Лазеры аналитические применения

Это относительно новый метод анализа, название которого еще не является общепринятым. В работах, посвященных аналитическому применению данного метода, использовались и другие названия, а именно усиленная лазером ионизация, метод оптогальванической спектроскопии нлн метод резонансной ионизационной спектроскопии. [c.183]

Обычно рамановский спектр исследуют в спектральной области, где нет заметного поглощения пробой, потому что иначе детектор не смог бы уловить слабое рамановское излучение. Однако если использовать лазер на красителе с перестраиваемой частотой, близкой по величине, но не совсем совпадающей с частотой максимума поглощения, то чувствительность возрастает во много раз. Это явление, называемое резонансным комбинационным рассеянием [27], еще не нашло широкого аналитического применения, но перспективно в будущем. [c.170]

Помимо знания основ физики, читателю не потребуется специальной подготовки, чтобы полностью уяснить себе каждый вопрос. Я надеюсь, что попытка собрать большинство аналитических применений лазерной сиектроскопии в одной книге заинтересует химиков-аналитиков и многих исследователей, работающих в области физических дисциплин, а также студентов и преподавателей. Кроме того, поскольку в ней изложены разнообразные применения лазеров, я думаю, что она будет полезна химикам, не работающим непосредственно в области аналитической химии. [c.8]

Не надо думать, что на сегодняшний день все проблемы аналитической химии решены с применением в атомно-флуоресцентном анализе лазерных источников возбуждения. Несмотря на достигнутые очень хорошие пределы обнаружения элементов для реальных образцов, проблемы атомизации пробы, стабильности лазерных источников, технической эксплуатации лазеров, дезактивации возбужденных состояний и т. п. не позволяют еще считать атомно-флуоресцентный метод анализа наиболее широко применяемым методом для решения всех возникающих задач. [c.133]

Методы лазерной аналитической спектроскопии особенно часто применяются для определения сверхмалых количеств веществ. Именно этими методами были достигнуты абсолютные пределы обнаружения — в просвечиваемом лазером объеме были детектированы единичные атомы и молекулы. Однако широкое применение лазерных методов в настоящее время сдерживается отсутствием доступных необходимых промышленных лазеров. [c.195]

Резонансно-ионизационная масс-спектрометрия - высокоселективный и чувствительный аналитический метод, основанный на применении лазера для ступенчатой ионизации с помощью оптических переходов. [c.139]

Особенно перспективно применение в качестве источника света лазеров на красителях непрерывного действия, а также лазеров с оптической накачкой с длительностью импульсов 10 °—10 с. При определении натрия атомно-флуоресцентным методом (предел обнаружения 0,2 мгк/л) с применением лазеров на красителях с перестраиваемой частотой линейность градуировочного графика наблюдается в пределах 5 порядков [906]. На аналитический сигнал не влияют флуктуации интенсивности лазера благодаря насыщению электронных переходов. [c.134]

За 30 лет своего существования лазеры внесли радикальные изменения в уровень современной оптики и спектроскопии. Появление лазеров привело как к появлению новых областей исследования (например, нелинейная оптика и спектроскопия), так и к существенному улучшению характеристик спектроскопических методов [55]. Однако ограниченное применение лазерных методов в повседневной практике аналитических лабораторий связано со спецификой лазерной аппаратуры (сложная, дорогая, требует квалифицированного обслуживания) и с недостаточной универсальностью метода. [c.241]

