит из твердой фазы в пластичную, принимая форму матрицы. Исследуемый твердофазный объект наплавляется на активную поверхность элемента НПВО, и осуществляется прогрев стекла до температуры 80-90оС. На этом этапе происходит плавление стекла и заполнение им микронеровностей поверхности объекта исследования, тем самым формируется ОК между элементом НПВО и поверхностью образца.
1, П , Ш
1У
У
1 I
О 20 40 60 80 100 ГС
Рис. 2. Температурно - технологический график применения термопластичного стекла ИКС-35: 1-111 - твердое состояние; 1У - деформация, переход в пластичное состояние; У - пластичное состояние, плавление, кристаллизация
Далее термопластичное стекло охлаждается до температуры 20 - 30оС, при которой оно возвращается в исходное твердое состояние, матрица отделяется от элемента НПВО, а сам элемент с образцом устанавливаются в кюветное отделение спектрометра, и осуществляется регистрация спектра НПВО.
Разработанная технология легко реализуется непосредственно экспериментатором в условиях типовой лаборатории и при этом обеспечивает возможность получения надежного воспроизводимого ОК с произвольной поверхностью твердого тела.
Комбинированные элементы НПВО и МНПВО
На основе комбинации термопластичного стекла ИКС-35 и твердотельных элементов нами также разработаны комбинированные элементы НПВО и МНПВО (рис.3), позволяющие реализовать эксплуатационные достоинства тех и других в одной конструкции [8]. Термопластичное стекло в этой ситуации используется в качестве слоя иммерсии между объектом исследования и твердотельным элементом МНПВО. Главным условием реализации такого элемента является подбор оптического материала твёрдотельного элемента с соответствующей стеклу ИКС-35 спектральной областью пропускания и аналогичным значением показателя преломления. Такими материалами могут служить наиболее популярный в технике НПВО (МНПВО) кристалл КРС-5, а также материал Иртран - 4 (селенид цинка - 2пБе), имеющие близкие показатели преломления и спектральные диапазоны прозрачности (рис.4). Технология изготовления комбинированных элементов МНПВО в оптическом контакте с твердофазным объектом аналогична технологии изготовления термопластичных элементов НПВО.
Рис. 3. Комбинированный элемент МНПВО:: 1 - твердотельный элемент МНПВО; 2 - термопластичное стекло; 3 - исследуемый объект
Необходимость в разработке комбинированных элементов МНПВО связана с тем, что,при всей эффективности применения термопластичных элементов НПВО они имеют свои ограничения, поскольку однократное отражение, реализуемое элементами НПВО, оптимально для исследования объектов, имеющих показатель поглощения ж>0,1. Изучение слабо поглощающих веществ требует использования многократного отражения, т.е. применения элементов МНПВО. При этом практическая реализация термопластичных элементов МНПВО сложна, а их применение малоэффективно, поскольку при реальных размерах длины элемента многократного отражения могут возникать существенные энергетические потери, обусловленные неоднородностями в структуре термопластичного элемента, а также его деформацией под воздействием температуры ИК источника излучения. Таким образом, за рамки потенциальных объектов исследования выводится широкий круг твердофазных веществ с показателем поглощения 10 <ж<10 , для исследования которых оптимальным является метод МНПВО.
Т? °/о
Рис. 4.. Спектры пропускания в слое 2,5 мм: 1 - КРС-5 (п = 2,37); 2 - Иртран-4
(п = 2,40); 3 - ИКС-35 (п = 2,37).
ту.
«00 ЗЯО 3000 3300 2000 1500 1000 500
V, СМ"1
Рис.5. Спектры пропускания элементов НПВО: 1 - комбинированный элемент;
2 - термопластичный элемент
Практический эффект комбинированных элементов НПВО заключается в следующем. Во-первых, становится возможным исследование сильно поглощающих (ж>0,1) твердофазных объектов с развитой поверхностью, используя для этих целей традиционные твердотельные элементы НПВО и, во-вторых, как видно из рис. 5, в тонком слое термопластичного стекла ИКС-35 его спектральный диапазон про-
зрачности расширяется в области низких частот на ~ 350 см-1, а коэффициент пропускания увеличивается в среднем более чем в 2 раза [9]. Тем самым расширяется круг объектов исследования и существенно улучшается соотношение сигал/шум, что положительно сказывается на метрологии измерений спектров НПВО.
