Лазерное рэлеевское рассеяние

Современные оптические методы измерения плотности основаны на лазерном рэлеевском рассеянии. Рэлеевский режим рассеяния света имеет место, когда диаметр частицы d значительно меньше длины волны излучения лазера Л (d/ < 1) (аналогично пределу Ми, используемому для лазерной доплеровской анемометрии). Для лазеров, излучающих видимый свет, рэлеевский режим справедлив для частиц с размерами от субмикронных (частицы табачного дыма, тумана, сажи) до молекулярных. Сама возможность видеть луч лазера в атмосфере является следствием слабого упругого рассеяния света. Опыт показывает, что значительная часть наблюдаемого света обусловлена рассеянием в режиме Ми на твердых аэрозольных частицах, а остальная часть — рэлеевским рассеянием (т.е. упругим рассеянием) света на молекулах. Интенсивность рассеянного света /рас пропорциональна концентрации рассеивающих частиц [c.18]

Спектры комбинационного рассеяния газов можно получить с помощью многоходовой кюветы, которая изображена на рис. 21-206. Твердые пробы также не трудно изучать с помощью СКР- Основная сложность заключается в значительном рассеянии от поверхностей твердых частиц. Это рассеяние увеличивает интенсивность пика, соответствующего рэлеевскому рассеянию, и осложняет изучение пиков комбинационного рассеяния. Однако комбинированное применение монохроматического лазерного источника и двойного монохроматора значительно уменьшает эти трудности. Разработаны несколько типов держателей твердых проб, но наиболее простым приемом является заполнение капилляра (подобного тому, который используют для определения температуры плавления) порошкообразной пробой и возбуждение пробы одним из способов, показанных на рис. 21-21. [c.747]

Рис. 6-14. Рамановский спектр жидкого U, полученный при сканировании со скоростью 500 см- /мин 3 мкл пробы при возбуждении гелий-неоновым лазером при 632,8 нм. Сильный сигнал при Av=0 связан с рэлеевским рассеянием лазерного излучения [34].

Следует подчеркнуть, что рассеяние происходит не только на частицах в газах пламени и частицах пыли, но и вследствие рэлеевского рассеяния излучения молекулами и атомами, и поэтому последнее явление представляет собой основное ограничение в измерениях методом резонансной флуоресценции. Сечения рэлеевского рассеяния увеличиваются пропорционально AJ где h — длина волны падающего лазерного излучения. Вклад рэлеевского рассеяния (от атомов и молекул) в пламенах соответствует 200—2000 отсчетов в 1 с для типичной флуоресцентной установки, в которой в качестве источника возбуждения используется обычная ксеноновая дуговая лампа на 150 Вт фирмы ElM.iV . Поэтому, допуская, что время интегрирования 10 с и дробовой шум из-за рассеяния мал, шум составляет 100 отсчетов, что типично для ограничивающего уровня шума в обычной атомной флуоресценции с обычными источниками света, особенно в ультрафиолетовой области. Конечно, в видимой области ( 300 нм) шум фона пламени может даже превышать шум рассеяния в некоторых областях спектра. Во всяком случае, величина шума рассеяния, неотъемлемая в любых флуоресцентных методах, достаточно велика, чтобы оправдать крупные исследования в области использования нерезонансной флуоресценции для анализа. [c.229]

В первое время при лазерном зондировании окружающей среды использование лазеров с фиксированной частотой, работающих в красной или инфракрасной области спектра, ограничивало исследования атмосферы лишь изучением сигналов рэлеевского рассеяния в обратном направлении и ми-рассеяния. Последующее бурное развитие лазерной технологии значительно расширило диапазон процессов, происходящих под действием лазерного излучения и пригодных для индикации параметров окружающей среды. Поэтому мы рассмотрим эти разнообразные процессы. [c.351]

