z Il sistema otticoLaboratorio di Spettroscopia

Ottica

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Componenti di un sistema

ottico

Sorgente

Focalizzazione della luce sul campioneSistema dispersivo

Rivelatore

z

Sorgenti

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Sorgente Applicazione prevalenteLampade a incandescenza Assorbimento nel VisibileLampade a gas alta pressione Assorbimento UV visibile - PLELampade a gas bassa pressione LuminescenzaLED (monocromatici) LuminescenzaLaser Luminescenza - Raman

Caratteristiche principali di una lampada

Ø Efficienza [lumen/watt] ® rapporto fra flusso luminoso emesso e potenza elettrica assorbita.

Ø Durata (vita media) ® pari al tempo medio durante il quale lalampada è capace di emettere un flusso luminoso non inferiore del50% del flusso iniziale

Ø Spettro della luce emessa

Ø Tensione di alimentazione

Ø Costo dell’impianto e manutenzione

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Lampade

§ INCANDESCENZA

§ SCARICA IN GAS

convenzionalialogene

bassa pressionealta pressione

§ AD ARCO

§ LED

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Distribuzione spettrale della radiazione emessa dalle sorgenti incandescenti

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z

𝑛 𝜐 = !"#!

$"𝑑𝜐 Densità di modi di cavità (onde stazionarie) per unità di volume

𝜌𝑑𝜐 =8𝜋𝜈!

𝑐"ℎ𝜐

𝑒 #$%&'()

𝑑𝜐Densità di Energia

𝐸*+* = 0,

-𝜌𝑑𝜐 = 𝜎𝑇.

𝐸*+* = 𝜀𝜎𝑇. 𝜀 emissività della superficie

Legge di Stefan-Boltzmann

Sorgenti a incandescenza7

Data una lampadina ad incandescenza, (T=2800K) definire la densità dei modi e il numero di fotoni per modo nell’intervallo del visibile in un intervallo dn di 109 Hz

𝑛 𝜐 = !"#!

$" 𝑑𝜐 = 2.3𝑥104𝑥105 = 2.3x 1067

𝑊 =ℎ𝜐

𝑒 #$%&' − 1

=3.3 𝑥10()/

𝑒 #"." 1),!"#)."1),!$%1!.21),& − 1

= 3.4𝑥10(!"𝐽

E circa

1𝑥10(. 𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛𝑖 𝑝𝑒𝑟 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑎 600 𝑛𝑚 𝑎𝑙𝑙3𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑖 𝑢𝑛 𝑎𝑙𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜𝑝𝑝𝑙𝑒𝑟

Assumendo una lunghezza d’onda a 600 nm. n=5x1014Hz

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L’energia convertita in luce : tra il 5% e il 10%.

Sorgenti incandescenti

q Talvolta nel bulbo viene immesso un gas inerte (azoto, argon o Kripton) per rallentare la volatilizzazione del filamento, prolungandone la durata.

q Temperatura di lavoro: 2500-3000 K , vita media: 1000 h.

q Aumentando la temperatura aumenta l’efficienza luminosa e la temperatura di colore. à diminuisce la durata della lampada.

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Lampade ad incandescenza alogene

Bulbo riempito da un gas alogeno (iodio, bromo)

Il bulbo è costituito di quarzo

q consistente emissione UV dipendente dalla qualità e dalle proprietà del bulbo di quarzo.

q Vetri UV-STOP, dalla lampada viene cioè erogata solo luce visibile

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Vantaggi

4. Più luce a parità di consumo di energia elettrica grazie ad una più elevata efficienza luminosa: 15-25 lumen/watt contro 10-15 lumen/watt per le incandescenti normali.

1. Luce chiara uniforme per l’intera durata della lampada

2. Durata tipica doppia rispetto alle lampade ad incandescenza convenzionali

3. Dimensioni ridotte

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LAMPADE SPETTRALI

Funzionamento basato sul principio della scarica in un gas, dovel’energia liberata durante la scarica è usata per generareradiazione e.m.

Una tensione applicata agli elettrodi agisce sugli e- liberi nel gasche iniziano a muoversi in direzione del polo positivo, entrando incollisione con gli atomi del gas.

Il tubo in cui avviene la scarica è costituito da due elettrodi sigillatial suo interno e riempito con un metallo e un gas d’innesco.

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La forma spettrale dipende prevalentemente da:

Ø vapori degli elementi utilizzati : mercurio, sodio, alogenuri.

Ø Pressione del gas

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Emissioni lampada a Hg. Pressioni crescenti da 31 atm a 285 atm.

- Bassa pressione (~10-3 ÷10-5 atm)

- Media pressione (2÷10 atm)

- Alta pressione (> 10 atm), lampade HID (High IntensityDischarge)

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Lampade fluorescentiLampade a scarica a bassa pressione, a vapori di mercurio.

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Efficienza totale del 20%

(60 lumen/watt)

Tenendo conto delle perdite degli

alimentatori si arriva a 54 lumen/watt.

Efficienza circa 4 volte maggiore delle

incandescenti

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Lampade ad arco

Spettro simile alla luce solare

La sorgente luminosa è costituita da un arcoelettrico che s’innesca fra i due elettrodi.

Le più comuni sono allo xenon e mercurio-xenon.Lavorano in continua e sono in assoluto le sorgentipiù luminose. Lavorano ad elevata pressione enecessitano di bulbi di quarzo.

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Lampade ad arco

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