Способ определения абсолютной концентрации двухатомных молекул в высокоразреженных парах

(9) (1) А 1 5 4 С 01 М 21/64 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ. И ОТНРЫТИЙ(71) Латвийский государственный университет им. П.Стучки(56) 7 ц Т.Н., КосЬ М.Е., Бгча 11 еу И.С. Оегегшпа 1 оп оЕ Ье аЬзо 1 цге сопсепггаСюп оГ Иа Ьу 1 азег1 пйцсей Й 1 цогезсепсе д 1 гЬ рЬогопсоцп 1 п 8. - Н 1 яЬ Тешрегагцге Бс 1 епсе,1982, ч, 15, р. 311-319,Несмеянов А.Д. Давление пара химических элементов. М.: АН СССР,1961, с, 395.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ДВУХАТОМНЪХ МОЛЕКУЛ В ВЪСОКОРАЗРЕЖЕННЫХ 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 соотноше- сФ нию интенсивности флуоресценции и коэффициента поглощения определяют концентрацию двухатомных молекул.30 113630Изобретение 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. 1 ОЭкспериментами и расчетами установлено, что для луча с однородным распределением мощности среднее время Г релаксации при пролете молекул через луч может быть выражено через ди аметр луча Й, как Г = 0,5855 йчщ/2 КТ, где Т - температура паров, ш - масса исследуемых молекул Е - 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 ными процессами, параметр х оптической накачки равен произведению коэффициента В о поглощения (В - коэффициент Эйнштейна; р - плотность мощности возбуждающего излучения) на среднее 30 времяпролета исследуемых молекул через лазерный луч. Следовательно, .именно одновременное определение среднего временипролета (из диаметра специально сформированного од 35 нородного в круговом поперечном сечении лазерного луча) и безразмерного параметра х (из измеренного значения степени поляризации флуоресценции) позволяют рассчитать коэффициент по глощения, как Во = х/, с точностью, при которой погрешность определения концентрации молекул будет в основном определяться, погрешностью измерения абсолютной интенсивности флуоресцен ции. Способ применим для определения концентрации двухатомных молекул в высокоразреженных парах, доступных для исследования методом лазерно. воз- Бп .бужденной флуоресценции в условиях, когда незначительна роль столкновительных эффектов в зоне действия лазерного луча (например, На, К, Теу ИаКр Яе и др.). Способ экспериментально проверен на молекулах Ки Иав насыщенных парах соответствующих элементов. Зависимость степени поляризации от параметра х оптической накачки измерялась также для молекул Те и ИаК. Диапазон концентраций исследуемых молекул составляет примерно810 -10 см , Он определяется чув ствительностью регистрации флуоресценции (нижняя граница) и столкновениями, вызывающими разрушение оптической накачки, и уменьшение х до х (с 1 (верхняя граница),Способ осуществляют следующим образом.Определяют концентрацию Кдвух- атомных молекул калия. Насьпценные пары калия, нагретые до Т = 470 К в предварительно откачанной до давления.-чене хуже 10 тор стеклянной ячейке флуоресценции облучают линейно поляризованным излучением гелий-неонового лазера типа ЛГмощностью 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 й = 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 Еу Ч = 1, 1" = 73) - Р- р (В Пи, Ч = 8, 1 = 73) -р(Х Е ,Ч" = 9, 1 = 73), где Х Е и В Пи -9символы электронных термов основногои возбужденного состояний,8 /Ч и Ч - колебательные квантовые ЧИСЛау 5д Iи 1 - вращательные квантовыечисла основного и возбужденного состояний,регистрируется под прямым углом квозбуждающему лучу и к его световомувектору Е с помощью монохроматоратипа ДФС(обратная дисперсия0,5 нм/мму ширина входной и выходнойщели 1,2 мм). При этом возбуждающий.луч параллелен входной щели и всязона флуоресценции проходит черезщель. Флуоресценция регистрируется спомощью фотоумножителя ФЭУв режиме счета фотонов. Степень поляризации30 4- (Х Е, 7" = 9, 1" = 73), на частоте 1 = 4,529 О с , равный А3,03 10 с13630 формула изобретения Составитель В.Дорофеев Техред М,Ходанич Корректор В Гирняк Редактор А.Ревин Заказ 6396/32 Тираж 776 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и рткрытий113035, Москва, Ж, Раушская наб.; д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 измеряется попеременным автоматическим переключением помещенного передвходной щелью анализатора в положения, когда пропускаются компоненты1, либо 1 , интенсивности флуоресценции, поляризованные соответственно параллельно либо перпендикулярновектору Е возбуждающего света, синхронно переключаются счетчики одноэлектронных импульсов, производящиенакопление по двум каналам с периодомизмерения в одном положении, равным1 с, Суммарное время счета составляло100 с в каждом канале. Измеренноезначение степени поляризации Р- (Ти - 1)/(1 + 1) = 0,4174, которое, соответствует параметру оптической накачки, равному х = 1,138.Значения х, полученные для различныхтемператур Т, позволяют провести экстраполяцию к условиям для высокоразреженных паров, когда отсутствуетстолкновительная релаксация в зонедействия возбуждающего луча. В этих 25условиях получено значение х = 0,768.1 Определенное из диаметра луча время Г релаксации и значение параметра х позволяют рассчитывать коэффициент поглощения В=. 1,0410 сс относительной погрешностью не хуже 107Абсолютная интенсивность флуоресценции измеряется сравнением с эталонной ленточной лампой СИ-300,35 излучение которой ослаблялось градуированными фильтрами более чем в 10 раз. Для расчета концентрации молекул Кг на ЭКВ уровне (Х, Ч111, 1 = 73), с которого идет погло щение лазерного луча, использовались следующие радиационные постоянные; время спонтанного распада Г = 11,6 нс, коэффициент Эйнштейна перехода флуо-. ресценции (В Пи, Ч = 8., 1 = 73)-+ Концентрация молекул К на колебагтельно-вращательном уровне, с которого идет поглощение лазерного луча, рассчитывается, как п,з = 1/В о ха э х А 1Ь, где- абсолютная интенсивность флуоресценции; В коэффициент поглощения; Ь - постоянная Планка, Для описываемого примера п,. = 2,5 10 см . Переход к общей концентрации молекул Кг) осуществляется для больцмановского распределения по колебательно-вращательным уровням при заданной температуре. В результате определяемое значение концентРации составлЯет Кгпв = (9 + + 3) 100 см . Способ определения абсолютной концентрации двухатомных молекул в высокоразреженных парах, включающий их облучение лазерным излучением, измерение абсолютной интенсивности возбужденной лазером флуоресценции двух- атомных 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.