Аналогично рассеянию в режиме Ми, используемому в лазерной доплеровской анемометрии, частота света, рассеянного в режиме рэлеевского рассеяния, несколько отличается от частоты лазерного излучения из-за движения молекул газа и взвешенных частиц. Поскольку молекулы совершают хаотическое движение, в конечном итоге ширина спектральной линии рассеянного света определяется скоростью хаотического движения и, следовательно, температурой (и плотностью) молекул. Кроме того, если молекулы газа (или аэрозольные частицы) все вместе совершают направленное движение, можно определить средний доплеровский сдвиг, что позволяет найти скорость потока. [c.19]

Ценную информацию дают также лазерные методы спектроскопии с использованием эффектов Доплера, ра-мановского и рэлеевского рассеяния света, интерферометрии. В частности, по изменениям монохроматической длины волны лазерного луча при рассеянии на движущихся частицах (эффект Доплера) можно определить скорость движения биологических объектов, например клеток, клеточных органелл, потоков цитоплазмы. [c.364]

В некоторых случаях в специальном режиме можно получить ИК-спектры испускания нагретых образцов и/или при использовании охлаждаемых детекторов (см. разд. 9.2.2). КР-спектры формируются при неупругом рассеянии света молекулами (см. рис. 9.2-1). Для возбуждения КР-спектров требуются монохроматичные лазерные источники в видимой или ближней ИК-областях, например, Аг+-лазер (488 нм) или К(1 АС-лазер (1,06 мкм). Комбинационное рассеяние относится к очень слабым эффектам. Только около 10 падаюш,его излучения претерпевает упругое рассеяние. Эта часть излучения формирует рэлеевскую линию, имеющую такую же частоту, что и возбуждающее излучение. Около 10 ° падающего излучения приводит к возбуждению колебательных или вращательных уровней основного электронного состояния молекул. Это является причиной потери энергии падающим излучением и вызывает сдвиг полосы в длинноволновую область по сравнению с рэлеевской линией (стоксов сдвиг). Антистоксовы линии с большей частотой, чем падающее излучение, можно наблюдать, когда рассматриваемые молекулы до взаимодействия с лазерным излучением уже находятся в возбужденных колебательных состояниях (при более высоких температурах) (рис. 9.2-2). При комнатной температуре антистоксовы линии слабее, чем стоксовы. Соотношение интенсивности стоксовых и антистоксовых линий является функцией температуры образца (почему ). [c.167]

Рис. 2.2. Иллюстрация основных процессов рэлеевской и рамановской спектроскопии и результирующего рамановского спектра Ei — колебательные уровни рассматриваемой молекулы, Лг лаз — энергия фотона лазерного излучения, /гг/рас — энергия рассеянного фотона к — постоянная Планка, лаз — частота излучения лазера)

Допплеровское уширение линии рэлеевского рассеяния невелико. Для макромолекул в растворе оно составляет сотни Гц. Измерение столь малого уишрення спектральной линии требует экспериментальной техники, обеспечивающей разре- шение ы/Лы 10 . Столь высокое разрешение стало практически возможным толь-i/ ко в 60-е гг. после появления лазерных источников света и технического осущвст-(, вления спектроскопии высокого разрешения. [c.220]

Возбуждающее и приемное устройства были разнесены на 7 м друг от друга. Длительность лазерного импульса составляла 0,4 мкс, энергия в импульсе — 0,2 Дж. Для градуировки установки использовалось молекулярное (рэлеевское) рассеяние того же лазерного излучения слоем атомосферы, лежащим на высоте 30—35 км над местом наблюдения. Энергия рассеянного излучения может быть достаточно хорошо рассчитана для воздуха, свободного от пыли, капелек воды и кристаллов льда. [c.67]

Для борьбы с рассеянным светом принимались обычные в таких случаях меры предосторожности светоизоляция лазерной части установки, пучок из которой выходил только через небольшое отверстие камера атомизатора была сделана из зачерненного изнутри металла, а входное и выходное окна располагались под углом Брюстера к лазерному пучку. В этих условиях помехи со стороны рэлеевского рассеяния пучка атомами аргона существенно превышали помехи, вызванные рассеянием света деталями установки. [c.75]

Нерасходимость луча лазера существенным образом повышает разрешение индикатрисс рэлеевского рассеяния, что позволяет получить более точную информацию о размерах (молекулярных массах) и форме макромолекул и их комплексов. С помощью рэлеевского рассеяния лазерного света удалось, например, определить тонкие детали строения вируса табачной мозаики. Рамановское (комбинационное) рассеяние, связанное с изменением длины световой волны благодаря сложению или вычитанию частот колебаний электромагнитного излучения и молекулы, с успехом применяется для выяснения структурной организации молекул (белки, нуклеиновые кислоты, липиды и т. д.), межмолекулярных взаимодействий и их динамики. [c.364]

Рамановская спектроскопия основана на исследовании спектров рассеяния света. При столкновении фотона с молекулой может иметь место упругое соударение, при котором фотон не теряет энергию, но изменяет направление своего движения. Такое рассеяние известно под названием рэлеевского и лежит в основе метода определения молекулярных весов соединений. Соударения могут быть также иеупругими они характеризуются тем, что энергия молекулы и фотона изменяется. Поскольку эти изменения носят квантовый характер и определяются колебательными и вращательными уровнями молекулы, анализ спектра рассеянного света (спектра Рамана) дает почти ту же информацию, что и обычный инфракрасный спектр. Необходимо, однако, помнить один момент правила отбора в этих двух случаях различаются. В инфракрасной спектроскопии разрешены одни переходы, в раман-спектро-скопии — другие. Таким образом, имеет смысл снять и тот и другой спектр исследуемого образца. До недавнего времени раман-спектроско-пия находила весьма ограниченное применение из-за малой интенсивности рассеянного света. Однако использование для возбуждения лазеров существенно повысило ценность указанного метода [16—20]. В качестве примера на рис. 13-4,5 приведен раман-спектр 1-метилурацила. Заметим, что интенсивность полосы амид II (относительно полосы амид I) в раман-спектре значительно меньше, чем в инфракрасном спектре поглощения. Особый интерес представляет резонансная раман-спектроскопия [19—21], где используется лазерный пучок с длиной волны, соответствующей длине волны электронного перехода. Рассеяние света при этом часто существенно усиливается на частотах, которые отличаются от частоты лазера на частоту рамановского рассеяния, происходящего на группах хромофора или на группах молекулы, соседствующей с хромофором. Несмотря на определенные экспериментальные трудности, указанный метод позволяет изучать структурные особенности какого-либо конкретного участка макромолекулы. [c.13]

Оптич. методы, основанные на рассеянии (рэлеевском, комбинационном) света, получили развитие благодаря лазерной технике. Они применяются, в частности, при дистанционном контроле чистоты атмосферы (т. наз. лидариые методы) для определения гл. обр. вредных примесей-орг. соед., оксидов азота, серы, углерода и т.д. МОК от 10 до 10 мол. %. [c.470]

Для изучения мол. динамики используют физ. явления рэлеевское и комбинационное рассеяние света (см. Комбинационного рассеяния спектроскопия), акустич. и мат. релаксацию (см. Акустическая спектроскопия), радиоспектроскопию, аннигиляцию позитрония (см. Мезонная химия), рассеяние нейтронов (см. Нейтронография). Разработаны спец. методы пикосекундная и фемтосекундная оптич. спектроскопия, включая лазерную динамич. голографию с временами разрешения до 10 " - 10 с (см. Лазерная спектроскопия), а также методы мат. моделирования (см. Молекулярная динамика, Молекулярная механика). [c.242]

Рис. 6.29. а —спектр комбинационного, рэлеевского и ми-рассеяния в обратном направлении обычной атмосферы б — спектр комбинационного рассеяния различных частиц, присутствующих в облаке дымового шлейфа от горящей нефти, полученный методом дистанционного зондирования при помощи лазерного радара в — спектр комбинационного рассеяния выхлопных газов автомобилей, полученный 1 и помощи лазерного локатора. Из работы fna-Ьа Н., Kobayasi Т., Opto-Ele tron., 4, 101 (1972) (с разрешения авторов). [c.417]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология