Устройство для лазерного атомно-абсорбционного и молекулярного абсорбционного анализа

(56) верн 1982 али ская ла Наука копия4 Е.Н., Яр Й аЬвогрОрй 1 св 1, р. 52 йа 11 уакоп вр1.еГ.егору 6,Ю 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ОПИСАНИЕ ИЭО АВТОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО АТОМНО-АБСОРБЦИОННОГО И МОЛЕКУЛЯРНОГОАБСОРБЦИОННОГО АНАЛИЗА(57) Изобретение относится к области аналитического приборостроения.Цель - уменьщение пределов обнаружения атомов и молекул. На пути дополнительного луча установленавакуумированная ячейка с атомамиили молекулами того же сорта, чтои анализируемые. Регистрирукзций детектор снабжен вакуумированнойячейкой.ил, 1 ЗОЗ 9 ОИзобретение относится к аналити-ческому приборостроению и может найти применение для анализа ультрамалых концентраций атомов и молекул, 5Целью является уменьшение пределов обнаружения атомов и молекул.На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.Устройство содержит лазер 1, де О литель 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 О сеяния света, в телесном угле основного луча будет появляться промодулированное с частотой Й ш 7 мовое рассеянное излучение, которое будет попадать в регистрирующее устройст во.В предложенном устройстве существенное уменьшение или даже практическое полное подавление шумового сигнала, обусловленного рассеянным 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 д)я меньшем, чем полуширина линии поглощения л 1 атомов или молекул в ячейке 4. Концентрация атомных или молекулярных паров и, в ячейке 4, 40 при которой будет наблюдаться положительный эффект, должна составлять и, =1/б 1, где б - 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 плртность мощности Р, должна быть больше, чем в обычных условиях измерений,Рассмотрим, какая по сравнению сидеальными условиями, когда требуемая плотность мощности дополнитель 8 2ного излучения равнаР, должна бытьвеличина Ч, для различных соотношений полуширины линий Ь=ь 4 /)1 вЗапишем условие равновесия длядвухуровневой системы в ячейке 5хеОЭш п)К 1 РЬ) 9,(1)й)=п 1 е тб КМ, К)оогде тч ш - концентрация соответственК 1но невозбужденных и возбужденныханализируемых атомов или молекул вячейке 5;- среднее время жизнивозбужденного состояния; б - сечениерезонансного поглощения в центре1линии поглощения Р М (1 ) -Р ь 1+2(-)1 ) Цгконтур линии поглощения; Р 1)И 1плотность мощности дополнительногоизлучения в спектральном интервале Ю,Для идеального случая плотностьмощности дополнительного излучениясосредоточена в бесконечно малойокрестности точкиР )= Р. (1- )1,),где 81- )1,) . дельта функция.Лазерное излучениеР(4), направленное в поглощающую ячейку 4 инастроенное на частоту 1 описывается выражением2 йп 2 -Ь 2Р1)=Ч, И), где Ч1)пе --- е х-е2-)где Ч 1 1) =е- -- контурр " АГэлинии поглощения атомами или молекулами в ячейке 4.Найдем отношение 1=Р /ср для одо о ного и того же уровня просветления анализируемой среды, подставив в усид ловие равновесия (1) значение 1) , и Ч(,)1 из формул (2, 4)2 /12 7 кЗаказ 1300/43 Тираж 777 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 11 3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5/Ь 1 0=18 Р, /Ч, (с ,и: - " - переменная интегрирования.Отношение 1 параметрически зависит от отношений полуширины линийК и Ь и от подавления Р лазерногоизлучения в ячейке 4 в центре линии,Значения 1 вычислены по формуле(5) на ЭВМ МКдля различных К,Ь и Р. При постоянных Ь и Р найдены значения К такие, что отно 1 п 1 ьшение 1 минимиэируется к Т . ДажетнПесли отношение Ь полуширин линийпоглощения в ячейках 5 и 4 равнодвум, необходимая для просветления (или насыщения) рабочего перехода мощность лазерного излучения,при его подавлении в центре линиина 6 порядков, увеличивается посравнению с идеальными условиямине более чем в 8 раэ. При этом оптимальная полуширина линии спектрагенерации лазера ь 1 =(0,77-2,1) ьУстройство возможно и целесообразно применять также и во внутрирезонаторном варианте измерения слабых линий поглощения, В таком варианте ячейка 5 устанавливается внутри резонатора основного лазера, аячейка 4 - дополнительного, модули 03908 4рующего. Во внутрирезонаторном варианте шумовой сигнал, обусловленный рассеянием излучения дополнительного лазера, будет значительно 5выше 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 осьдополнительного канала проходитчерез центр исследуемой ячейки, авыход основного канала соединен сблоком регистрации интенсивности лазерного излучения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью умень 25 шения пределов обнаружения атомов имолекул, в дополнительном канале замодулятором установлена вакуумированная термостатированная поглощающая ячейка с атомами или молекуламитого же вида, что и анализируемые,а блок регистрации выполнен в видерезонансного детектора фотонов с вакуумированной ячейкой.