Лазерная абсорбционная спектроскопия (ЛАС)

Лазерная абсорбционная спектроскопия (ЛАС) [c.114]

В последней части разд. 5.2 приведены некоторые специфические приложения лазерной абсорбционной спектроскопии к аналитической химии. В разд. 5.3 рассматривается оптическое возбуждение молекул с помощью лазеров. Этот метод позволяет провести большое число различных исследований возбужденных состояний с высоким разрешением. В качестве примеров можно назвать флуоресценцию, индуцированную лазерным излучением, измерения времен жизни возбужденных состояний, спектроско- [c.243]

Аналитические применения лазерной абсорбционной спектроскопии [c.285]

Лазерная абсорбционная спектроскопия с регистрацией полной флуоресценции — чрезвычайно чувствительный метод анализа распределения по внутренним степеням свободы молекул, образовавшихся при неравновесных условиях. Если лазер возбуждает молекулы в исходном состоянии иа верхний уровень k) полная интенсивность флуоресценции с верхнего уровня [c.303]

Предлагаемое практическое руководство обобщает опыт преподавания физических и физико-химических методов анализа, накопленный на кафедре аналитической химии Московского государственного университета. Руководство включает два больших раздела— спектроскопические и электрохимические методы. В спектроскопические методы включены методы эмиссионной фотометрии пламени, атомно-абсорбционной спектроскопии пламени, абсорбционной молекулярной спектроскопии и люминесцентный в электрохимические — потенциометрический (в том числе с использованием ионоселективных электродов), кулонометрический, полярографический и амперометрический методы. Наряду с перечисленными методами в современных аналитических ла- бораториях используют и другие методы атомно-флуоресцентный анализ, рентгеновские методы, искровую и лазерную масс-спектрометрию, радиоспектроскопические, ядерно-физические и радиохимические методы, однако ограниченное число учебных часов не позволяет включить их в данное руководство. Изучение этих курсов предусмотрено [c.3]

В описанном выше абсорбционном методе частота лазерного излучения перестраивалась так, чтобы совпасть с центром линии поглощения регистрируемой частицы. Если частота лазерного излучения фиксирована и близка к частоте линии поглощения, то для получения резонанса можно перестраивать линию поглощения, воздействуя на регистрируемые частицы электрическим или магнитным полем. Вариант абсорбционной спектроскопии с электрическим полем называют лазерной штарковской спектроскопией, а вариант с использованием магнитного поля - лазерным магнитным резонансом. Лазерную штарковскую спектроскопию можно применять для регистрации стабильных молекул. Регистрацию таких парамагнитных частиц, как атомы и радикалы, удобно осуществлять с использованием лазерного магнитного резонанса. [c.116]

Со времени выхода в свет четвертого издания учебника (1975 г.) в аналитической химии определились новые пути развития. Особо следует отметить, что наряду с химическими и физикохимическими методами анализа, нашедшими широкое применение в науке и производстве, в химико-аналитических заводских и научно-исследовательских лабораториях все чаш,е проводят анализ физическими методами (эмиссионная, пламенная, атомно-абсорбционная спектроскопия, ядерный магнитный резонанс — ЯМР, искровая масс-спектрометрия, рентгеновский спектральный, флюоресцентный, радиометрические и др.), позволяющие устанавливать с достаточной точностью микроэлементный состав разнообразных природных веществ, а также технических материалов, применяемых в атомной, полупроводниковой и лазерной технике (особо чистых веществ, катализаторов, монокристаллов и др.). Причем в некоторых случаях, например методами масс-спектрометрии возможно регистрировать в течение одного эксперимента 70—75 основных и примесных элементов в образце анализируемого вещества массой в несколько миллиграммов. [c.9]

Атомно-абсорбционная спектроскопия с лазерными источниками [c.136]

В этом разделе будут рассмотрены некоторые конкретные примеры применения различных методов перестройки лазеров в абсорбционной спектроскопии. В большинстве описываемых здесь экспериментов спектральное разрешение ограничено в основном доплеровским уширением линий поглощения или уширением их за счет давления. Это означает, что ширина лазерной линии меньше ширины молекулярной линии. Некоторые перестраиваемые лазеры, например полупроводниковые лазеры или лазеры с переворотом спина, часто одновременно излучают на нескольких модах. Однако, поскольку расстояние между модами порядка 1 см , с помощью монохроматора умеренного разрешения в излучении лазера можно выделить одну моду. [c.267]

