Лазер, использование в спектроскопии

Настоящий переворот в области использования спектроскопии КР в химии вызвало введение в аппаратуру лазерных источников возбуждения. Лазеры дают интенсивное монохроматическое излучение, что очень важно для получения качественных спектров КР, особенно для разрешения линий, имеющих малый частотный сдвиг относительно vo. При этом можно получать спектры для менее концентрированных растворов, а также записывать спектры газов, порошков, сильно окрашенных растворов и т. д. Уменьшается и количество вещества, необходимого для приготовления образца. [c.222]

Приборами будущего в ИК спектроскопии являются уже существующие интерферометры (фурье-спектрометры) высокого разрешения, а также некоторые типы приборов, разрабатываемые на совершенно новых принципах. Использование лазеров в спектроскопии КР привело не только к качественному скачку в традиционных применениях этого метода, но и к появлению новых методов, основывающихся на нелинейных оптических эффектах. Хотя такие методы, как, например, КАРС, гигантское КР и др., пока еще хи- [c.289]

Высокая спектральная яркость и узкополосность лазерного излучения и особенно возможность плавной перестройки длины волны излучения лазера в некотором диапазоне длин волн дают спектроскопии молекулярного иоглощения такие несомненные преимущества, что введение лазеров в спектроскопию без преувеличения можно назвать началом новой эры в этой области. Благодаря высокому разрешению и чувствительности лазерной спектроскопии многие эксперименты, которые нельзя было бы провести с некогерентными источниками света, стали возможны при использовании лазеров. [c.245]

Первая из них легко преодолевается путем использования вращения ( 2000 об/мин) образца или быстрого сканирования лазерным лучом по поверхности образца. Вторую трудность преодолеть нелегко, если не уменьшить путь рассеивающего пучка в среде до минимума. Другая более тонкая процедура состоит в использовании дифференциальной спектроскопии КР с вращающейся кюветой, разделенной на две половины, вместе с совершенной электронной системой сравнения. Наличие отсеков для исследуемого образца и образца сравнения исключает необходимость внутреннего стандарта. Вероятность фотолиза при вращении образца также уменьшается. Влияние флуоресценции эффективно исключается лишь дискриминацией сигнала во времени. Методика основана на возбуждении комбинационного рассеяния импульсным лазером с длительностью импульсов порядка нано- [c.776]

Использование лазеров значительно расширило границы применения К. р. с. и привело к развитию ряда новых методов в спектроскопии КР. Возможность изменения длины волны возбуждения путем замены лазеров или с помощью лазера с перестраиваемой частотой привела к развитию резонансного КР, к-рое возникает, когда частота возбуждающего света попадает в область поглощения в-ва. Этот метод позволяет определять низкие концентрации в-в, что особенно важно для биологии и биохимии. [c.437]

Рамановская спектроскопия гораздо более приспособлена к использованию оптоволоконной технологии, чем инфракрасная спектроскопия. Разработаны оптоволоконные зонды для измерения рассеяния света и люминесценции. При использовании лазера в качестве источника света эти устройства можно применять и для реализации метода рамановской спектроскопии. Эти датчики состоят из оптоволоконного пучка и оптического окна в конце волокон. В пучке оптические волокна распределены таким образом, что в центре находится одно-единственное волокно, по которому идет свет от источника, и несколько других сходных волокон по краям пучка собирают рассеянный пробой свет (рис. 16.4-4). Этот тип распределения волокон обеспечивает максимальную эффективность сбора рассеянного излучения. Линзы обычно фокусируют свет от [c.660]

Идеальным источником для ИК-спектроскопии был бы монохроматический излучатель высокой интенсивности, непрерывно перестраиваемый в широком интервале длин волн. Хотя лазеры с перестраиваемой частотой отчасти приближаются к идеальному источнику (стр. 32), их использование в обычных спектрофотометрах кажется довольно отдаленным будущим. Обычно применяются источники, излучающие непрерывный спектр, приближающийся к излучению абсолютно черного тела. Мощность излучения И абсолютно черного тела выражается через его температуру Т и длину волны X законом Планка [c.18]

