Устройство для лазерного атомно-абсорбционного и молекулярного абсорбционного анализа

 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения. Цель - уменьшение пределов обнаружения атомов и молекул. На пути дополнительного луча установлена вакуумированная ячейка с атомами или молекулами того же сорта, что и анализируемые. Регистрирукяций детектор снабжен вакуумированной ячейкой. ил. со о со СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 N 21 39

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3861266/24-25 (22) 04.03,85 (46) 15.04,87. Бюл, Ф 14 (72) О.М.Матвеев и В.А.Прибытков (53) 543.42(088;8) (56) Оменетто Н. Аналитическая лазерная спектроскопия. M. Наука, 1982, с. 552-564.

Goldsmith.J,Е.Н., Spatially resolved saturated absorption spectroscopy in flames, Optics Letters, v. 6, 1981, Ф 11, р. 525-527, „„SU„„1303908 A 1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО АТОМНО-АБСОРБЦИОННОГО И МОЛЕКУЛЯРНОГО

АБСОРБЦИОННОГО АНАЛИЗА (57) Изобретение относится к области аналитического приборостроения.

Цель — уменьщение пределов обнаружения атомов и молекул. На пути дополнительного луча установлена вакуумированная ячейка с атомами или молекулами того же сорта, что и анализируемые. Регистрирующий детектор снабжен вакуумированной ячейкой. ил.

1ЗОЗЭО

Изобретение относится к аналити- ческому приборостроению и может найти применение для анализа ультрамалых концентраций атомов и молекул, 5

Целью является уменьшение пределов обнаружения атомов и молекул.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит лазер 1, делитель 2 луча, модулятор 3 дополнительного луча, вакуумированная поглощающая ячейка 4 с атомами или молекулами того же типа, что и анализируемые, ячейка 5 анализируемого 15 вещества, регистрирующее устройство 6.

При наличии в ячейке 5 частиц, рассеивающих излучение дополнитель- ного луча за счет релеевского рас- 20 сеяния света, в телесном угле основного луча будет появляться промодулированное с частотой Й шумовое рассеянное излучение, которое будет попадать в регистрирующее устройст- 25 во.

В предложенном устройстве существенное уменьшение или даже практическое полное подавление шумового сигнала, обусловленного рассеянным З0 дополнительным излучением, достигается путем размещения на пути дополнительного луча ячейки 4 с достаточно высокой концентрацией атомных или молекулярных паров и регистрацией полезного сигнала в частотном диапазоне ь )я меньшем, чем полуширина линии поглощения лир атомов или молекул в ячейке 4 ° Концентрация атомных или молекулярных паров и, в ячейке 4, 40 при которой будет наблюдаться положительный эффект, должна составлять

n,=l/á, I где 6 — сечение резонансного поглощения атомами или молекулами излучения лазера в центре аналитической линии, 1 — длина поглощающей ячейки.

Поскольку дополнительный луч пропускают через поглощающую ячейку и его плотность мощности Ч иэ-за этого уменьшается, то для достижения заданного уровня просветление анализируемой среды с помощью дополнительного излучения, его плотность мощности <Р должна быть больше, чем в обычных условиях измерений.

Рассмотрим, какая по сравнению с идеальными условиями, когда требуемая плотность мощности дополнитель8 2 ного излучения равна Р"", должна быть величина Ч, для различных соотношений полуширины линий b= ) /Jä

Запишем условие равновесия для двухуровневой системы в ячейке 5

QO

ОЭ

- m76 JP(I) 9,())а)="! I+ъ1к))«, а)) о . о где m ш — концентрация соответствен(а но невозбужденных и возбужденных анализируемых атомов или молекул в ячейке 5; (— среднее время жизни возбужденного состояния; G — сечение резонансного поглощения в центре

1 линии по Глощения М () )—

1 (. 1+(2 ()) — д )!Д контур линии поглощения; Р ()))(1 плотность мощности дополнительного излучения в спектральном интервале Ю, Для идеального случая плотность мощности дополнительного излучения сосредоточена в бесконечно малой окрестности точки ()= Р. (-9.), где & (J — 4, ) — дельта функция.

Лазерное излучение Р (4), направленное в поглощающую ячейку 4 и настроенное на частоту 1., описывается выражением

2 (In2 -6) а Р()1)=Ч, te(()), где VZ(J)= — - — е 5Е "

2("-"0 ) Я

«(--1----- ) л)Х

Лазерное иэлучениеЧ)()) после поглощения в ячейке 4 по закону Бугера-Ламберта-Вера преобразуется к виду P (P) и поступает в ячейку 5

).),Go r EPo ())) „()1)=я . ч,(4) >

-е. г2(1- ) ) где (1 ())) =е — --->-) — контур

Р " А)р линии поглощения атомами или молекулами в ячейке 4.

Найдем отношение l-- Р /(р для одо о ного и того же уровня просветления анализируемой среды, подставив в уси2 ловие равновесия (1) значение P(p>, и Ч (,)) из формул (2, 4)

I 2! п2

/Г

- i . b i.д ,) е«р5-Уп2 к.

1+и) (1о) 1, (5) Составитель О.Баттиева

Редактор А.Долинич Техред М.Ходанич Корректор М.Демчик

Заказ 1300/43 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород,ул. Проектная, 4

3 13 где K= / y, Ъ= )„ / y, Р=п 6 I/

/Ъ 1 0= Х я (Р„, /Ч>, (с», переменная интег "е рирования.

Отношение I параметрически зависит от отношений полуширины линий

К и b и от подавления P лазерного излучения в ячейке 4 в центре линии, Значения I вычислены по формуле (5) на ЭВМ MK-56 для различных К, b u P. При постоянных b и Р найдены значения К . такие, что отноPn lh шение I минимиэируется к I . Даже ип если отношение Ь полуширин линий поглощения в ячейках 5 и 4 равно двум, необходимая для просветления (или насыщения) рабочего перехода мощность лазерного излучения, при его подавлении в центре линии на 6 порядков, увеличивается по сравнению с идеальными условиями не более чем в 8 раэ. При этом оптимальная полуширина линии спектра генерации лазера ь1 =(0,77-2,1) "

Устройство возможно и целесообразно применять также и во внутрирезонаторном варианте измерения слабых линий поглощения. В таком варианте ячейка 5 устанавливается внутри резонатора основного лазера, а ячейка 4 — дополнительного, модули03908 4 рующего. Во внутрирезонаторном варианте шумовой сигнал, обусловленный рассеянием излучения дополнительного лазера, будет значительно

5 выше за счет его усиления в активной среде.

Формула изобретения

Устройство для лазерного атомноабсорбционного и молекулярного абсорбционного анализа, содержащее источник лазерного излучения, светоделитель, два оптических канала — основной и дополнительный, в основном установлена исследуемая ячейка, в дополнительном установлены модулятор луча, причем оптическая ось дополнительного канала проходит через центр исследуемой ячейки, а выход основного канала соединен с блоком регистрации интенсивности лазерного излучения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью умень- шения пределов обнаружения атомов и молекул, в дополнительном канале за модулятором установлена вакуумированная термостатированная поглощающая ячейка с атомами или молекулами того же вида, что и анализируемые, а блок регистрации выполнен в виде резонансного детектора фотонов с вакуумированной ячейкой.