По этим причинам большинство описанных ниже исследований будет ограничено измерением эмиссионных спектров. Однако последние достижения Фурье-спектроскопии, обусловленные совершенствованием привода подвижного зеркала, применением лазерного референтного канала, разработкой пироэлектрического болометра на основе ТГС, увеличением динамического диапазона аналого-цифровых преобразователей и, самое главное, наличием малых ЭВМ, дают основание надеяться, что в предстоящем десятилетии появится много работ по абсорбционной спектроскопии и спектроскопии отражения. [c.121]

Эти сведения по крайней мере в одном отношении поразительны. Нас порой удивляют стремительные темпы развития разных чужих областей науки и техники достаточно указать лазерную технику. Однако мы сами являемся свидетелями и творцами впечатляющих достижений атомно-абсорбционной спектроскопии. Родившись в 1955—1957 г., этот метод благодаря своей универсальности, простоте, довольно низкому пределу обнаружения, высокой точности оттеснил многие аналитические методы. Наверняка можно сказать, что этот процесс еще далеко не закончен. Не исключено, что скоро атомная абсорбция будет самым распространенным методом определения микроэлементов. Мы нуждаемся в массовом производстве хороших атомно-абсорбционных спектрофотометров, притом не только тех типов, которые уже известны, но также атом-но-абсорбционных квантометров, приборов для анализа порошковых проб. [c.96]

В аналитической спектроскопии в названиях различных методов, как правило, отражены объекты исследования и процессы, лежащие Р) основе определения этих объектов, например атомно-абсорбционный, атомно-флуоресцентный методы анализа. В методе, основанном на селективной лазерной ионизации, объектом исследований являются атомы, а процессы, позволяющие детектировать эти атомы, связаны с образованием ионов. Поэтому, с точки зрения авторов настоящего учебного пособия, данный метод логично называть в общем виде атомно-ионизационным (АИ). [c.183]

В настоящее время исследуется большое число нелинейных оптических взаимодействий высокоинтенсивных лазерных лучей с веществом [113, 114]. Два из них — спектроскопия насыщения и двухфотонное поглощение — уже были рассмотрены. Третьим методом является когерентная антистоксова спектроскопия комбинационного рассеяния ( ARS)—метод смещения четырех волн, который привлек широкое внимание и уже нашел некоторое аналитическое применение. Уникальное свойство ARS состоит в том, что оптический сигнал, испускаемый в результате взаимодействия в образце трех фотонов из двух падающих лазерных лучей, сам по себе является когерентным в пространстве и времени лучом ( четвертой волной ). Таким образом, этот метод обладает геометрическими преимуществами лазерной абсорбционной спектроскопии из-за отсутствия потерь, подчиняющихся закону обратной пропорциональности квадрату расстояния, как в падающем, так и в испускаемом образцом свете. Так, пространственную когерентность испускаемого луча можно использовать для исследования недоступных образцов, например внутренней камеры реактивного двигателя [115]. [c.587]

Природу, структуру и электронное состояние промежуточного продукта. Для абсорбционной спектроскопии можно использовать источник белого света в сочетании со спектрографом для получения фотографически зарегистрированного обзорного спектра поглощающих соединений в реакционной системе. В других случаях для сканирования спектрального диапазона может применяться монохроматор с фотоэлектрическим приемником. Многие исследуемые короткоживущие интермедиаты обладают достаточно большим оптическим поглощением из-за наличия разрешенного электронного дипольного перехода на более высокий уровень энергии, В этом случае, например, триплетные возбужденные состояния могут наблюдаться по их триплет-триплетному поглощению. В общем случае индивидуальные полосы поглощения имеют тем большую амплитуду, чем они уже. Вследствие этого эффекта атомы имеют разрешенные линии поглощения с особенно большими амплитудами. При количественных измерениях поглощения обычно выбирается длина волны, при которой наблюдается сильная полоса поглощения и на нее не накладываются полосы поглощения других соединений, В экспериментах по оптическому поглощению в качестве источника света можно применять лазеры. Очень эффективны в лазерных абсорбционных исследованиях перестраиваемые лазеры на красителях, особенно для веществ с узкими полосами поглощения (таких, как атомы и малые радикалы), поскольку лазерное излучение отличается высокой монохроматичностью и узкой спектральной полосой. Повышения поглощения можно достигнуть, заставив световой пучок многократно пересекать образец с помощью соответствующего расположения зеркал в многопроходовом абсорбционном эксперименте. Вновь для этой цели превосходно подходят лазеры благодаря малой расходимости лазерного пучка. В ряде случаев можно создать источник света, который спектрально адекватен абсорбционным свойствам именно исследуемых соединений. Например, можно сконструировать электрические разрядные лампы, содержащие подходящие газы и испускающие резонансные спектральные линии (при переходе из первого возбужденного состояния в основное) многих атомов и простых свободных радикалов. Очевидно, что резонансные спектральные линии точно соответствуют длинам волн поглощения этих же веществ, соответствующим переходу из основного электронного состояния. Если эти атомы или простые радикалы присутствуют в реакционной смеси, то будет наблюдаться резонансное поглощение. Если спектральные ширины полосы испускания источника и полосы поглощения объекта исследования совпадают, то чувствительность абсорбционных измерений может быть высокой при различающейся избирательности, так [c.195]