Харнед [61 справедливо заметил (1947 г.), что "в физике есть немного областей, в которых усилия многих исследователей в течение целого столетия принесли бы столь мало точных данных, как в области диффузии в жидких системах. Вычислительные трудности при определении коэффициента диффузии из измерений скоростей, устранение турбулентности потока, очень точный контроль температуры и требуемая аналитическая точность - все это является дополнительными препятствиями к достижению высокой точности". Последующее развитие инструментальной техники создало возможности для преодоления значительной части этих препятствий, хотя и не устранило их полностью, как того можно было бы ожидать. Широкое распространение вычислительных машин явилось важным шагом в преодолении вычислительных трудностей, особенно в связи с освобождением экспериментатора от ограничений, налагаемых обрыванием и линеаризацией феноменологических уравнений. Сейчас уже представляется возможным приближать данные рядами, содержащими большое число членов. Поэтому появилась возможность самосогласованной обработки массива данных, покрывающего широкую область временных и пространственных координат, что повышает чувствительность и точность доступных экспериментальных методов. Но эти возможности используются все еще недостаточно. Другой важнейшей новинкой в этой области является применение лазера. Благодаря возможности генерировать когерентный луч лазер улучшил чувствительность оптических методов, значительно повысив точность анализа. В описании экспериментальных методов мы уделим особое внимание этим новым инструментам исследования. [c.131]

С увеличением яркости источника возбуждения флуоресценции нарушается пропорциональность между аналитическим сигналом и световым потоком этого источника. Так, при использовании лазеров в качестве источников возбуждения наступает насышение резонансных переходов (насыщение верхних уровней), и энергетический выход флуоресценции приближается к единице [445—447]. В этом случае предел обнаружения элементов снизится и будет ограничен только фликкер-шумом света, рассеянного на оптических неоднородностях зоны формирования аналитического сигнала атомной флуоресценции [444, 448]. Перспективно также применение лазеров и при использовании в аналитических целях нерезонансной флуоресценции. В этом случае подавляется влияние фликкер-шума рассеянного света. [c.207]

Наибольшее применение в аналитической практике на сегодняшний день получили твердотельные лазеры и три режима генерации режим свободной генерации и два режима с модулированной добротностью. Процессы, происходящие на поверхности вещества под воздействием лазерного импульса миллисекундной длительности, существенно отличаются от процессов, вызываемых импульсами наносекундной длительности. [c.20]

Идеальным с точки зрения спектрального распределения энергии излучения для аналитических приборов целевого назначения был бы излучатель, спектр которого содержит полосы в требуемых участках. Это исключало бы необходимость применения фильтрующих элементов. В качестве монохроматических излучателей для работы в ближней ИК-области можно применять лазеры, однако они излучают только при одной длине волны и поэтому могут использоваться лишь в одноканальных анализаторах. Перспективно применение лазеров с перестраивающейся длиной волны излучения в широком диапазоне. [c.32]

Применение лазеров в аналитическом приборостроении принципиально позволяет разрабатывать анализаторы, использующие голографический метод спектроскопии. Если прибор с когерентным источником света снабдить устройством для записи голограмм и специализированным вычислительным устройством для их обработки, то можно будет проводить не только качественный, но и количественный анализ многокомпонентных систем. Возможность качественного анализа веществ по их ИК-спектрам с помощью устройства с голограммной памятью описана в работе [37]. Если дополнительно записать и ввести в память устройства голограммы градуировочные значения каждого компонента анализируемой среды, то затем, вычисляя меры близости исследуемой голограммы с градуировочной, можно проводить и количественный анализ веществ. [c.232]

В советской и зарубежной литературе немало превосходных книг по лазерной спектроскопии. Однако данная монография Аналитическая лазерная спектроскопия не дублирует, а дополняет уже имеющиеся, поскольку в ней целенаправленно рассмотрено применение лазеров для решения задач спектрального анализа, который в настоящее время стал важнейшим аналитическим методом во многих отраслях науки и техники. [c.5]

Для аналитических целей к наиболее важным характеристикам лазеров относятся достаточная мощность, малая угловая расходимость пучка, компактность, простота управления и обслуживания, большое время бесперебойной работы и низкая стоимость. Как будет показано в дальнейшем, длина волны может играть важную роль, в то время как спектральная чистота не является необходимым требованием. Поэтому допустим многомодовый режим работы с использованием различных твердотельных, жидкостных и газовых лазеров с оптической и электрической накачкой. Однако на практике нашли применение лишь некоторые из них. В табл. 2.1 перечислены [c.63]