При получении ИК-спектров удаленных земных и небесных объектов и атмосфер возникает несколько трудных проблем. Первым и главным затруднением является сложность получения полезного сигнала из-за обсуждавшегося ранее ограничения по энергии. В качестве источника может служить солнце, но его недостатки очевидны. Использование удаленных контролируемых источников ИК-излучения или обратных отражателей возможно только в отдельных случаях. Спектры излучения нагретых газов, таких, которые выходят из вытяжной трубы, можно наблюдать методом корреляционной спектроскопии (стр. 274). Возможно, что перестраиваемые лазеры представляют собой наиболее перспективный источник для контроля состояния воздуха на расстоянии [124]. [c.214]

Спектроскопические методы являются наиболее надежными. Они основаны на взаимодействии легких частиц (фотонов и электронов) с молекулярными системами. Молекулярная спектроскопия разделяется на спектральные области в зависимости от энергии используемых легких частиц. Химия оперирует в основном колебаниями атомов и валентных электронов. Этому типу движений в молекулярных системах соответствуют фотоны оптического диапазона энергий (инфракрасная, видимая и ультрафиолетовая области электромагнитного излучения). Этот диапазон электромагнитного поля называют оптическим или просто светом. Именно в оптической спектроскопии были достигнуты наиболее значительные успехи, связанные с использованием лазеров. Поэтому обсудим в основном методы оптической лазерной спектроскопии. [c.114]

Р-ции открыты А. Ладенбургом соотв. в 1876, 1883 и 1884. ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, раздел оптич. спектроскопии, изучающий полученные с помощью лазеров спектры испускания, поглощения и рассеяния. Любой метод оптич. спектроскопии м. б. существенно улучшен при использовании лазеров. Вместе с тем разработаны принципиально новые методы, напр, нелинейной спектроскопии. [c.294]

Использование для локального плавления поверхности металла лазеров позволяет повысить разрешающую способность до 20-40 мкм. Преимуществом ионного зонда является возможность послойного анализа при последовательном стравливании ионным лучом слоя за слоем металла. Дпя анализа водорода в тонких поверхностных слоях металла и адсорбированных слоях применяют оже-спектроскопию, основанную на анализе энергий вторичных электронов, образующихся при электронной бомбардировке пробы. Граница обнаружения водорода равна примерно 0,01% [51]. [c.23]

Рис. 10.9. Схема измерительных систем, использованных для диагностики радиочастотной (и-Г-Аг)-плазмы с применением абсорбционной и эмиссионной спектроскопии 1 — инжектор ПРе 2 — самописец 3 — радиометр 4 — генератор сигналов для сканирования зеркала 5 — самописец 6 — процессор 7— лампа 8 — ионное устройство для накачки лазера 9 — лазер 10— спектроанализатор 11 — вращающееся зеркало 12 — измеритель мощности 13 — разделитель лучей 1 — фиксированный фронт поверхности зеркала 15 — подвижное зеркало 16 — монохроматор 17 — фильтры 18 — высоковольтный источник электропитания 19 — прерыватель для сканирования поглощения 20 — индикатор 21 — детектор и усилитель изменения фазы 22 — ленточный самописец 23 — сигнал 2 — линза 25 — фиксированный фронт поверхности зеркала 26 — схематический поворот на 90° для простоты изображения Й7 — к детектору 28 — прерыватель, использованный для сканирования поглощения 29 — линза 30 — заслонка для сканирования излучения 31 — разрядная камера 32 — плазма 33 — регулируемый держатель зеркала 3 — фиксированный фронт поверхности зеркала 35 — коллиматор 36 — ввод в кожух разрядной камеры 37 — фиксированный фронт поверхности зеркала

Любой метод оптической спектроскопии может быть существенно улучшен при использовании лазеров. Прямое испарение пробы, например, СОг-лазером, позволяет в одном эксперименте определять несколько десятков элементов, а высокая монохроматичность лазерного излучения дает возможность избирательно анализировать ультрамалые количества вещества в атмосфере. [c.221]

Изобретение лазера в 1960 г. положило начало третьему периоду в развитии спектроскопии КР. Появление этого источника излучения вновь вызвало огромный интерес к спектроскопии КР, и многие достижения, описанные в различных главах этой книги, стали возможными с применением лазеров. Использование лазерных источников света позволило провести эксперименты, которые ранее были недоступны или слишком сложны. Так, при помощи поляризованного лазерного излучения можно изучить изотропный и анизотропный вклады в переходы с А/ = 0. Направленность н малая расходимость луча лазера позволили изучать угловую зависимость рассеяния, а высокая интенсивность излучения сделала возможным исследование очень слабых и поэтому ранее ненаблюдаемых переходов. По этим причинам представляется целесообразным рассмотреть основные аспекты теории вращательного комбинационного рассеяния свободными молекулами, развитой Плачеком и Теллером [19, 20]. В дальней- шем эту теорию развили Расмуссен и Бродерсен [20а], однако в настоящее время ее использование в полном объеме недоступно. После обзора ранних работ будут описаны лазерная техника возбуждения спектров КР газов при низком давлении и полученные результаты. [c.145]

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]

Короткая (управляемая) длительность излучения позволяет возбуждать высоколежащие уровни энергии за времена короче времени релаксации любого квантового состояния. С использованием лазеров ультракоротких (пикосекундных и фемтосекундных) импульсов разработаны методы спектроскопии с временным разрешением до 10 с. Эти методы обеспечивают излучение первичных фотофиз. и фотохим. процессов с участием возбужденных молекул, исследование короткоживущих частиц (радикалов, комплексов и т.д.). [c.565]

В последние годы рамановская спектроскопия активно используется как метод промышленного анализа in situ в масштабе реального времени [16.4-26-16.4-28]. По-видимому, это обусловлено хорошей пропускной способностью световодов в видимой и ближней ИК-областях, где для возбуждения пробы могут быть использованы портативные лазеры с воздушным охлаждением, а также доступностью высокоэффективных детекторов, таких, как полупроводниковые приборы с зарядовой связью (ППЗС). При использовании ППЗС-детекторов рамановские спектры могут быть получены в течение нескольких секунд, в отличие от ИК-спектроскопии, где на эту процедуру уходит несколько минут. [c.657]

Аналитические применения лазеров основаны по крайней мере на одном из следующих свойств монохроматичность, когерентность, высокая плотность мощности (или поток). Примером использования монохроматичности служит резонансная ионизационная масс-спектрометрия (РИМС, см. разд. 8.5) и спектроскопия комбинационного рассеяния (см. разд. 9.2 и 10.5). Высокий поток используют для лазерной абляции (см. разд. 8.1 и 8.5). [c.688]

Использование в качестве источников света лазеров в этом методе дает следующие преимущества более высокое спектральное разрешение, а следовательно и чувствительность узость лазерной линии излучения быстрая перестройка частоты излучения и ненужность монохроматора. Наиболее целесообразно в абсорбционной спектроскопии использовать непрерывные лазеры. Однако применяют и импульсные лазеры, так iaK их использование позволяет расширить спектральную область источни а света. Для исследования в ближнем УФ и видимом диапазоне используют лазеры на растворах красителей. В ИК-области спектра широко применяют полупроводниковые диодные лазеры. Существуют нелинейные оптические методы, позволяющие получать излучение с разностной (уз = vj - vj) и суммарной (уз = VI + V2) частотами. Если один из лазеров является перестраиваемым, то можно перестраивать частоту излучения V3 как в УФ-, так и в ИК-областях спектра. [c.116]

В конце 70-х гг. начали развиваться два новых направления, способствующие расширению использования БИКС в аналитической химии. С одной стороны, хемометрические методы обработки результатов в комбинации с измерением НПВО открыли возможности недеструктивного многокомпонентного анализа и идентификации твердых полимеров с различной морфологией. С другой стороны, появление волоконной оптики резко расширило применение БИКС для дистанционного контроля процессов и материалов. Датчик, соединенный со световодом, можно разместить на расстоянии в сотни метров от спектрометра, что облегчает контроль процессов с участием токсичных и опасных веществ. В последнее время дальнейший прогресс достигнут разработкой систем монохроматоров для быстрого сканирования в БИКС, например перестраиваемых оптоакустических фильтров. К БИКС относится также новый метод спектроскопии КР, использующий Nd-лазер с длиной волны 1064 нм [59]. [c.242]

С целью создания новых типов высокоинформационной спектральной аппаратуры, пригодной для работы в самых разнообразных условиях, в последние годы ведутся поиски новых принципов построения такой аппаратуры, исследуются возможности использования новых физических явлений. С этой точки зрения применение в спектроскопии методов голографии и использование такого мощного источника когерентного излучения как лазер кажутся особенно перспективными. [c.355]

Спектроскопия комбинационного рассеяния. Возросший интерес к спектроскпии КР вызван тем, что налажен серийный выпуск приборов, в которых в качестве источника излучения применяются лазеры [10]. Тем не менее это не привело к более широкому использованию данного метода для определения констант устойчивости, хотя в целом он более перспективен, чем ИК-спектроскопия имеется возможность исследовать водные-растворы и работать со стеклянными кюветами. Спектроскопии комбинационного рассеяния присущи следующие недостатки [c.147]

В самое последнее время наметилось возрождение интереса к оптическим методам, вызванное применением принципиально новой техники. Так, в ИК-спектроскопии в результате использования новых методов возбуждения и регистрадии (лазеры с перестраиваемой частотой, фурье-спектрометрия, машинная обработка и др.) удалось повысить основные характеристики метода (чувствительность, разрешение, скорость регистрации) на несколько порядков. В связи с этим есть всё основания полагать, что в ближайшие годы оптические методы снова войдут в число наиболее информативных и универсальных как ультрамикрометод исследования и анализа. [c.198]

Из спектроскопических методов особое место призваны занять методы атомной абсорбции, рентгеновской флуоресценции, масс-спектрометрии на вооружении сохранятся эмиссионный спектральный анализ и спектрофотометрия. Атомно-абсорбционный метод станет одним из наиболее распространенных и важных. Будут созданы атомно-абсорбционные квантометры, прецизионные спектрофотометры, разработаны методы анализа твердых проб. Лазеры, в частности с плавно изменяющейся длиной волны, будут применяться в инфракрасной и электронной спектроскопии, для спектрофотометрического и люминесцентного анализа. Можно предполагать разработку высокочувствительных и точных методов молекулярного анализа с использованием микроволновой и ра-диоволновой спектроскопии. В люминесцентном анализе расширится использование низких и сверхнизких температур для повышения чувствительности и точности анализа. [c.238]

Среди лазеров на основе органических соединений с оптической накачкой наиболее глубоко изучены лазеры на электронных переходах в сложных органических молекулах. В результате техника ЛОС достигла весьма высокого уровня развития, необходимого при использовании таких сложных устройств, как лазеры, а ценные свойства ЛОС обеспечили им очень широкий круг применений в различных физико-химических исследованиях. Применение ЛОС прежде всего в спектроскопии, фотохимии, в исследованиях селективного воздействия лазерным излучением на вещество привело к возникновению или существенному развитию принципиально новых методов исследования, таких как двухфотонная спектроскопия, свободная от доплеровского уширения, многофотонная резонансная ионизационная спектроскопия, спектроскопия когерентного антистоксова комбинационного рассеяния, внутрире-зонаторная абсорбционная спектроскопия и др. Рассмотрению [c.197]

Использование этих свойств лазеров позволило в значительной степени расширить возможности традиционных методов спектроскопии, а так"же решать принципиально новые задачи, которые до их появления даже не рассматривались. Круг научных и практических задач, находят,ийся в поле зрения лазерной спектроскопии, очень обширен. Наиболее важные направления связаны с работами по спектральному анализу с помош,ью лазеров, спектроскопии комбинационного рассеяния (КР), исследованию нелинейного поглощения, спектроскопии высокого разрешения с помощью перестраиваемых по частоте лазеров, гетеродинным методам измерения малых разностей частот и нелинейной лазерной спектроскопии сверхвысокого разрейгения. [c.374]

Мощные лазерные источники света произвели настоящую револювд1Ю в аналитической оптической спектроскопии. Первым и прямым следствием их использования стало повышение чувствительности. В особых случаях, применяя резонансно стимулированную двухфотонную ионизахщю с помощью перестраиваемого лазера, удается достичь предельно возможной чувствительности — добиться обнаружения единственного атома (атом цезия) или всего одной молекулы вещества (нафталина). К этому же невероятному пределу приближается чувствительность метода индуцированной лазерной флуоресценции. С помощью лазерного зондирования можно обнаруживать загрязнения в атмосферном воздухе на расстоянии больше одной мили. Особенно хорошие результаты дает флуоресцентное возбуждение или лазерная раман-спектрометрия. В этом методе в сторону исследуемого объекта, например в сторону столба дыма, направляют импульс лазерного света и измеряют время, через которое появляется сигнал флуоресценции или сигнал комбинационного рассеяния (рамановский сигнал). Зная скорость света, можно определить, на каком удалении находится объект. Таким образом, сигнал не только расскажет нам, какие вещества (загрязняющие воздух соединения) находятся в объекте, но также позволит проследить, как они распространяются от источника загрязнений. [c.196]

Еще одно яркое свидетельство больших возможностей разностной спектроскопии дают исследования этим методом фотолиза молекул в криогенных матрицах (матричная изоляция). Если спектр образца до фотолиза, сохраненный в численной форме, вычесть из спектра образца после фотолиза, то в разностном спектре проявятся только изменения. Все претерпевшие превращения молекулы дадут в спектре линии, направленные вниз, а все вновь образующиеся молекулы — линии, направленные вверх. Этот прием был, в частности, использован для выявления двух форм цис- и гош-) 2,3-дифторпропена в спектре сложной смеси. Экспериментаторы настроили лазер на полосу поглощения г/ис-ротамера и облучили им холодный образец. Поглощение этого излучения молекулами г/ис-ротамера сообщает им достаточно энергии для перехода в гош-ротамер. Поэтому в разностном спектре у с-ротамер дает отрицательный спектр (линии вниз), а гош-ротамер — положительный (линии вверх). Спектры поглощения всех других молекул при облучении не изменились, поэтому в разностном спектре они просто не проявились. [c.246]

В ближайшие 5—10 лет в массовых областях применения сохранятся в основном традиционные спектроскопические методы и приборы. Однако одно из существенных направлений развития спектральных приборов будет связано с лазерными методами и с использованием лазеров. Лазеры позволяют создать принципиально новые приборы. Можно выделить три направления в лазерном спектральном приборостроении. Во-первых, это разработка приборов и методов, которые в принципе невозможны без применения лазеров, в частности приборы для многофотонной спектроскопии, для спектроскопии сверхвысокого разрешения (внутри допплеровского контура), спектроскопип с временным разрешением лучше 10 с. Во-вторых, развитие спектроскопических методов, в которых лазеры обеспечат скачок значений основных приборных параметров. Сюда относятся внутрирезонаторная спектроскопия, спектроскопия высокого разреп1ения. Третьим направлением можно считать сочетание классических и лазерных устройств, приводящее к значительному повышению возможностей спектроскопических методов, что осуществлено, например, при регистрации спектров КР с лазерным возбуждением. [c.11]

Корреляция с оптическими данными. Выцветание полосы поглощения бактериохлорофилла с центром вблизи 870 нм на свету наблюдается in vivo до 1 К. С использованием импульсного лазера показано, что выцветание происходит за время менее 1 МКС после начала вспышки квантовый выход процесса равен 0,9—1,0. Это доказывает, что компонента бактериохлорофилла, поглощающая при 870 нм, является центром первичной фотохимической реакции в бактериальном фотосинтезе. Стационарная концентрация неспаренных электронов в пределах ошибки эксперимента совпадает с концентрацией молекул бактериохлорофилла, переставших в результате освещения поглощать свет 870 нм. Кроме того, кривые нарастания и спада сигнала ЭПР и изменения оптического поглощения при 870 нм в основном совпадают. Отсюда вытекает необходимая связь между данными ЭПР и оптической спектроскопией, позволяющая идентифицировать источник светоиндуцированного сигнала ЭПР как свободный радикал, образующийся из бактериохлорофилла. [c.415]

Новые возможности для количественного анализа открывают инструментальные преимущества ИК-спектроскопии фурье-преобразования, к числу которых относятся такие, как низкий уровень рассеянного света (менее 0,01%), хорошая точность измерения интенсивности сигналов (лучше чем 0,1%) и высокая точность измерения волновых чисел (лучше чем 0,01 см при использовании гелий-неонового лазера в качестве стандарта). В сочетании с компьютером можно осуществлять быстрое и точное накопление и вычитание спектров исследуемого вещества сравнения, что позволяет, используя кюветы с достаточной длиной оптического пути, проводить количественное определение микропримесей (10—20 млн ) даже в условиях сильного фонового поглощения. Еще одним преимуществом инфракрасной фурье-спектроскопии для количественного анализа является возможность четкой записи и сравнения спектров в широком интервале концентраций [8]. [c.271]

По первому направлению в последние годы интенсивно ведутся работы в области атомно-флуоресцентных методов, обеспечивающих пбвышение чувствительности на 1—2 порядка (с использованием перестраиваемых лазеров), развивается метод внутрирезона-торной лазерной спектроскопии, некоторые варианты СА в эмиссии и поглощении с использованием лазеров. Интересны варианты атомной резонансной флуоресценции без спектрального разложения. [c.10]