Способ определения спектрального распределения интенсивности излучения источника света в вакуумной ультрафиолетовой области спектра

(19) 1111 7 А 1) С 01 11 Л ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ двторСКому СвидатильСтв,троп. Е р.335Е. КвантоВ 1 О,ов А,М, и Рябовроника, т.9; 198 ится к химиче лярной физике нкретно к спо Изобретение атно ской отрасли, малек и оптике, а более к бам измерения спект деления интенсивнос ального распреи излучения исуумной .ультрапектра (ВУФ). точников света в вафиолетовой области ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ Целью изобретения является повышение точности определения средних по диапазону ( 3; - 4; ) интенсивностей излучения.На Фиг, 1 изображена конструкция кюветы, на Фиг, 2 - система напуска, откачки и измерения давления.Устройство содержит источник 1 света и кювету для определения спектрального распределения интенсивности ИСТОЧНИКА СВЕТА В ВАКУУМНОЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА(57) Изобретение относится к химической отрасли, молекулярной Физике иоптике, а более конкретно к способамизмерения спектрального распределенияинтенсивности излучения источниковсвета в вакуумной ультрафиолетовой(ВУФ) области спектра, Цель - повышение определения средних по диапазону ( ; - ;, ) интенсивностей излучения. Способ заключается в облучении кюветы с актинометром ИО черезкюветы со сменными Фильтрами и определении средних по диапазонузначений интенсивности излучения повыходу невымораживающихся продуктовфотолиза. 2 ил. излучения источника света в ВУФ области спектра с корпусом 2, состоящую из кюветы для газовых Фильтров3 и кюветы для актинометра 4, помещенных в вакуумную камеру 5, Междувходным окном кюветы для газовыхфильтров 3 и источником 1 света может располагаться кассета с Фильтрами 6, имеющими границы пропусканияот 3 = 210 нм до границы пропуска-ния входных окон кювет. Замена Фильтров может производиться с помощьювилсоновского уплотнения без нарушения вакуума в камере 5, Кюветы черезпатрубки 7 и 8 подсоединены к системе напуска, откачки и измерения давления невымораживающихся продуктов Фотолиза.35 Устройство работает следующим образом,ВУФ излучение источника 1 светачерез Фильтр 6, кювету для газовыхФильтров 3 попадает в кювету актинометра 4. Наполнение этих кювет и ихоткачка осуществляются через натрубки7 и 8, Вакуумное уплотнение окон 13и 14 в кювете для измерения1( 1, - 9;) осуществляют с помощьюуплотнениР 9-12, усилия на которыепередаются при закручивании болтов19 через кольцо с выточкоР 18, пружину 1 7, цилиндры 1 б и 1 5. Наличие пру"жины 17 позволяет производить равномерное обжатие обоих окон 1 3 и 14беэ опасности их разрушения,Иэ-эа наличия скоса на торцовойповерхности цилиндра 1 5, обращенногов сторону окна 1 3, отделяющего кювету,1с Фильтрами 3 от источника 1 света,при сжатии пружины 17 уплотнение 10 5 Кювета (фиг, 1) состоит из корпуса 2, в который вакуумно плотно введены патрубки 7 и 8 и вставлены уплотнения 9-1 2, Между каждой парой уплотнений размещены окна 13 и 14, Междууплотнениями 10 и 11 установлен цилиндр 15, боковая поверхность .которого напротив патрубка 8 имеет канавкус отверстием и скос со стороны прозрачного окна, отделяющего кювету сфильтрами от источника света. К уплотнению 9 прижимается цилиндр 1 6,, Фиксируемый через кольцевую пружину,: 17, кольцо с выточкой 18, в которую 15вставлена пружина 17 с помощью болтов 1 9. Система напуска, откачки иизмерения давления невымораживающихсяпродуктов Фотолиза (Фиг.2) состоит изпальца 20, в котором после Фотолиза 20: производят замораживание до 77 К, облученного актинометра, манометров21 и 22 для измерения выхода невымораживающихся продуктов, перекрывающих диапазон 1 0 - 1 00 торр, ловушки 2523, в которой производят замораживание невыморозившихся в пальце 20 продуктов, вентиля 24, через которыйпроизводят напуск облученной смесив манометры. Напуск Б 0 в кюветы актинометра производят через вентили25 и 26, а и кювету для газовых Фильт, ров через вентили 27-29. Манометр 30служит для измерений давления напускаемых газов, Через вентили 31 и 32производят Форвакуумную и высоковакуумную откачку, тон/с,1) вый в фото(молекула ;д, ) (моле тход и выхо азложения тон)ла/с)ква про- ктивкт длин в нометра в диапазо9 - 3 ,проводят посредством следдуры. В начале производяттельные измерения с цельюпозиции. Р проц редвариыбора эк Операция 1. Устанавливают между источником света и входным окном кюветы для гаэсвых Фильтров фильтр или напускают в кювету для газовых фильтров Фильтр с границей пропускания л, наиболее близкой к длинноволновой границе поглощения ИО, 1 = 210 нм.Операция 2, Наполняют кювету актинометром вг:.лоть до давления Р обеспечивакаего полное поглоще 3 лучения в спектральной области 9 = = 210 3 нм.Операция 3, Производят о актинометра. в течение 1 с епрерывных источников света) или пспьппками (для импульсных источников света) . Выбор 1 или п,производят на основании известных оценок величины 1 (210 Ло), исходя из чувствительности манометров, но так, чтобы за 1: с или и, импульсов разлагалось не более 103 ИрО, Большее фоторазложение ИО нецелесообразно, поскольку при этом может изменитьсяего поглощение.Операция 4. Замораживают облученную смесь до 77 К, измеряют давление аО ние и блучение( для н в затекает в цель, образованную этим скосом и боковой поверхностью корпуса 2 кюветы, и обеспечивает вакуумное уплотнение кюветы с фильтрами 3 от пространства, в котором расположен источник света. При отсутствии скоса уплотнение 10 вытекает в щель между окном 13 и цилиндром, не прижимается к боковой поверхности корпуса 2 кюветы и не обеспечивает вакуумного уплотнения. Наличие канавки и отверстия на цилиндре 15 обеспечивает напуск и откачку кюветы для газовых Фильтров 3, расположенноР между окнами 13 и 14.Определение и расчет средних по диапазону 3; - 9;,д значений интенсивности излученияневымораживающихся при 77 К продуктов Фотолиза ХаО (Х 2 и 0 (Рд) иеопределяют их выход (И 1) по ФормулеМя = Р3,3110Чц 1, (1) где 3,31 10 - число молекул в 1 смпри Т = 293 К и Р = 1 торр,Ч(, - объем, в котором производится измерение Р дОперация 5. Если чувствительность манометра не позволяет измерить Рд, то повторяют облучение актинометра(при 1Тили и ) и, если Р) 0,1 Р О, то откачивают Нф, сновайанаполняют кювету актинометром и облучают актинометр с й, ( йили1lи ( и , а затем производят операцик 1 1.Операция 6. Производят откачку невымораживающихся продуктов фотолиза и размораживание актинометра.Операция 7. Операции 2-6 повторяют до тех пор, пока не выберут оптимальное значение С о или п аолу,Операция 8. Откачивают из кюветы газовый Фильтр или убирают Фильтр между источником света и входным окном кюветы для газового Фильтра. Устанавливают между источником света и входным окном кюветы другой Фильтр или напускают в кювету для газового Фильтра другой газовый Фильтр с границей пропускания (( , , Обеэгаживают не менее двух раэ актинометр, замораживая и откачивая его.Операция 9. Производят облучение актинометра в течение Й ( й,оп-, П 22 ( П 1ВЫбОр й ИЛИ Па 2 ПРОИЗ- водят йа основании известных опенок величины 1(210 - Я,р) .Операция 10. Производят операцию 4, если Р)1 0,1 Р 1,( О, то откачивают, ИО, снова наполняют кювету актинометром и облучают его в течение( 1(1 или п 2 (. п, а затем производят операции 4,6 и 7.Операция 11 . Повторяют операции 3-10 вплоть до границы пропускания окон кювет.Процедуру точного измереният 1, -) производят следующимобразом: после проведения операций1-11 производят операции 1 и 2.Операция 1 2. Производят облучениеактинометра в течение Соп-, с илии 2 я ИмПуЛЬСОв.Операция 13. Производят операцию4 по формуле5 где Ч (210- ) - квантовый выход йевымораживающихся продуктов фотолиза ИО в спектральной области 210- 21,нм, определяют экспозицию облучения акти нометра. Интенсивность излучения источника света в спектральной области 210 - 9нм Т,(210 - ф 3,) (фотон/с или фотон/вспьппка) определяют, деля1 5 1 а(2(0- 9 п иа Сатапи пгаат и среднее пропускание окон кювет(210-71), например1 р (210 - 1) Т (210 - 9 )(2 , (Ьотон/вспьппка) (3)п,опт(2 О ру Величины Яд(210 -предварительно определяют в специальных экспери" ментах.Операция 14. Производят операции6 и 8, облучают актинометр в течение вопт с или пп вспьппками, производят операции, аналогичные операции 4 по Формуле- М (210 - Дф) (4) 40 где Мя ( Я- Я;,) получается делением 1 А( Я; - Я;,) на время облучения или число вспьппек, определяют выход невымораживающихся продуктов фотолиза в области спектра45 Интенсивность излучения в спектральной области определяется по Формуле1,( А) 50) (5)Операция 15. Повторяют операции12-14 вплоть до границы прозрачностиокон кюветы.П р и м е р. Элеменгы устройствадля определения спектрального распределения интенсивности излучения в ВУФобласти спектра изображены на фиг.1и 2. Световой поток от импульсной.5капиллярной лампы, вакуумно уплотняемой с помощью резинового уплотненияво фланце откачиваемой камеры 5 черезкассету с фильтрами 6, передвигаемойс помощью вилсоновского уплотнения,ц кювету для газовых Фильтров 3 попадает в кювету с И 0. В кассете дляФФильтров 6 имеются окна толщиной 1 ммз кварца КУ, полоса пропусканияпр )144 нм, сапФира А 120 9 1 Р )145 нм, Флюорита СаР Ядр 123 нм.В качестве газовых Фильтров исполь"з 1 уют СН 4 Мпр У 190 нм, Оа 1 пр )ф 175 нм, при оптической длине путиР1 = 200 торр 1 см, Спектры пропускания всех окон определяют в специальных экспериментах. Определяют спектрыОропускания газовых Фильтров. Выборзатих газов обусловлен тем, что проЦукты их Фоторазложения не поглощаютизлучение в спектральной ооласти210 - 1 щДлина кювет 1 к = 2 см, толРщина окон.13 и 14 й = 1 мм. Окна 13и 14 изготовлены из МрГопр30ф 110 нм или 1.Рдр .105 нм.Устройство используют следующимобразом,Выбор оптимальной экспозиции.Наполняют кювету для актинометра(фиг,1) закисью азота до давления,,обеспечивающего полное поглощение изЛучения в спектральной области . =210-190 нм, Р,= 700 торр, кюветудля газового Фильтра 3 - этиленом, 40РС,1 л = 100 торр. Производят облучение БО ивспышками, число иполучают на основании известных оценоквеличины 1 о (210-190 нм), исходя изчувствительности манометров но настолько маль 1 м, чтобы разлагалйсь неболее 10% ИО. При необходимости, если при п = 1 разлагается более 10%ЯО между источником 1 света иокном 13 (фиг.1) помещают сетчатыйФильтр с известной прозрачностью. Заь 1 ораживают актинометр в пальце 20,открывают вентиль 24 и через ловушку23 замороженную до 77 К, напускаютневьплораживающиеся продукты Фотолизаактинометра в манометры 21 и 22. Из,"меряют давление невымораживающихсяпродуктов Фотолиза, откачивают их через вентиль 25. Закрывают вентили 24 и 25 и размораживают актинометр впальце 20, Определяют В (210-190 нм) по Формуле (1), где 7- объем 1кюветы для актинометра и системы измерения Р до вентиля 25 (Фиг.2). Рассчитывают значение 1 (210 - 190 нм) по формулам (2) и (3), где(210- 190) определяют ло данным (7).Величины Рд ( 9) были определены в экспериментах на установке и по методике, описанных в (5) . Эти эксперименты показали следушее,При облучении ИО в ВУФ области спектра протекают следующие первичные и вторичные процессы Фотолиза (5): Ю О + 1 Л - Я, + О(Р); (6)- к + о(1 о), (7)- ъ Ю + О( Б), (8)- мо+ю("и, И;я(и, )и о - . и+ ы,о; (1 о 0( Б) + Ю 0 -О( Р) + ИЖ; (11)- о(э) + ка, (12)В результате этих процессов образуются следующие стабильные продукты фотолиза: ЯО, ИО МО , При замораживании облученной смеси до 77 К, кроме замораживания исходного БО происходит замораживание НО и захват БО в реакции.скорость реакции (15), медленной в газовой Фазе, также увеличивается при этом. Масс-спектрометрический анализ показал, что невымораживаются при 77 К продукты Фотолиза Б,0 (главным образом Ни 0,2)причем Ро составляет 10-15% от РиВеличина Ро зависит от длины волны облучения актинометра и от способа его обработки после фотолиза. Эксперимент показал, что образующийся при облучении ИО кислород частично захватывается при замораживании. Если одна порция БО подвергается многократному облучению, то перед каждым измерением необходимо не менее 2 раз провести цикл замораживание - откачка - размораживание 0 О. В противномслучае образовавшийся при предыдущем облучении ИО кислород может несколько повысить величину Ро при последующих измерениях его выхода. Если ВО облучается однократно или если после каждого облучения проводят описанную процедуру, то Я постоянно с точностью не менее 207, Р 1 ( ) с точностью не менее 43 и, следовательно, квантовый выход невымораживающихся продуктов сРА (1) постоянен с точностью не менее 57. Согласно полученным данным в спектральной области210-175 нм, СРд (9) = 1530,09,155-145 нм, Р(Я) = 1,21+0,15,Я = 145-123 нм, фд(ф = 1,31+0,11,Производят выбор п -, согласно операций 5 и 7.Откачивают ГН 4 из кюветы для газо - вых фильтров 3 (Фиг.1) и наполняют ее кислородом. Ро = 1 00 торр. Производят облучение актинометра и( ивспышками, а далее производят операции аналогичные описанным в двух предь 1 дущих пунктах.Откачивают эти кюветы (фиг.1) и наполняют кювету для актинометра 4 до Р 11 0= 150 торр. Размещают перед окном 13 (Фиг.1) окно из кварца КУ. Облучают актинометр, выполняют операции 2 и 3.Производят операции, аналогичные описанным в предыдущем пункте с окнами из сапфира и Флюорита.Измерение 1 о ( 1 1 9 1+Наполняют кювету для газовых фильтров (Фиг.1) этиленом, РС 1 = 100 торр.Облучают актинометр и, -, вспышками,Производят операцию 2.Откачивают Сф 4 из кюветы для .газовых Фильтров 3 (Фиг.1) и наполняютее кислородом РО = 1 00 торр,Замораживают актинометр в пальце20 (Фиг.2), обезгаживают его черезвентиль 25, закрывают вентиль 25, раз.мораживают актинометр. Повторяют этупроцедуру еще не менее одного раза.Облучают актинометр парт вспьппками, По Формулам (4) и (Э) определяют 1.(190-175 нм),Откачивают ИО и О. Наполняют кювету для актинометра 4 (Фиг.1) закисью азота. Р о= 1 50 торр, Давление ИО уменьшают, поскольку коэФФициент поглощения ИО в спектральной области 9 (155 нм значительно выше, чем при Ч 7 155 жч. Размещают перед окном 13(Фиг,1) окна из кварца КУ. Облучал актинометр п оп вспышками. Определ 5 по И я (21 О в 1 нм) согласно операции 2, Размещают перед окном 1 3 (Фиг.1) окно из сапфира. Облучают актинометр пвспышками. Определяют1 о (155-145 нм) по Формуле (2) и фонмулам (4) и (5) .Размещают перед окном 13 (Фиг.1);кно из Флюорита. Облучают актинометг 10 п-, вспьшшами. Определяют ИМ 210 Формула изобретенияСпособ определения спектрального распределения интенсивности излучения источника света в вакуумной ультрафиолетовой. области спектра, заклю-.,50-чающийся в облучении актинометрического вещества немонохроматическимизлучением в диапазонах длин волн9;+ , измерении выхода продуктов Фоторазлажения актинометрического вещества ИА(1 1 ) определении квантового выхода продук 123, нм) и 1 (145-123 нм) ло Формуле (2) и Формулам (4) и (5) .Закись азота не годится в качестве актинометра на спектральную область Я = 175-155 нм, поскольку эдессе 20 РАне является постоянной величиной и меняется от 1,5 до 0,2 (5).В данной спектральной области в качестве актинометра можно использоватьИр, проведя манометрические изме рения выхода О. - единственного невымораживающегося продукта ФотолизаИО при использовании в качествеФильтров Ои кварца КУ. При Фотолизе ИО (Рдо = 2 торр) РО (и) 30 = 0 85+0 15 (8)Нечувствительность актинометра вУФ и видимой области спектра, независимость величины 9 р,( 9) от интенсивности измеряемого излучения, постоянство 94 (1) при у 1 = 210-175 и 155125 нм позволяют с высокой точностьюизмерять 1 о ( 9) импульсных источников света и определять их яркостнуютемпературу, измерять 1 о (9) в спект 40ре Солнца. Разборность кюветы для измерения 1 о ( позволяет контролировать пропускание окон и устранятьошибки, связанные с непостоянствомпропускания. Эти Факторы позволяют 45 производить измерения 1 о ( 9) с точностью порядка 1 ОЕ.1 1582027 тов фоторазложения сРр 1 1; .,,. ) о по отнощению выхода продуктов Фото- ц разложения актинометрического веще- с ства к интенсивности поглощаемого им т излучения и определении средних по5а диапазону 9; ,; интенсивною стей излучения Тр( 1) по,12 тличающийся тем, что, с елью повыщения точности определения редних по диапазону,;иненсивностей излучения, в качестве ктинометрического вещества использут газ БдО, после предварительного ымораживания определяют суммарный квантовый выход невымораживающихся продуктов его Фоторазложения, а их выход измеряют по суммарному давлению,отношениюорректор О.Ципл 8 Подписное аж сква,Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О к кюйл акщона петра Заказ ВНИИП кенте иягп род осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Ио Ж, Раушская наб д. 4/5