Кратко о технике спектрального анализа

Еще в середине ХХ века обязательными узлами спектрофотометрических сенсоров были оптические призмы или дифракционные решетки, которые разлагали свет в спектр и позволяли выделять из него требуемые узкие спектральные интервалы. Но после разработки технологий расчета и изготовления небольших по размерам узкополосных интерференционных светофильтров и после создания лазерных диодов, излучающих почти монохроматический свет, во многих случаях оказалось возможным обойтись без указанных спектральных узлов. Это открыло путь к созданию портативных спектрофотометрических сенсоров, примеры которых мы рассмотрим в данном разделе.

Дальнейшим развитием стало создание и совершенствование т.н. "Фурье-спектрометров". Их действие основано на том, что базовое расстояние между отражающими поверхностями в интерферометре делают переменным и точно регулируемым. При его изменении соответственно меняется и длина волны света, при котором наблюдается максимум пропускания. Экспериментально найденная зависимость интенсивности пропускаемого света от толщины интерферометра ("интерферограмма") с помощью компьютера, выполняющего преобразование Фурье, легко пересчитывается в зависимость интенсивности пропускаемого света от длины волны, т.е. в обычный спектр пропускания [[262]]. Интерферометр с регулируемым базовым расстоянием можно сделать весьма компактным.

Разработаны и нашли применение в оптических сенсорах также и т.н. "перенастраиваемые акустооптические фильтры". Они представляют собой акустический резонатор, заполненный оптически прозрачной средой. С помощью электронного генератора и пьезоэлектрического или магнитострикционного преобразователя в этой среде возбуждаются ультразвуковые стоячие волны. Расстояние между пучностями волн прямо зависит от частоты возбуждаемых колебаний. Плотность вещества в пучностях становится выше, чем в узлах. Проходящий сквозь оптически неоднородную среду акустооптического фильтра свет в результате интерференции в промежутках между пучностями разлагается в спектр, и на выход проходит только спектральная составляющая, длина волны которой соответствует интерференционному максимуму, т.е. удвоенному расстоянию между пучностями. Благодаря этому, длину волны проходящего сквозь фильтр света можно регулировать, изменяя частоту генерируемых ультразвуковых колебаний. Акустооптические фильтры тоже получаются весьма компактными.

Спектрофотометрический метод широко используют в биологии и медицине. Тем не менее, до последнего времени, как правило, работали с препаратами биологических веществ (in vitro). Т.е. готовили тонкие плоскопараллельные срезы тканей, растворы или вытяжки из биологических тканей и объектов и т.п. На нынешнем этапе биология и медицина стараются уже как можно больше информации получать от живого объекта (in vivo), без разрушения живой ткани, неинвазивно, с наименьшим влиянием на естественные процессы, происходящие в организме человека, животных, растений. И в этих случаях наиболее ценным инструментом исследования становится свет. Но это потребовало развития новых технологий спектрофотометрических измерений, о которых мы расскажем в дальнейшем.