Способ определения абсолютной концентрации двухатомных молекул в высокоразреженных парах Советский патент 1987 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к спектроскопическим методам элементного анализа и может быть использовано для определения концентрации двухатомных молекул в высокоразреженных парах.

Цель изобретения - повьпиение точности и достоверности определения концентрации двухатомных молекул в высокоразреженных парах.

Экспериментами и расчетами установлено, что для луча с однородным распределением мощности среднее врем

Определяют концентрацию к д атомных молекул калия. Насыщенные

Т релаксации при пролете молекул через луч может быть выражено через ди- 15 ры калия, нагретые до Т 470 К в аметр луча d, как t 0,5855d- m/2kT, где Т - температура паровj m - масса исследуемых молекул; k - постоянная Больцмана. Измерение степени полярипредварительно откачанной до давл не хуже 10 тор стеклянной ячейке флуоресценции облучают линейно пол ризованным излучением гелий-неоно

зации флуоресценции при лазерном 20 лазера типа ЛГ-38 мощностью около возбуждении позволяет определить без- 50 мВт на длине волны 632,8 нм. Ла размерный параметр оптической накач- ки. Проведенные исследования показазерный луч расширяется в три раза с помощью рассеивающей линзы с фокусным расстоянием 0,9 м. Центральная когда можно пренебречь столкновитель- 25 часть луча выделяется диафрагмой ди- ными процессами, параметр х оптичес- аметра d 4 мм, однородность распре- кой накачки равен произведению коэф- делеТ€ИЯ мощности при этом в пределах

фйциента Во поглощения (В - козффици- ент Эйнштейна; р - плотность мощности возбуждающего излучения) на среднее время f пролета исследуемых молекул через лазерный луч. Следовательно, .именно одновременное определение среднего времени t пролета (из диаметра специально сформированного однородного в круговом поперечном сечении лазерного луча) и безразмерного параметра х (из измеренного значения степени поляризации флуоресценции) позволяют рассчитать коэффициент поглощения, как Вр х/ с , с точностью, при которой погрешность определения концентрации молекул будет в основном определяться,погрешностью измерения абсолютной интенсивности флуоресценции.

Способ применим для определения концентрации двухатомных молекул в Высокоразреженных парах, доступных

для исследования методом лазерно.воз- 50 возбуждающему лучу и к его световому .бужденной флуоресценции в условиях, вектору Е с помощью монохроматора когда 1езначительна роль столкнови- типа ДФС-12 (обратная дисперсия тельных эффектов в зоне действия ла- 0,5 нм/мм, ширина входной и выходной

щели 1,2 мм). При этом возбуждающий.

зерного луча (например, Na-, К

2 2

Те,

2

NaK, Se и др.). Способ эксперимен- 55 луч параллелен входной щели и вся тально -проверен на молекулах К и Na зона флуоресценции проходит через б насьпценных парах соответствующих элементов. Зависимость степени поляризации от параметра х оптической нащель. Флуоресценция регистрируется с помощью фотоумножителя ФЭУ-79 в режиме счета, фотонов. Степень поляризации

качки измерялась также для молекул Те и NaK. Диапазон концентраций исследуемых молекул составляет примерно

Я 13

10-10 . Он определяется чувствительностью регистрации флуоресценции (нижняя граница) и столкновениями, вызывающими разрушение оптической накачки, и уменьшение х до X 1 (верхняя граница).

Способ осуществляют следующим бб- разом.

Определяют концентрацию к двухатомных молекул калия. Насыщенные пары калия, нагретые до Т 470 К в

ры калия, нагретые до Т 470 К в

предварительно откачанной до давления не хуже 10 тор стеклянной ячейке флуоресценции облучают линейно поляризованным излучением гелий-неонового

10%. При этом среднее значение времени релаксации при пролете через луч составляет о 7,4010 с. Диаметр диафрагмы целесообразно выбирать в пределах от 1 до 5 мм, так как для очень малых диаметров существенен дифракционньй фон, а с увеличением диаметра падает плотность мощности возбуждения.

Возбужденная лазером флуоресценци51

в цикле (X ri V 1, l 73)- 40 - (в Пи, v 8, l 73)-(, V 9, l 73), где в Пи - символы электронных термов основного И возбужденного состояний,

v и V - колебательные квантовые

числа;

-г т-

I и I - вращательные квантовые

числа основного и возбужденного состояний,

регистрируется под прямым углом к

Те,

2

н- Na х ля налуч параллелен входной щели и вся зона флуоресценции проходит через

щель. Флуоресценция регистрируется с помощью фотоумножителя ФЭУ-79 в режиме счета, фотонов. Степень поляризации

измеряется попеременным автоматическим переключением помещенного перед входной щелью анализатора в положения, когда пропускаются компоненты I

1|, либо

j, интенсивности флуоресценции, поляризованные соответственно паралдельно либо перпендикулярно вектору Е возбуждающего света, синКонцентрация молекул К на колеб тельно-вращательном уровне, с котор го идет поглощение лазерного луча, рассчитывается, как п,, 1 /Box

хронно переключаются счетчики одно- ю х , где 1 - абсолютная

электронных импульсов, производящие накопление по двум каналам с периодом измерения в одном положении, равнь№1 1с. Суммарное время счета составляло 100 с в каждом канале. Измеренное значение степени поляризации Р (1„ - (l,, + 1д.) 0,4174, которое, соответствует параметру оптической накачки, равному х 1,138. Значения х, полученные для различных температур Т, позволяют провести экстраполяцию к условиям для высокоразреженных паров, когда отсутствует столкновительная релаксация в зоне действия возбуждающего луча. В этих условиях получено значение х 0,768.

I

Определенное из диаметра луча время Г релаксации и значение параметра

интенсивность флуоресценции, Во - коэффициент поглощения; h - постоянная Планка. Для описываемого примера n,-j 2, . Переход к обще 15 концентрации молекул .У-2 осуществляется для больцмановского распределения по колебательно-вращательным уровням при заданной температуре В результате определяемое значение концентрации составляет (9 ±

20

+ 3) Ш см з

Формула изобретения

25 Способ определения абсолютной кон центрации двухатомных молекул в высо коразреженных парах, включающий их облучение лазерным излучением, измерение абсолютной интенсивности возX позволяют рассчитывать коэффициент зо бужденной лазером флуоресценции двух - атомных молекул, расчет коэффициента

поглощения Вр 1,04-10 с с относительной погрешностью не хуже 10%. Абсолютная интенсивность флуоресценции измеряется сравнением с эталонной ленточной лампой СИ-10-300, излучение которой ослаблялось градуированными фильтрами более чем в 10 раз. Для расчета концентрации молекул К, на ЭКВ уровне (ХТ, v , и -,л -3

35

поглощения, определение концентрации двухатомных молекул по соотношению абсолютной интенсивности и коэффициента поглощения, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения, формируют однородное распределение излучения по круговому поперечному

1,1 73), с которого идет погло- сечению лазерного луча, определяют

степень поляризации возбужденной лазером флуоресценции, а коэффициент поглощения рассчитывают по степени поляризации и диаметру кругового поперечного сечения лазерного излучения.

щение лазерного луча, использовались следующие радиационные постоянные: время спонтанного распада ,6нс, коэффициент Эйнштейна перехода флуоресценции (В Пи, V 8., I 73)-

Составитель В.Дорофеев Редактор А.Ревин Техред М.Ходанич Корректор В.Гирняк

Заказ 6396/32 Тираж 776.Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

- (X Z;, V 9, I/ 73), на часс , равный А,

тоте л1, 4,529 10 3,03-10 с14 ,,-1

Концентрация молекул К на колебательно-вращательном уровне, с которого идет поглощение лазерного луча, рассчитывается, как п,, 1 /Box

х , где 1 - абсолютная

х , где 1 - абсолютная

интенсивность флуоресценции, Во - коэффициент поглощения; h - постоянная Планка. Для описываемого примера n,-j 2, . Переход к общей концентрации молекул .У-2 осуществляется для больцмановского распределения по колебательно-вращательным уровням при заданной температуре. В результате определяемое значение концентрации составляет (9 ±

+ 3) Ш см з

Формула изобретения

Способ определения абсолютной концентрации двухатомных молекул в высокоразреженных парах, включающий их облучение лазерным излучением, измерение абсолютной интенсивности воз35

поглощения, определение концентрации двухатомных молекул по соотношению абсолютной интенсивности и коэффициента поглощения, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения, формируют однородное распределение излучения по круговому поперечному

степень поляризации возбужденной лазером флуоресценции, а коэффициент поглощения рассчитывают по степени поляризации и диаметру кругового поперечного сечения лазерного излучения.

Изобретение относится к спектроскопическим методам элементного анализа. Цель является повышение точности и достоверности определения. Пары исследуемого вещества облучаются лазерным лучом со специально сформированным однородным распределением излучения. Одновременно измеряется абсолютная интенсивность и степень поляризации лазерно-возбужденной флуоресценции. По степени поляризации и диаметру лазерного луча определяют коэффициент поглощения. По соотношению интенсивности флуоресценции и коэффициента поглощения определяют концентрацию двухатомных молекул. (Л со а 00