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]

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]

Как видно из схемы на рис. 10.9, для изучения (и-Р-Аг)-нлазмы использовали эмиссионную и абсорбционную спектроскопию и лазерную диагностику. При лазерном просвечивании (и-Р-Аг)-плазмы [c.507]

Лазерная абсорбционная спектрометрия позволяет измерять очень низкие значения оптических плотностей (вплоть до Л = = Ы0- —5-10- ) с воспроизводимостью значений Л = 2-10- . Разработан способ определения этим методом следов железа (с помощью ферроцианина — е = 28 600, % = 584 нм) в особочистом SI I4 в интервале концентраций (0,5—3,0)-10- г/мл. Фото-акустичеекая спектроскопия дала возможность снизить предел обнаружения следов кадмия [101] на 2 порядка по сравнению с методами обычной спектрофотометрии. [c.74]

В качестве примера абсорбционной спектроскопии в видимой области спектра с перестраиваемыми лазерами на красителях упомянем измерения линий поглощения NO2 в области 5935 А, проведенные Стевенсом и Заре [108]. Молекулы NO2 возбуждались внутри резонатора узкополосного (ширина полосы 0,035 см- ) перестраиваемого между 5939 и 5941 А импульсного лазера на красителях. Линии поглощения идентифицировали путем заниси спектров флуоресценции с соответствующих верхних уровней. В случае сильного перекрывания спектров спектроскопия возбуждения , т. е. комбинация флуоресцентных и абсорбционных методов измерений, обладает тем преимуществом по сравнению с обычной абсорбционной спектроскопией, что позволяет однозначно идентифицировать линии поглощения с помощью индуцированных лазерным излучением спектров флуоресценции. Эта работа была первым успешным исследованием вращательной структуры в видимом диапазоне крайне сложного спектра NO2. С помощью флуоресцентных измерений было доказано, например, что верхнее состояние имеет симметрию Вг и что равновесная конфигурация этого состояния характеризуется го = 1,31 А и 0о = 111°. [c.270]

В зависимости от факторов Франка — Кондона могут наблюдаться флуоресцентные переходы на очень высоколежащие колебательные уровни которые не заселяются термически при обычных температурах и, таким образом, недоступны для абсорбционной спектроскопии. При высоких интенсивностях лазерного излучения достигается большая населенность верхнего уровня (у, сравнимая с населенностью поглощающего уровня /") (рис. 5,14, о). Это позволяет обнаружить линии флуоресценции с факторами Франка — Кондона меньше 10 . Определение энергетических уровней вблизи предела диссоциации дает воз.можность правильно построить потенциальную кривую в широком интервале мел ъядерных расстояний и [c.291]

Выбранные для анализа кинетические данные в основном базируются на экспериментальных результатах, полученных в ударных трубах, хотя в некоторых случаях мы рассматривали также результаты, полученные в предварительно перемешанных пламенах, проточных и статических реакторах. Методы регистрации в этих работах были самыми разнообразными эмиссионная и абсорбционная спектроскопия в различных областях спектра, лазерные шлирен-измерения, молекулярные пучки и химический анализ. При выборе значений констант скорости из обширного экспериментального материала мы исключали из рассмотрения следующие данные 1) полученные нечувствительными или некорректными методами 2) измеренные с большой погрешностью 3) сильно отличающиеся от других, на наш взгляд, более достоверных результатов. [c.316]

