Способ определения абсолютной концентрации двухатомных молекул в высокоразреженных парах
Изобретение относится к спектроскопическим методам элементного анализа . Цель является повышение точности и достоверности определения. Пары исследуемого вещества облучаются лазерным лучом со специально сформированным однородным распределением излучения . Одновременно измеряется абсолютная интенсивность и степень поляризации лазерно-возбужденной флуоресценции . По степени поляризации и диаметру лазерного луча определяют коэффициент поглощения. По соотношению интенсивности флуоресценции и коэффициента поглощения определяют концентрацию двухатомных молекул. (Л со а 00
СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСГ|У БЛИК (19) (11) Ai (51) 4 G 01 N 21/64!!3, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1 Я
УФ 1;
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ. И ОТНРЫТИЙ (21) 4094956/31-25 (22) 26,05.86 (46) 30.12.87. Бюл. У 48 (71) Латвийский государственный университет им. П.Стучки (72) P.Ñ.Ôåðáåð и И.Я.Пирагс (53) 535.322.2(088.8) (56) Vu Т.Н., Koch M.Å., Stwalley 1|.С. Determination of the absolute concentration of Na by laser
induced fluorescence with photon
counting. — High Temperature Science, 1982, v. 15, р. 311-319.
Несмеянов А.Д. Давление пара химических элементов. M.: АН СССР, 1961, с. 395. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОЙ
КОНЦЕНТРАЦИИ ДВУХАТОМНЪ|Х МОЛЕКУЛ В
ВЪ|СОКОРАЗРЕЖЕННЫХ ПАРАХ (57) Изобретение относится к спектроскопическим методам элементного анализа. Цель является повышение точности и достоверности определения. Пары исследуемого вещества облучаются лазерным лучом со специально сформированным однородным распределением излучения. Одновременно измеряется абсолютная интенсивность и степень поляризации лазерно-возбужденной флуоресценции. По степени поляризации и диаметру лазерного луча определяют коэффициент поглощения. По соотношеФ нию интенсивности флуоресценции и коэффициента поглощения определяют концентрацию двухатомных молекул.
1
Изобретение относится к спектроскопическим методам элементного анализа и может быть использовано для определения концентрации двухатомных молекул в высокораэреженных парах.
Цель изобретения — повышение точности и достоверности определения концентрации двухатомных молекул в высокоразреженных парах. 10
Экспериментами и расчетами установлено, что для луча с однородным распределением мощности среднее время
Г релаксации при пролете молекул через луч может быть выражено через ди- 1 амату луча d, как Г = 0,58558"Гт/2kT, где Т вЂ” температура паров, m — - масса исследуемых молекул k — постоянная
Больцмана. Измерение степени поляризации флуоресценции при лазерном : 20 возбуждении позволяет определить безразмерный параметр оптической накачки. Проведенные исследования показали, что в высокоразреженных парах, когда можно пренебречь столкновитель- 25 ными процессами, параметр х оптической накачки равен произведению коэффициента В р поглощения ( — коэффициент Эйнштейна; p — плотность мощности возбуждающего излучения) на среднее 30 время ь пролета исследуемых молекул через лазерный луч. Следовательно, именно одновременное определение среднего времени пролета (из диаметра специально сформированного од35 нородного в круговом поперечном сечении лазерного луча) и безразмерного параметра х (из измеренного значения степени поляризации флуоресценции) позволяют рассчитать коэффициент по- 40 глощения, как Вр = х/, с точностью, при которой погрешность определения концентрации молекул будет в основном определяться, погрешностью измерения абсолютной интенсивности флуоресцен- 4 ции.
Способ применим для определения концентрации двухатомных молекул в высокоразреженных парах, доступных для исследования методом лазерно. воз- В0 .бужденной флуоресценции в условиях, когда незначительна роль столкновительных эффектов в зоне действия лазерного луча (например, Naz Kz Tez, ИаК, Se и др.). Способ экспериментально .проверен на молекулах К < и NBz в насыщенных парах соответствующих элементов. Зависимость степени поляризации от параметра х оптической накачки измерялась также для молекул
Те и NaK. Диапазон концентраций исследуемых молекул составляет примерно в
10 -10 см . Он определяется чув ствительностью регистрации флуоресценции (нижняя граница) и столкновениями, вызывающими разрушение оптической накачки, и уменьшение х до х (1 (верхняя граница).
Способ осуществляют следующим образом.
Определяют концентрацию (Kz) двухатомных молекул калия. Насьпценные пары калия, нагретые до Т = 470 К в предварительно откачанной до давления.
-че не хуже 10 тор стеклянной ячейке флуоресценции облучают линейно поляризованным излучением гелий-неонового лазера типа Л -38 мощностью около
50 мВт на длине волны 632,8 нм. Лазерный луч расширяется в три раза с помощью рассеивающей линзы с фокусным расстоянием 0,9 м. Центральная часть луча выделяется диафрагмой диаметра d = 4 мм, однородность распределения мощности при этом в пределах
10%. При этом среднее значение времени релаксации при пролете через луч составляет Г = 7 40 10 с. Диаметр диафрагмы целесообразно выбирать в пределах от 1 до 5 мм, так как для очень малых диаметров существенен дифракционный фон, а с увеличением диаметра падает плотность мощности возбуждения.
Возбужденная лазером флуоресценция в цикле (Х Z, V = 1, I" = 73) —
- (В Пи, V =8, I = 73)(XZ, V"=9, I =73), где ХЕ иВПи—
Ф символы электронных термов основного и возбужденного состояний, f(I
U u V — колебательные квантовые числа, И I
Х и I — вращательные квантовые числа основного и возбужденного состояний, регистрируется.под прямым углом к возбуждающему лучу и к его световому вектору Е с помощью монохроматора типа ДФС-12 (обратная дисперсия
0 5 нм/мм, ширина входной и выходной щели 1,2 мм). При этом возбуждающий луч параллелен входной щели и вся зона флуоресценции проходит через щель. Флуоресценция регистрируется с помощью фотоумножителя ФЭУ-79 в режиме счета фотонов. Степень поляризации
4 — (Х Z, V" = 9, I = 73), на частоте 1 = 4,529 !О с, равный А
3,03 10 с
13630 формула изобретения
Составитель В.Дорофеев
Техред М.Ходанич Корректор В Гирняк
Редактор А.Ревин
Заказ 6396/32 Тираж 776 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и рткрытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 измеряется попеременным автоматическим переключением помещенного перед входной щелью анализатора в положения, когда пропускаются компоненты
Т« либо I, интенсивности флуоресценции, поляризованные соответственно параллельно либо перпендикулярно вектору Е возбуждающего света, синхронно переключаются счетчики одно- 10 электронных импульсов, производящие накопление по двум каналам с периодом измерения в одном положении, равным
1 с. Суммарное время счета составляло
100 с в каждом канале. Измеренное значение степени поляризации P — (I« — I>)/(I« + I ) = 0,4174, которое, соответствует параметру оптической накачки, равному х = 1,138.
Значения х, полученные для различных температур Т, позволяют провести экстраполяцию к условиям для высокоразреженных паров, когда отсутствует столкновительная релаксация в зоне действия возбуждающего луча. В этих 26 условиях получено значение х = 0,768.
Определенное из диаметра луча время Г релаксации и значение параметра х позволяют рассчитывать коэффициент З0 поглощения В =. 1,04 ° 10 с с относительной погрешностью не хуже 10X..
Абсолютная интенсивность флуоресценции измеряется сравнением с эталонной ленточной лампой СИ-10-300, 35 излучение которой ослаблялось градуированными фильтрами более чем в
10 раз. Для расчета концентрации молекул К на ЭКВ уровне (Х K, V
«
1, I = 73), с которого идет погло- 4< щение лазерного луча, использовались следующие радиационные постоянные: время спонтанного распада Г = 11,6нс, коэффициент Эйнштейна перехода флуоресценции (В Пи, V = 8., I = 73)
Концентрация молекул К на колебаг тельно-вращательном уровне, с которого идет поглощение лазерного луча, рассчитывается, как n, = I /В р х а q х А 4 < h, где ?Π— абсолютная интенсивность флуоресценции, Вp коэффициент поглощения; h — постоянная Планка, Для описываемого примера
n = 2,5 10 см . Переход к общей концентрации молекул (КД осуществляется для больцмановского распределения по колебательно-вращательным уровням при заданной температуре.
В результате определяемое значение концентрации составляет КД = (9 ++
+ 3)-10 о см .
Способ определения абсолютной концентрации двухатомных молекул в высокоразреженных парах, включающий их облучение лазерным излучением, измерение абсолютной интенсивности возбужденной лазером флуоресценции двухатомных молекул, расчет коэффициента поглощения, определение концентрации двухатомных молекул по соотношению абсолютной интенсивности и коэффициента поглощения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения, формируют однородное распределение излучения по круговому поперечному сечению лазерного луча, определяют степень поляризации возбужденной лазером флуоресценции, а коэффициент поглощения рассчитывают по степени поляризации и диаметру кругового поперечного сечения лазерного излучения.