Ясно, что улучшение наклона и формы градуировочных графиков в том виде, в котором они находят применение сегодня, являются слабым оправданием простой замены относительно недорогих ламп с полым катодом узкополосными перестраиваемыми лазерами. С другой стороны, привлекательность перестраиваемого лазера и оправдание его использования в атомно-абсорбционной спектроскопии заключаются в возможности проведения новых и полезных аналитических атомно-абсорбционных измерений, которые невыполнимы или сильно затруднены с лампами с полым катодом. [c.155]

Эта глава посвящена в основном теории и аналитическим результатам, полученным при применении импульсных лазеров на красителях в комбинации с пламенами и электротермическими атомизаторами, обычными в атомно-флуоресцентной спектроскопии. Возбуждение флуоресценции непрерывными лазерами описано в гл. 8. Характеристики флуоресцентного метода с лазерным возбуждением обсуждаются в аспекте процессов возбуждения и дезактивации возбуждения (разд. 4.2 и 4.3), эффектов насыщения для двух- и трехуровневых систем (разд. 4.4), влияния плотности падающего излучения источника на форму градуировочного графика (разд. 4.5) и возможности локального измерения таких физических параметров, как температура, квантовый выход, а также концентрации (разд. 4.6). Общие узлы установок для атомно-флуоресцентной спектроскопии, используемых различными авторами, рассмотрены в разд. 4.7, а аналитические результаты описаны в основном в виде достигнутых пределов обнаружения по отношению к водным растворам в разд. 4.8. Читателю можно также рекомендовать две обзорные статьи [7, 8], касающиеся общих вопросов применения в аналитической спектроскопии перестраиваемых лазеров па красителях, включая флуоресцентные методы анализа. [c.192]

Поскольку спектроскопия комбинационного рассеяния подробно рассмотрена в ряде книг и обзоров [2—8], мы обсудим только некоторые последние достижения, представляющие интерес для применения в аналитической химии [266]. Приводимые ниже примеры иллюстрируют различные методы спонтанного комбинационного рассеяния с использованием лазеров с фиксированной и перестраиваемой частотой, когерентное антистоксово комбинационное рассеяние и инверсное комбинационное рассеяние внутри резонатора лазера. [c.309]

Представленные в последних разделах примеры показывают, что многие применения лазера в химии требуют хорошего знания молекулярных спектров. Целью данной главы было показать, что лазеры идеально подходят для получения этой информации. Разработка высокочувствительных и обладающих сверхвысоким разрешением методов позволила специалистам, занимающимся сиектроскопией молекул, изучать спектры даже сложных молекул. Поскольку эта быстро развивающаяся область — лазерная спектроскопия — на.ходится лишь в самом начале своего пути, дальнейшие разработки, несомненно, окажутся чрезвычайно плодотворными для аналитической химии и окажут значительное влияние на аналитические методы. Например, методы оптического возбуждения открывают новую область в хпмии возбужденных состояний со всеми вытекающими отсюда возможностями проведения контролируемых химических реакций и разделенпя изотопов. [c.316]

Применение лазеров для дистанционного зондирования в аналитических целях [c.325]

Опыт применения атомно-флуоресцентны.х методов также показывает, что эмиссионные измерения обеспечивают не менее высокую воспроизводимость и правильность определений в тех случаях, когда удается добиться достаточно большой яркости освещения пламени на длине волны аналитической линии. В этом отношении весьма многообещающими выглядят результаты последних работ, в которых для этой цели используют лазеры на красителях с перестраивающейся частотой. [c.45]

В отличие от атомарных уровней в плазме кинетика колебательных уровней молекул разработана значительно полнее. Это напрямую связано с успешной разработкой адекватных аналитических функций распределения. Простая аналитическая форма таких распределений дала возможность установить ряд новых закономерностей в колебательной кинетике, находить скорости диссоциации и рекомбинации атомов в молекулу. Для расчета скоростей реакций здесь, также как и в атомарной кинетике, используется диффузионное приближение /23-26/, в котором осуществляется переход от системы балансных уравнений к уравнению Фоккера-Планка. Аналитические функции распределения нашли широкое применение в теории лазеров /2, 3/. Так, в работе/1/ показано, что вследствие различия между характерным временем обмена колебательными квантами и временем перехода энергии на поступательные степени свободы в системе гармонических осцилляторов устанавливается больцмановская функция распределения с эффективной колебательной температурой. Данное распределение является простейшей квазистационарной функцией распределения колебательных уровней. В /27/ этот подход был обобщен на многоатомные молекулЬ , где для каждого типа колебаний молекулы предполагалось больцмановское распределение с эффективной колебательной температурой. На основе этой модели оказалось возможным объяснить механизм работы СОг лазера /28-31/ и лазеров на ряде других молекул /32/. [c.113]

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]

Если используется отдельный импульс лазера большой мощности, даже проводящие материалы могут обращаться в пар, поскольку за короткое время энергия не успевает рассеяться и температура участка поверхности, подвергаемого облучению, быстро возрастает. Однако в этом случае необходимо измерять абсорбцию облака атомов в течение очень короткого интервала, обычно за несколько микросекунд. Попытка реализовать эту возможность была предпринята Моссотти и др., однако для аналитического применения метода необходимы дополнительные исследования [114]. [c.45]

Содержащийся в гл. 7 несколько новый подход к описанию сигналов, шума и иЗхМерений, возможно, незнаком большинству спектроскопистов-практиков, но он, несомненно, поможет заполнить пробел между имеющейся литературой по электронным инструментам и лежащими в основе их работы фундаментальными законами, базирующимися на теории статистической связи, теории систем, теории вероятностей и теории случайных функций. И наконец, в гл. 8 изложены некоторые аналитические применения лазеров — лазерное внутрирезона-торное поглощение, микрофлуоресценция (чрезвычайно важная и привлекательная для биологов), изотопный анализ и другие. [c.8]

Появление лазеров, перестраиваемых в большей части ближней ультрафиолетовой и видимой областей, открыло новые возможности в диагностике плазмы [29—31]. Для исследования газообразных продуктов горения в пламени успешно была использована спектроскопия комбинационного рассеяния [32]. В работе [33] сообщалось о флуоресценции (О, 0) полосы электронного перехода Л А — ХЩ молекулы СН в пламени кислород — ацетилен при атмосферном давлении. Низкие концентрации других радикалов, таких, как ОН, СЫ и 5Н, были также обнаружены методом резонансной флуоресценции, возбуждаемой лазерами с перестраиваемой частотой [34—36], и легко предвидеть заманчивые перспективы аналитического применения молекулярной флуоресценции в пламенах при атмосферном давлеини [39]. [c.221]

С фиксированной частотой генерации расстояние между продольными модами обычно настолько велико, что только одна из них попадает под кривую усиления и одночастотный режим становится нормальным. Однако точная длина волны лазерной моды внутри кривой усиления (обычно 0,01 см ) является все же функцией точного расстояния между зеркалами резонатора лазера. Лазеры в инфракрасной или ультрафиолетовой и видимой областях, могут, таким образом, перестраиваться при работе в одномодовом режиме в пределах их кривой усиления путем электромеханической регулировки установки зеркала и интерферометра Фабри-—Перо. Если конкретную аналитическую задачу можно выполнить путем использования случайного совпадения фиксированной частоты излучения лазера и интересующего нас поглощения, лазер с фиксированной частотой излучения, очевидно, есть наилучщее средство для ее решения [23—25]. К сожалению, такие случайные совпадения относительно редки, и до разработки лазеров с перестраиваемой частотой аналитические применения были строго ограничены этим требованием. [c.547]

Селективность данного аналитического применения зависит от нескольких факторов. Один из них, разрешен 1е, уже обсуждался выше. Другим важным фактором является модуляция либо источпика возбуждения, либо самой пробы. Узкая спектральная ширина иперестраиваемость лазера позволяют относительно просто проводить частотную модуляцию в спектральных диапазонах, сравнтшых с доплеровскими ширинами иоглощения. Развитие методов лазерного поглощения с разрешением, ограниченным естественной шириной линии, и использование узких линий поглощения позволяют модулировать энергетиче- [c.548]

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]

В последнее время появилось несколько превосходных книг и статей по лазерной спектроскопии. Однако в них рассматриваются главным образом вопросы применения лазеров в физике, и они имеют строго специализированный теоретический уровень. Данная книга посвящена аналитической лазерной спектроскопии. В связи с разнообразным применением лазеров в химии, биологии, технике и других родственных им областях науки в настоящее время число публикаций по этим вопросам резко возросло, и на сегодняшний день практически невозможно исчерпывающе охватить все состояние предмета. Хотя предлагаемая книга посвящена аналитической химии, мы не намеревались дать простой обзор хорошо укоренившихся методик. Очень часто, особенно в области лазерной снектросконин, аналитические возможности нового явления скрыты за его сложной физической природой наша книга поможет углубить понимание основ взаимодействия лазеров с атомами и молекулами. [c.7]

Немного более полутора столетий прошло с тех пор, как А.-Ж. Балар открыл и выделил элементный бром. За это время бром и его соединения получили много важных практических приложений. Свободный бром применяют в аналитической и органической химии, для дезинфекции воды и отбеливания хлопка. Неорганические соединения брома интересны как катализаторы органических реакций и гидрофилизаторы текстильных волокон их применяют в качестве добавок к светочувствительным фотографическим эмульсиям, лазерам и в качестве оптических материалов для ИК-спектроскопии. Органические соединения брома являются важными добавками к антидетонационным присадкам, консервантами, фумигантами почв и пищевых продуктов. С разработкой более эффективных, чем существующие, способов очистки брома будут, несомненно, найдены новые области его применения. [c.5]

Ввод твердых проб в источник ионизации ИСП можно осуществлять путем лазерной аб.аяции, достигая таких же-пределов определения элементов, как и при использовании растворов солей. Этот метод ввода исключает необходимость применения длительньк операций растворения исследуемого образца, тем самым уменьшается вероятность его загрязнения. Для абляции исследуемых проб твердых материалов их размещают в абляционной камере. Луч лазера фокусируется на поверхности пробы, и управляемые лазерные импульсы продолжительностью, равной миллисекундам, испаряют материал пробы. Образующееся облачко пробы, состоящее из микрочастиц, уносится потоком аргона в факел ИСП и затем ионизируется в плазме. При этом обеспечиваются пределы детектирования, превосходящие возможности оптических систем. Размер пятна лазерного луча можно регулировать от 10 до 300 мкм, что дает дополнительную возможность пространственного анализа дискретных характеристик пробы. Особое значение такой прибор имеет для использования в полупроводниковой, ядерной, минералологической и керамической областях, где необходимо быстро определять содержание примесей на уровне менее 10 -10 г без растворения. МС-анализ (с ИСП и лазерной абляцией в совокупности) является единственным методом, который удовлетворяет всем аналитическим требованиям, предъявляемым к ана- [c.854]

Применение лазеров позволило решать с помощью АФА задачи, не решаемые другими аналитическими методами. Как пример задач такого рода приведем работу по определению концентрации атомов водорода в нлазме термоядерных установок [И]. Так как расчетной интенсивности для получения насыщения резонансной линии водо- [c.45]

Книга является одной из первых, в которой на хорошем теоретическом уровне изложены основы аналитических методов с использованием лазеров в качестве источников излучения. Она не перегружена теоретическими подробностями, что делает ее вполне доступной для специалистов, интересующихся вопросами прпмеиенпя лазеров в аналитической практике. Несомненно, что она должна послужить своего рода катализатором, стимулирующим интерес к проблемам применения лазерного излучения для аналитических целей. [c.6]

Применение лазеров в аналитической спектроскопии связано с обнаружением и измерением оптических сигналов, т. е. излучения самого лазера или возникающего под действием лазерного излучения процесса рассеяния или флуоресценции. Мы не будем рассматривать здесь оптические приборы, а сосредоточим наше внимание на преобразовании оптических сигналов в электрические и на последующей их обработке. Упрощенная блок-схема электронной обработки, представленная на рис. 7.1, показывает соответствующие взаимосвязи между различными стадиями процесса измерепия. Из данной схемы можно видеть, что случайные флуктуации и нежелательные систематические изменения, которые обычно носят названия шумов и фона соответственно, возникают на ранних стадиях преобразования и тем самым влияют на качество проводимых измерений. Обрабатываемые данные могут быть в форме аналоговых (непрерывных) или цифровых (дискретных) переменных в электронных системах обычно имеются соответствующие преобразователи данных одной указанной формы в другую — аналого-цифровой преобразователь и цифро-аналоговый преобразователь (АЦП и ЦАП соответственно). В практической деятельности, конечно, наблюдаются некоторые отклонения от данной схемы, например наличие в тщательно отработанных системах смешанной аналоговой и цифровой обработки. Всеобъемлющая и полная картина всего процесса измерений является достаточно сложной (и как таковая не будет рассматриваться) вследствие возможных искажений (нелинейного характера и т. д.) в фотодетекторах, усилителях, процессах преобразования и т. д. [c.449]

В последние годы многообещающими оказались несколько новых аналитических методов с использованием лазеров, хотя они и не были разработаны настолько, чтобы стать надежными аналитическими методиками. Некоторые из них описаны в настоящей главе с наибольщим акцентом на использование лазеров на красителях, в особенности работающих в непрерывном режиме, с перестраиваемой частотой в видимом и ультрафиолетовом диапазоне спектра, хотя иногда приведены результаты применения лазеров в инфракрасной области, а также лазеров с фиксированной частотой генерации. Выбор вопросов отражает интересы авторов, а также их собственный опыт, поэтому многие важные области здесь не включены. Содержание главы раскрывает наше понимание предмета к маю 1976 г. В разд. 8.1 рассмотрены свойства лазера и их связь с общим фотоаналити-ческим измерением. Остальные разделы освещают различные применения лазеров в абсорбции (разд. 8.2), флуоресценции (разд. 8.3), микрофлуоресценции (разд. 8.4) и, наконец, несколько разнообразных тем, имеющих более ограниченное аналитическое значение или находящихся на ранних стадиях развития (разд. 8.5 и 8.6). Предшествующая работа в этой области была обсуждена в ряде обзоров [1—3]. [c.543]

Следует отметить, чto в последние 20 лет структурно-аналитические приложения спектров КР были в известной мере ограничены и для структурно-аналитических приложений получили большое развитие методы ИК-спектроскопии. Однако в связи с развивающимся применением лазеров как источников возбуждения спектров комбинационного рассеяния приложение спектров комбинационного рассеяния к решению структурно-аналитических задач, по-видимому, будет снова возрастать и потому интерес к данным по спектрам комбинационного рассеяния молекул и их структурноаналитическим приложениям также будет возрастать. [c.192]

Ниже приведено краткое описание и основные характеристи ки таких источников, являющихся до сих пор основными I АФА. Хотя развитие лазерной техники за последние годы по зволило создать лазерные источники, которые по своим свой ствам превосходят газоразрядные, их высокая стоимость I сложность эксплуатации ограничивают применение лазеров 1 аналитической практике. [c.30]