Лазеры могут также использоваться для возбуждения в исследованиях комбинационного рассеяния света. Лазерная спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) нашла ряд приложений в исследовании промежуточных продуктов фотохимических реакций. Высокая интенсивность и монохроматичность лазерного излучения обеспечивает методу КР чувствительность, которая недоступна с традиционными световыми источниками. Кроме того, появляется возможность изучения промежуточных соединений с временным разрешением. С перестраиваемыми лазерами становится возможной резонансная лазерная спектроскопия (РЛС). Когда длина волны излучения, возбуждающего комбинационное рассеяние, подходит к сильной полосе поглощения исследуемого образца, интенсивность КР увеличивается на шесть порядков по сравнению с обычным, нерезонансным возбуждением. Одним особенно важным вариантом лазерной спектроскопии КР является когерентная антистоксова спектроскопия комбинационного рассеяния (КАСКР), которая зависит от нелинейных свойств системы в присутствии интенсивного излучения и включает смешение нескольких волн. Высокая чувствительность получается вследствие того, что регистрация проводится скорее по люминесцентной, чем по абсорбционной методике. Паразитное рассеяние возбуждающего света ограничивает чувствительность традиционных исследований КР, но в экспериментах по КАСКР вблизи длины волны испускаемого излучения нет возбуждающего излучения, поэтому рассеянное возбуждающее лазерное излучение может быть отфильтровано. [c.197]

Эксперименты на пикосекундной временной шкале и более короткой требуют других подходов. Световая вспышка, вызывающая возбуждение или фотолиз молекул исследуемого вещества, генерируется лазером с пассивной синхронизацией мод, оснащенным системой выделения одиночного импульса из цуга. Хотя пикосекундная импульсная спектроскопия опирается на методику двух вспышек — возбуждающей и зондирую -щей,— импульс зондирующего света обычно получается за счет преобразования части света возбуждающей вспышки, а необходимая короткая временная задержка легко достигается благодаря конечной скорости света. Зондирующий световой пучок направляется по варьируемому более длинному оптическому пути. Для абсорбционных экспериментов спектр этого излучения может быть уширен (например, ССЬ преобразует малую часть излучения лазера на неодимовом стекле с длиной волны 1060 нм в излучение в широком спектральном диапазоне). Для других диагностических методик, например КАСКР, это излучение может быть преобразовано в излучение другой частоты. Существует также ряд специализированных методик для изучения испускания света в пикосекундном диапазоне. Одна из них связана с электронным вариантом стрик-камеры. Для регистрации временной зависимости интенсивности сфокусированного пучка или светового пятна в механическом варианте стрик-камеры используется быстро движущаяся фотопленка. В электронном варианте изображение вначале попадает на фотокатод специального фотоумножителя типа передающей телевизионной трубки. Под действием линейно изменяющегося напряжения, прилагаемого к пластинам внутри трубки, образующиеся фотоэлектроны отклоняются тем сильнее, чем позже они вылетели из фотокатода. Для регистрации мест попадания отклоненных электронов может использоваться фосфоресцирующий экран с относительно длинным послесвечением, изображение на котором фотографируется или преобразуется с помощью электроники для последующего анализа. Этот метод носит название электронно-оптической хроноскопии. В альтернативном методе для изучения флуоресценции с пикосекундным временным разрешением Используется затвор, основанный на эффекте Керра (вращение плоскости поляризации света в электрическом поле), индуцируемом открывающим лазерным импульсом. В еще одном методе (флуоресцентная корреляционная спектроскопия) часть света возбуждающего импульса проходит через оптическую линию задержки и смешивается с испускаемой флуоресценцией в нелинейном кристалле (см. конец разд. 7.2.3), давая на выходе [c.203]

По диапазону длин волн (или частот) электромагн. излучения выделяют радиоспектроскопию, микроволновую спектроскопию, оптическую С. (см. Инфракрасная спектроскопия. Молекулярная оптическая спектроскопия. Ультрафиолетовая спектроскопия), рентгеновскую спектроскопию и гамма-спектроскопию (см. Мёссбауэровская спектроскопия. Гамма-абсорбционный аиализ). Оптическую С. на практике иногда отождествляют со спектрофотометрией. В каждом разделе С. используются свои приборы для получения, регистрации и измерения спектров. В соответствии с различием конкретных эксперим. методов выделяют спец. разделы С., напр. Фурье-спектроскопия, лазерная спектроскопия. [c.394]

В спектроскопических методах результат взаимодействия света с молекулярными системами регистрируется как функция отклика. Она отражает либо изменение какого-нибудь параметра воздействующей световой волны (амплитуды, частоты и направления волны, фазовых характеристик, поляризации, скорости распространения и т. д.), либо появление нового качества (например, генерацию второй гармоники излучения). Зависимость функции отклика от интенсивности световой волны определяет деление на линейную (линейная зависимость) и нелинейную (нелинейная зависимость) спектроскопии. В этой книге излагаются методы как линейной лазерной спектроскопии (абсорбционная и флуоресцентная спектроскопия комбинационное рассеяние), так и некоторые методы нелинейной оптической спектроскопии (двухфотонное поглощение, нелинейное рассеяние). Отдельно будут изложены методы фемтосекундной спектроскопии. [c.114]