Измерительная и расчетная методики количественных исследований объектов со сложным профилем поверхности с помощью термопластичных и комбинированных элементов НПВО и МНПВО
Термопластичные и комбинированные элементы НПВО и МНПВО в сочетании с разработанной технологией формирования оптического контакта впервые обеспечили возможность получения надежных значений коэффициентов отражения от твердофазных объектов со сложной геометрией поверхности. Как известно, конечная задача в спектроскопии НПВО сводится к расчету из экспериментальных спектров отражения Я(ч) оптических постоянных п(у) и ж(у). Абсолютные значения спектральных коэффициентов Я для каждого волнового числа V, в соответствии с выбранным интервалом частот, определяются отношением интенсивности зарегистрированного коэффициента отражения Я^) к соответствующему значению интенсивности так называемой «100% линии». При этом в практике спектроскопии НПВО «100% линию» часто определяют не экспериментальным путем, а произвольным проведением прямой, соединяющей те точки зарегистрированного спектра, в которых, как предполагается, отсутствует поглощение.
Такой подход применительно к количественным измерениям в большинстве случаев некорректен. Дело в том, что в процессе эксплуатации твердотельных элементов НПВО их поверхность подвергается различным воздействиям, приводящим к ее физико-химическим изменениям относительно исходного состояния. Так, например, образуются микроцарапины, появляются адсорбированные пленки, обусловливающие отличие оптических свойств поверхности от объема материала элемента НПВО. Эти эффекты могут приводить к искажениям регистрируемых спектров НПВО. Первая из причин, как правило, обусловливает энергетические потери, связанные с рассеянием излучения, изменением распределения энергии и хода элементарного луча по аппаратуре пучка. Вторая также может вызывать изменение интенсивности светового потока, а в некоторых случаях приводить и к появлению ложных полос поглощения, не принадлежащих измеряемому образцу.
С другой стороны, поверхность самого образца, даже если она предварительно обработана, имеет микрорельеф, приводящий к аналогичным эффектам. По отмеченным причинам реальная «100% линия» по своему профилю может представлять сложный контур, существенно отличающийся от идеализированных прямых.
С развитием термопластичной методики, как указывалось, стали возможными исследования неплоских шероховатых объектов. Однако именно в данном случае описанные нежелательные эффекты становятся наиболее значительными. Это может быть связано как с микроструктурой каждого конкретного элемента НПВО (МНПВО) (возможные микротрещины и пузырьки воздуха, образующиеся в массиве стекла при формировании элемента), так и с существенными отклонениями от плоскостности и шероховатостью поверхности образца. Очевидно, что регистрируемый в этих случаях, спектр системы элемент НПВО - образец несет информацию о совокупности факторов, отражающих реальные условия эксперимента. В то же время «100% линия», произвольно проведенная в соответствии с принятым подходом, не учитывает вклада факторов, приводящих к отклонению ее от идеализированной прямой, и носит в определенной мере субъективный характер. В результате этого в процессе обработки спектра коэффициен-
там отражения для некоторых спектральных участков приписываются неверные значения, что, как следствие, приводит к ошибкам при расчете оптических постоянных.
Все эти причины обусловили необходимость разработки новой, более совершенной с метрологической точки зрения, методики определения «100% линии».
В основу разработанной нами методики заложен принцип экспериментального получения «100% линии» [3] . Суть этой методики заключается в выполнении дополнительной операции - регистрации спектра элемента НПВО, свободного от образца. Для этого по окончании основного измерительного процесса образец отделяют от элемента НПВО. Данную операцию легко осуществить локальным охлаждением образца до 5-15оС. При этом, благодаря уникальному свойству элементов НПВО, получаемых из термопластичного стекла ИКС-35 по описанной технологии, отображать и сохранять форму и рельеф образца, поверхность элемента будет представлять точную копию поверхности образца. (Исследования показывают, что поверхность термопластичного элемента копирует микрорельеф поверхности образца на уровне 0,1 мкм.) Далее элемент НПВО устанавливают в кюветное отделение спектрофотометра и осуществляют запись «100% линии». Очевидно, что полученная таким образом спектрограмма будет отражать общие, характерные для обоих экспериментов, факторы и экспериментальные условия. Рассчитанные из экспериментальной «100% линии» абсолютные значения спектральных коэффициентов отражения при этом будет иметь скорректированные значения, а, следовательно, будут скомпенсированы и ошибки при последующих вычислениях оптических постоянных.
Данный факт находит свое подтверждение при сопоставлении оптических постоянных технического стекла огневой полировки, рассчитанных из спектров НПВО с помощью традиционного подхода и в соответствии с предложенной методикой обработки спектров. Результаты сравнительного анализа показывают, что использование при обработке спектров НПВО условной «100% линии» приводит к относительным погрешностям значений ОП, составившим для данной ситуации -Дп = 21% и Дж = 23%.
Полученные данные свидетельствуют о необходимости использования экспериментального спектра «100% линии» при обработке спектров НПВО, что позволит в значительной степени повысить точность измерений ОП не только полированных поверхностей, но и обеспечит метрологическую базу для количественных исследований объектов со сложной поверхностью.
Важными аспектами метрологии измерений ОП с помощью комбинированных элементов НПВО и МНПВО, требующими анализа, являются:
• влияние иммерсионного слоя определенной толщины и возможное неравенство показателей преломления иммерсии (п8) и элемента НПВО (п;), например, вследствие их различной дисперсии;
• применение стандартной расчетной двухслойной модели при вычислении ОП из спектров НПВО, полученных с помощью комбинированных элементов.
С целью количественной оценки влияния этих факторов на точность определения оптических постоянных нами были выполнены соответствующие модельные расчеты [9]. При описании модели в качестве входных параметров исследуемого объекта для расчетов спектров НПВО были выбраны значения ОП типичного полимера - полиэти-лентерефталата (ПЭТФ) в области основой полосы поглощения 1760-1700 см -1 [10]. Выбор этого материала обусловлен тем, что его значение ж = 0,64 в полосе поглощения близко к значениям ж ряда материалов различного происхождения, что позволяет обобщить результаты расчетов на широкую гамму объектов при исследовании их с помощью комбинированных элементов НПВО.
Расчет спектров НПВО осуществлялся для систем: а) - элемент НПВО (Иртран -4, п = 2,40) - исследуемый объект; б) - элемент НПВО (Иртран - 4) - иммерсионный
слой (ИКС-35, п = 2,34-2,40) - исследуемый объект, для толщины иммерсионного слоя: = 0,0; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0 мм. Результаты расчетов показали, что:
• с увеличением толщины иммерсионного слоя от 0,5 мм до 3 мм и с увеличением показателя преломления иммерсии от 2,34 до 2,40 происходит уменьшение значений коэффициентов отражения в центре спектральной полосы на ~ 10% и ~ 7,0%, соответственно;
• использование стандартной двухслойной модели применительно к комбинированным элементам приводит к абсолютной погрешности коэффициента отражения в центре спектральной полосы, составившей 12%.
Уменьшить ошибки такого происхождения применительно к использованию комбинированных элементов можно посредством использования вышеупомянутой методики расчета абсолютных значений спектральных коэффициентов отражения из спектра экспериментальной «100% линии», применения расчетной трехслойной модели и введения угловой поправки, учитывающей дополнительное преломление света на границе элемент НПВО - иммерсия. Такой подход, как показали результаты расчетов ОП ПЭТФ, позволяет получить значения ОП с приемлемой применительно к поглощающим объектам относительной погрешностью Дп и Дж в пределах ~ 1,5%.
Спектральная аппаратура на основе термопластичных и комбинированных
элементов НПВО и МНПВО
Основной задачей при создании техники спектроскопии НПВО и МНПВО нового поколения являлось обеспечение ее большей эффективности за счет расширения круга объектов исследований и повышения метрологического уровня спектроскопических измерений методами НПВО и МНПВО. Практическое решение этой задачи было реализовано посредством обеспечения возможности использования в новой аппаратуре всей совокупности разработок, относящихся к термопластичным и комбинированным элементам НПВО и МНПВО. Работы по созданию и производственному освоению новой техники проводились в ОАО «ЛОМО», ВНЦ «ГОИ им. СИ. Вавилова» и СПб ГУИТМО.
В ОАО «ЛОМО» был разработан и выпущен инфракрасный спектрометр многоцелевой ИСМ-1. Конструктивные решения блока осветителя и кюветного отделения позволяют использовать ИСМ-1 в различных режимах: спектрометра, спектрорефлек-сометра, спектрометра НПВО и спектрометра МНПВО с вакуумной камерой. Для обеспечения работы в режимах НПВО и МНПВО прибор укомплектован соответствующими приставками, базирующимися на элементах НПВО и МНПВО из твердых стекол и кристаллов. Приставки предусматривают возможность использования в них термопластичных элементов НПВО и комбинированных элементов НПВО и МНПВО, основанных на сочетании термопластичного стекла ИКС-35 и входящих в комплект приставок оптических элементов из стекла ИКС-24 (режим НПВО) и из кристалла КРС-5 (режимы НПВО и МНПВО).
Кроме того, в ОАО «ЛОМО» в сотрудничестве с ВНЦ «ГОИ им. С.И. Вавилова» были разработаны и освоен серийный выпуск приставок НПВО-2 и МНПВО-2. Обе приставки комплектуются твердотельными элементами НПВО и МНПВО и стеклом ИКС-35 для изготовления термопластичных и комбинированных элементов[11]. Для обеспечения возможности подготовки эксперимента - изготовления термопластичных и комбинированных элементов НПВО и МНПВО и формирования оптического контакта экспериментатором в лабораторных условиях - приставки снабжены специальными матрицами различной конфигурации, нагревательным элементом, образованным двумя резисторами с температурами нагревания 60°С и 80°С, и технологической инструкцией по изготовлению термопластичных и комбинированных элементов.
В СПб ГУИТМО разработана и произведена мелкой серией приставка МНПВО-М к промышленным ИК-спектрометрам. Приставка укомплектована элементом МНПВО из материала Иртран-4, что позволяет в сочетании с термопластичным стеклом ИКС-35 изготавливать и использовать в приставке комбинированные элементы МНПВО.
Универсальность и простота изготовления термопластичных элементов НПВО позволяют изготавливать их требуемой конфигурации, что обеспечивает возможность согласования и эксплуатации таких термопластичных элементов практически с любыми моделями зарубежных приставок. Кроме того, поскольку вся известная номенклатура приставок комплектуется элементами НПВО и МНПВО из кристаллов КРС-5, это позволяет использовать в них и комбинированные элементы.
Примеры использования термопластичных элементов НПВО и комбинированных элементов МНПВО для исследования массивных и дисперсных объектов
Примером высокой эффективности использования приставок НПВО, базирующихся на термопластичных элементах, могут служить выполненные нами количественные исследования объемных и поверхностных свойств ряда оптических материалов и, в том числе, кварцевых стекол [12,13].
Необходимость исследования оптических свойств кварца связана с его высокой практической значимостью и отсутствием достаточно надежных данных в части его оптических постоянных для области основной колебательной полосы поглощения 1300-900 см-1. Причина существенных расхождений литературных данных ОП кварцевого стекла, по нашему мнению, заключается в том, что они рассчитаны по экспериментальным спектрам отражения, которые получены от обработанной поверхности кварцевых стекол и описывают не объемные свойства кварца, а индивидуальные поверхностные свойства конкретного образца. Более достоверные значения ОП, относящиеся к объему кварца, могут быть получены при условии исключения влияния ПС.
Благодаря использованию термопластичных элементов и разработанной измерительной методики нам удалось впервые выполнить прямые измерения спектров НПВО скола кварца и получить уточненные значения ОП, относящиеся к массиву стекла. Эти данные были использованы в качестве опорных значений ОП для сопоставления с п и ж поверхностного слоя (ПС) кварцевого стекла, формируемого в процессе обработки его поверхности и, на этой основе, определения оптимальной технологии обработки поверхности, обеспечивающей приближение оптических свойств поверхности к объемным свойствам материала.
Рис. 6. Зависимость параметров пэл и Сэл поверхностного слоя стекол К-8 и КУ-1 от времени полировки, по данным эллипсометрии: 1 - пэл., 2 - с1эл, К-8; 3 - пэл.,4 - dэл, КУ-1.
1А0
ш
135
S 1 2 J 9 S 6
В этой связи нами были исследованы пластинки кварцевого стекла марки КУ-1 и стекла К-8, которые шлифовались и полировались по стандартной технологии в одинаковых условиях, варьировалось только время полирования отдельных пластинок. Образцы кварцевых пластинок, полировавшихся различное время, были исследованы методами эллипсометрии (рис. 6) и спектроскопии отражения в ВУФ-области и НПВО в ИК-области спектра, из которых были рассчитаны спектры показателей поглощения различных образцов стекла КУ-1 (рис. 7).
Рис. 7. Спектры показателей поглощения ж в ВУФ (а) и ИК- области (б) для образцов стекла КУ-1: а- внешнее отражение, 9= 10 0: 1- скол, 2 - 200А, 3 - 400А, 4 - 2200А, 4 - пленка 8102 [89]; б - НПВО, 9=600, Л1=2,37: 2 - 200А, 3 - 400А, 4 - 2200А.
Из рассмотрения спектра ВУФ видно смещение полосы поглощения с ростом толщины ПС в сторону меньших энергий связи электрона. В свою очередь, из ИК-спектров этих же образцов видно, что полосы ж, соответствующие большим толщинам ПС, смещены относительно полосы ж объема (скол) в высокочастотную область с одновременным ростом показателя поглощения в максимуме полосы.
Полученные данные свидетельствуют о неоднородности ПС по толщине, а в совокупности с результатами эллипсометрических измерений позволяют в деталях представить зависимость изменения свойств ПС от времени полировки образцов. На первой стадии полировки происходит резкое уменьшение толщины микрошероховатого ПС. Конец П и начало Ш участков кривой пэл, связан с завершением основного процесса удаления микронеровностей. При этом значение величины пэл определяется главным образом не стехиометрией в ПС. На последней стадии полировки стекла (участок Ш кривой пэл.) происходит удаление части ПС, содержащей много разорванных связей БьО, поверхность образца становится более однородной и прочной, а оптические свойства ПС приближаются к объемным. Сделанные заключения хорошо коррелируют с имеющимися литературными данными по лучевой прочности и подтверждаются хорошей согласованностью значений п и ж при сопоставлении ОП скола и полированного образца, поверхность которого подвергалась механической полировки по стандартной технологии в течение 6 часов.
Наглядным примером иллюстрации спектроаналитических возможностей спектральной аппаратуры, использующей комбинированные элементы МНПВО, являются результаты выполненных нами исследований волоконных структур [14]. Эти исследования были направлены на разработку методики контроля технологического процесса изготовления волоконных сорбирующих устройств для твердофазной микроэкстракции, используемых при хроматографическом анализе органических соединений.
Нами была разработана и апробирована методика, базирующаяся на спектроскопии МНПВО с использованием комбинированных элементов, что позволило обеспе-
БУФ- область
ИК- область
ТО Ш
Е,*в
чить надежный оптический контакт со сложной поверхностью оптического волокна и на этой основе реализовать возможность контроля изделия на каждом технологическом этапе его изготовления. В частности, завершающий этап технологического процесса контролировался посредством сравнительного анализа спектров МНПВО материала сорбирующего покрытия, чистого кварцевого капилляра и готового изделия. Такой анализ показал, что спектр МНПВО готового сорбирующего устройства в аналитической области 1100-960см-1 представляет собой суперпозицию полос поглощения чистого кварцевого стержня и материала рабочего покрытия (рис 8). Данный факт позволил констатировать закрепление сорбирующей пленки на поверхности кварцевого волокна и дать количественную оценку толщины этой пленки.
V, ср» 1
Рис.8. Спектр МНПВО сорбирующего устройства на основе кварцевого волокна, покрытого сорбирующей пленкой.
Таким образом, разработанные методы, технологии и спектральная аппаратура, основанные на термопластичных стеклах, позволяют существенно расширить границы приложений методов спектроскопии НПВО и МНПВО и обеспечивают всю необходимую метрологическую базу для количественных исследований твердофазных объектов со сложной формой и рельефом поверхности.
В заключение автор выражает благодарность магистрам, бакалаврам и аспирантам СПбГУ ИТМО Хейнонен И.В., Малинину И.В., Малининой Н.А. за помощь в проведении экспериментов, а также сотрудникам ИВС РАН проф. Волчек Б.З., науч. сотр. Власовой Е.Н. за предоставление материально-технической и лабораторной базы, обеспечившей проведение исследований в рамках данной тематики.
Работа выполнена при поддержке Федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы», Проект № Б0120 -Направление 1.1.-УНЦ «Оптика и научное приборостроение».
Литература
1. Abdulaev A.A., Zolotarev V.M., Nikitin V.A., Sutovsky S.M. Internal Reflection Spectrometry for Control of Natural Objects. // Acta IMECO VIII. 1979. Р.459-464.
2. Mirabella F.M. // Appl. Spectrosc. Rev. 1985. Vol.21. № 1-2. Р.45-178.
3. Мамедов Р.К., Хейнонен И.В. Количественные исследования с помощью термопластичной спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения. // Оптический журнал. 1998. Т.65. №10. С.78-80.
4. Обработка полупроводниковых материалов. / Под ред. Н.В. Новикова, В. Бертоль-ди. Киев: Наукова Думка, 1982.-254с.
5. Золотарев В.М. Спектроскопия НПВО на термопластичных стеклах - неразрушаю-щий метод исследования твердых тел.// Оптико-механическая промышленность. 1988. № 8. С.50-60.
6. Патент GB 2148024 B. Int. CL. GOI № 21/25. - 1986. Патент DDR 258360A3. - 1986.
7. Патент GB 214123 B Int. CL. C 03C 3/123/30. - 1986. Patent DDR №242149. Patent FRG DE 3322394 C. - 1986.
8. Мамедов Р.К. Комбинированный элемент многократного нарушенного полного внутреннего отражения.// Оптический журнал. 2000. Т.67. №9. С.73-76
9. Мамедов Р.К., Малинин И.В., Малинина Н.А., Волчек Б.З., Власова Е.Н. Исследование оптических характеристик термопластичного стекла ИКС-35.// Оптический журнал. 2002. Т.69. № 3. С. 91-94.
10. Золотарев В.М., Морозов В.Н., Смирнов Е.В. Оптические постоянные природных и технических сред. Л.: Химия, 1984. 216 с.
11. Яковлев В.Б., Мамедов Р.К., Сомсиков А.И., Слободянюк И.Н. Модернизация промышленных приставок НПВО и МНПВО на основе халькогенидных ИК-стекол. // Тезисы докл. Всесоюзной научно-технич. конф. «Аналитическое приборостроение. Методы и приборы для анализа жидких сред». Тбилиси. 1980. С. 132-134.
12. Мамедов Р.К., Мансуров Г.М., Дубовиков Н.И. Оптические постоянные скола кварцевого стекла в ИК - области.// Оптико- механич. промышл. 1982.. № 4..С. 56-58.
13. Мансуров Г.М., Мамедов Р.К., Сударушкин С.С., Сидорин В.К., Сидорин К.К., Пшеницын В.И., Золотарев В.М. Исследование природы полированной поверхности кварцевого стекла методами эллипсометрии и спектроскопии. // Оптика и спектроскопия 1982. Т. 52. Вып. 5. С. 852-857.
14. Мамедов Р.К., Малинин И.В., Волчек Б.З., Бобашева А.С., Столяров Б.В., Еникеева А.Г. Спектроскопические исследования сорбирующих волокон с помощью комбинированных элементов многократного нарушения полного внутреннего отражения. // Оптика и спектроскопия. 2000. Т. 89. № 3. С. 450-455.
