Николай Юшкин - Оптический флюорит

Спектрофотометрия и микроспектрофотометрия — еще одна очень крупная область потребления флюорита.

Любой современный прибор для записи спектров газообразных, жидких и твердых веществ в широком спектральном диапазоне не может обойтись без флюоритовых кювет или окон (фото 20, см. вкл.). Только в номенклатуру инфракрасного спектрофотометра Specord 75IR производства «Карл Цейс Йена» в ГДР входит около 20 различных газовых и жидкостных кювет с окошками из флюорита и около десятка отдельных флюоритовых окошек. Микроспектрофотометрические методы позволяют получать очень важную количественную информацию о структуре и функциях микрообъектов.

Однако для проведения высокоточных спектральных измерений микрообъектов требуются объективы не только с низким уровнем коррекции хроматических аберраций, в том числе и за пределами видимой области спектра, но и с повышенной прозрачностью, особенно в ультрафиолетовой части спектра. Потери света на поглощение в оптическом приборе, как известно, определяются в основном прозрачностью оптических сред и их толщиной в оптической системе. Эти потери уменьшают величину полезного сигнала, особенно в ультрафиолетовой области, и влияют тем самым на точность измерений.

Высокая прозрачность в интервале до 200 нм искусственных кристаллов, выращенных из природного флюорита, позволила создать класс объективов для ультрафиолетовой и видимой областей спектра, отличающихся повышенной точностью измерений. На их основе были разработаны и освоены в серийном производстве такие высокоточные приборы, как микроспектрофотометр МУФ-5, цитофотометры для видимой области спектра МЦФВ-1, видимой и УФ-области МЦФУ-1.

Одним из весьма эффективных методов многопараметрического количественного изучения микрообъектов является люминесцентно-абсорбционный анализ. Для его проведения на ЛОМО им. В. И. Ленина разработаны и выпускаются серийно микроспектрофлюориметры МЛИ-1 и МЛИ-3, микротауметр МЛТ-1. Возбуждение люминесценции в этих приборах осуществляется областью спектра 240—550 нм, наблюдение и измерение — в области 300—700 нм.

Все современные микроспектрофотометрические приборы позволяют включать их в комплексы с другими приборами и ЭВМ с целью автоматизации процессов измерения и обработки результатов измерений. В медицинских научно-исследовательских центрах такие комплексные исследования по поиску новых лекарственных соединений обеспечивают изучение процессов на клеточном уровне вместо применения традиционных классических приемов оценки действия лекарственных соединений на животных, позволяют ускорить исследование в десятки раз и значительно повышают надежность получаемых результатов.

На базе оптического флюорита оказалось возможным широкое развитие методов оптико-структурного машинного анализа изображений микрообъектов (ОСМА). Основу его составляет устройство съема информации (УСИ) «Протва-С», которое сканирует изучаемые объекты методами фазового и темнопольного контраста, люминесцентно-абсорбционной микроскопии и передает данные о них в специализированные устройства обработки информации или в универсальные ЭВМ [Беляй и др., 1971; Богданов, 1971]. Подобные устройства используются в качестве датчиков в автоматических системах управления техническими процессами (АСУТП) на химических, биохимических и микробиологических производствах.

В любых автоматических или неавтоматических оптических исследовательских системах кристаллы флюорита выполняют наиболее важную роль. Они находятся в непосредственном контакте с объектом исследования и передают в систему информацию о нем. Количество и качество этой информации определяется в первую очередь оптическими свойствами флюорита. Все прочие элементы системы, какой бы она ни была сложной, не увеличат количества информации. Они лишь помогают избавиться от наложенных «шумов», организуют информацию в наиболее удобную для исследователя форму.

Возможности оптического флюорита как средства исследования микрообъектов еще далеко не исчерпаны, и конструкторы работают над созданием новых оптических систем, новых микроскопов и микроскопных комплексов.

Перечислим еще несколько направлений технического использования флюорита.

Любые кристаллы флюорита, даже не очень высокого качества, отличаются хорошим пропусканием в ИК-области, поэтому оптический флюорит широко применяется в различной инфракрасной технике. Это приборы для инфракрасной термографии, различные тепловизоры, камеры для фото- и киносъемки в инфракрасном диапазоне и т. п.

Перспективной областью применения оптического флюорита является лазерная техника и силовая оптика. Активированный различными примесями флюорит используется в качестве элементов лазеров, генерирующих остронаправленные световые пучки различных длин волн. Все же генерационные параметры флюорита пока еще не очень высоки, и тут он уступает первенство многим другим кристаллам. Однако в качестве пассивных (фототронных) затворов, управляющих потерями в резонаторе лазера, кристаллы флюорита, особенно с высокой плотностью стабильных центров окраски, применяются достаточно широко.

Кристаллы флюорита прямо противоположного качества, с очень неустойчивыми центрами окраски, высокофотохромные, изменяющие цвет под действием ультрафиолетового и даже видимого освещения находят применение в голографии как материал для записи голограмм с помощью гелий-неонового лазера. Перед записью кристаллы предварительно активируются действием равномерного ультрафиолетового освещения. Такие кристаллы флюорита, например, предлагают фирмы «Монокристаллы, Турнов» в ЧССР [Photochromic...]

Среди кристаллических материалов, пожалуй, нет равного флюориту по разнообразию характера люминесценции и по возможности управлять люминесценцией. Это определяет широкое применение флюорита в различной люминесцентной технике. На основе флюорита создаются монохроматоры для рентгеновских и нейтронных лучей.

Мы рассмотрели лишь некоторые из многочисленных областей применения оптического флюорита. Эти области с развитием оптической техники, с повышением качества самих кристаллов и появлением новых данных о технических возможностях флюорита как оптического материала постоянно расширяются. На основе флюорита создаются новые приборы и технические устройства. Потребность в высококачественном оптическом флюорите непрерывно повышается, стимулируя дальнейшее развитие индустрии искусственных кристаллов.

Задумывая эту книгу и работая над ней, мы не только хотели познакомить интересующегося читателя с одним из удивительных минералов — оптическим флюоритом, но и преследовали еще одну цель — специальную.