Изложены результаты работ сотрудников ГЕОХИ АН СССР за 1982—1985 гг. по созданию методик анализа природных и сточных вод. Подробно описаны исследования по усовершенствованию и созданию методик атомно-абсорбционного и атомно-эмиссионного определения тяжелых металлов, в том числе с сорбционным и экстракционным концентрированием фотометрическое определение тяжелых металлов и сульфатов ионометрическое и вольтамперометрическое определение тяжелых металлов, аммония, сульфидов и галогенидов проточно-инжекдионный метод анализа природных вод и атмосферных осадков. Описано также определение минеральных компонентов сточных вод методом тонкослойной хроматографии, ряда нормируемых органических соединений — методами газовой, жидкостной и ионной хроматографии, а также методами ИК-спектроскопии и лазерной флуориметрии. [c.2]

Несомненно, необходимо проведение большего числа эксперИ ментов, чтобы точнее понять физику процесса и получить одн> значпое сравнение теоретических предсказаний с эксперимен тальнымн результатами. Вплоть до настоящего времени число работ по применению лазерного возбуждения в атомно-флуорес центном анализе довольно мало вследствие высокой стоимостт использования в лабораторном масштабе лазера на красителях, перестраиваемого во всем интересующем исследователей спектральном диапазоне, и вследствие того, что результаты, полученные в пламенах при атмосферном давлении, незначительно превосходят те, что уже были достигнуты с помощью обычной атомно-абсорбционной и эмиссионной спектроскопии. [c.239]

Следует отметить, что за истекшие годы квантовая электроника не только пользовалась результатами этого поиска, по и активно помогала ему. Благодаря развитию квантовой электроники возникло новое направление экспериментальных исследований — спектроскопия стимулированного излучения. Изучение спектроскопических характеристик лазерной генерации активированных соединений является важным донолиепнем к обычным люминесцентным и абсорбционным методам. Значение этих спектроскопических исследований для квантовой электроники и физики твердого тела трудно переоценить. Образно выражаясь, можно сказать, что квантовая электроника начинается за торцами лазерного кристалла. Кристалл для нее — элемент с определенными свойствами. Спектроскопия стимулированного излучения, наоборот, проникает внутрь кристалла, с тем чтобы расшифровать связь между его внутренними (структурными и прочими) свойствами и теми параметрами, которые определяют рабочие характеристики оптического квантового генератора. [c.5]

Если ранее спектроскопические исследования примесных кристаллических веществ выявили возможности их использования в оптических квантовых генераторах, то, в свою очередь, накопленный опыт по изучению параметров их генерации вылился в новое спектроскопическое направление — спектроскопию стимулированного излучения активированных кристаллов. В комплексе с такилш традиционными методами, как люминесцентный и абсорбционный анализы, это новое спектроскопическое направление в настоящее время широко применяется и для исследования природы разнообразных явлений, протекающих в возбужденных активных средах, и вносит существенную помощь в решение такой важнейшей проблемы, как поиск новых более эффективных генерирующих соединений. Приведенные в книге данные со всей очевидностью свидетельствуют, что спектроскопия стимулированного излучения внесла значительный вклад в раскрытие новых генерационных возможностей и у известных лазерных кристаллов. Удельный вес этого вклада на различных этапах почти 15-летнего развития физики кристаллических ОКГ представлен на рис. 8.1. [c.230]

Перенос электрона в РЦ. Кинетика электроннного транспорта в РЦ пурпурных бактерий была детально расшифрована с помощью методов абсорбционной и флуоресцентной спектроскопии высокого временного разрешения вплоть до 10 с. Возбуждение РЦ лазерным импульсом индуцирует характерные изменения поглощения редокс-кофакторов (см. рис. XXVH.16), времена нарастания и исчезновения которых соотвествуют переносу электрона между отдельными редокс-компонента-ми РЦ. [c.313]

Применение методов фемтосекундной и пикосекундной лазерной спектроскопии позволило детально изучить кинетику быстрых начальных процессов в фотоцикле Бр. Нарастание фотоиндуцированных абсорбционных изменений при 625 нм происходит за время 500 фс, что соответствует появлению формы 7б25- [c.402]

Применение сходных методов в принципе возможно и в газовой фазе так, методом лазерной резонансно-абсорбционной импульсно-кинетической спектроскопии исследована кинетика реакций SiH2 + H2 и SiH2 + D2 в газовой фазе [179 . [c.27]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология