Способ определения спектрального распределения интенсивности излучения источника света в вакуумной ультрафиолетовой области спектра Советский патент 1990 года по МПК G01J1/50 

Изобретение относится к химической отрасли, молекулярной Физике и оптике, а более конкретно к способам измерения спектрального распределения интенсивности излучения источников света в вакуумной ультрафиолетовой области спектра (БУФ).

Целью изобретения является повышение точности определения средних по диапазону ( ft; - $ ( + 4 ) интенсив- ностей излучения.

На фиг. 1 изображена конструкция кюветы; на фиг. 2 - система напуска, откачки и измерения давления.

Устройство содержит источник 1 света и кювету для определения спектрального распределения интенсивности

излучения источника света в ВУФ области спектра с корпусом 2, состоящую из кюветы для газовых Фильтров 3 и кюветы для актинометра 4, помещенных в вакуумную камеру 5. Между входным окном кюветы для газовых фильтров 3 и источником 1 света может располагаться кассета с фильтрами 6, имеющими границы пропускания от л 210 нм до границы пропуска- ния входных окон кювет. Замена фильтров может производиться с помощью вилсоновского уплотнения без нарушения вакуума в камере 5. Кюветы через патрубки 7 и 8 подсоединены к системе напуска, откачки и измерения давления невымораживающихся продуктов Фотолиза.

fe

эо

tc

о

N0

ы

Кювета (Фиг. 1) состоит из корпуса 2, в который вакуумно плотно введены патрубки 7 и 8 и вставлены уплотнения 9-12. Между каждой парой уплот- нений размещены окна 13 и 14, Между уплотнениями 10 и И установлен цилиндр 15, боковая поверхность которого напротив патрубка 8 имеет канавку с отверстием и скос со стороны про- зрачного окна, отделяющего кювету с Фильтрами от источника света. К уплотнению 9 прижимается цилиндр 16, Фиксируемый через кольцевую пружину 17, кольцо с выточкой 18, в которую вставлена пружина 17 с помощью болтов 19. Система напуска, откачки и измерения давления невымораживающихся продуктов Фотолиза (фиг.2) состоит из пальца 20, в котором после фотолиза производят замораживание до 77 К облученного актинометра, манометров 21 и 22 для измерения выхода невымораживающихся продуктов, перекрывающих диапазон 100 торр, ловушки 23, в которой производят замораживание невыморозившихся в пальце 20 продуктов, в-ентиля 24, чере,з который производят напуск облученной смеси в манометры. Напуск NgO в кюветы ак- тинометра производят через вентили 25 и 26, а в кювету для газовых фильтров через вентили 27-29. Манометр 30 служит для измерений давления напускаемых газов. Через вентили 31 и 32 производят Форвакуумную и высоковакуумную откачку.

Устройство работает следующим образом.,.

ВУФ излучение источника 1 света через фильтр 6, кювету для газовых фильтров 3 попадает в кювету актинометра 4. Наполнение этих кювет и их откачка осуществляются через патрубки 7 и 8. Вакуумное уплотнение окон 13 и 14 в кювете для измерения о ( и | -$;+;) осуществляют с помощью уплотнений 9-12, усилия на которые передаются при закручивании болтов 19 через кольцо с выточкой 18, пружину 17, цилиндры 16 и 15. Наличие пружины1 17 позволяет производить равномерное обжатие обоих окон 13 и 14 без опасности их разрушения.

Из-за наличия скоса на торцовой поверхности цилиндра 15, обращенного в сторону окна 13, отделяющего кювету с фильтрами 3 от источника 1 света, при сжатии пружины 17 уплотнение 1 О

0

затекает в цель, образованную этим скосом и боковой поверхностью корпуса 2 кюветы, и обеспечивает вакуумное уплотнение кюветы с фильтрами 3 от пространств;}, в котором расположен источник света. При отсутствии скоса уплотнение t0 вытекает в щель между окном 13 и цилиндром, не прижимается к боковой поверхности корпуса 2 кюветы и не обеспечивает вакуумного уплотнения. Наличие канавки и отверстия на цилиндре 15 обеспечивает напуск и откачку кюветы для газовых фильтров 3, расположенной между окнами 13 и 14.

Определе-ше и расчет средних по диапазону Я; - ;v значений интен- сивНости излучения 10( -тГГи )

Nft( fli-fli.,/ )

io( fl;-flu

5

0

5

0

5

Фотон/с,

«Рд( fl;-fl u,)

где Фя ( $5 - j+/) (молекула/фотон)

и N(fli fl i-u ) (молекула/СО- квантовый выход и выход продуктов фоторазложения актив- - нометра в диапазоне длин волн

fli-flu,

проводят посредством следующей процедуры. В начале производят предварительные измерения с целью выбора экспозиции.

Операция 1. Устанавливают между источником света и входным окном кюветы для газсвых фильтров фильтр или напускают Е кювету для газовых Фильтров фильтр с границей пропускания fy(, наиболее бгизкой к длинноволновой границе поглощения , fl 210 нм.

Операция 2. Наполняют кювету актинометром вглоть до давления Р.П . обеспечивающего полное поглощение излучения в спектральной области Д 210 fl, нм.

Операция 3. Производят облучение актинометре в течение t с ( для непрерывных источников света) или п/ вспышками (для импульсных источников света). Выбор tt или п производят на основании известных оценок величины 10 (210 fio), исходя из чувствительности манометров, но так, чтобы за U( с или п импульсов разлагалось не более 10% NgO. Большее Фоторазложение нецелесообразно, поскольку при этом может измениться его поглощение.

Операция 4. Замораживают облученную смесь до 77 К, измеряют давление

невымораживающихся при 77 К продуктов фотолиза NeO (N17 и 0) (Рд) и определяют их выход (М по Формуле

N; РЛ.З,З . VK, (1)

где 3,31 - число молекул в 1 см3 при Т 293 К и Р 1 торр; VK - объем, в котором производится измерение Рд .

Операция 5. Если чувствительность манометра не позволяет измерить Рд, то повторяют облучение актинометра при t,1 t 1 vain n если Рд 0,l PN.Q , то откачивают , снов наполняют кювету актинометром и облучают актинометр с t t или п ( Ј rij, а затем производят операцию I .

Операция 6. Производят откачку невымораживающихся продуктов Фотолиза и размораживание актинометра.

Операция 7. Операции 2-6 повторяю до тех пор, пока не выберут оптимальное значение t ( 0(ТТ или .

Операция 8. Откачивают из кюветы газовый Фильтр или убирают Фильтр между источником света и входным окном кюветы для газового Фильтра. Устанавливают между источником света и входным окном кюветы другой Фильтр или напускают в кювету для газового фильтра другой газовый Фильтр с границей пропускания $i . Обезга- живают не менее двух раз актинометр, замораживая и откачивая его.

Операция 9. Производят облучение актинометра в течение te Ј t «опт n Ј nion-r Выбор t Ј или п/2 производят на основании известных опенок величины 10 (210- ) .

Операция 10. Производят операцию 4 если ,1 то откачивают. NjfO, снова наполняют кювету актинометром и облучают его в течение 1ЈЈ.или Ј. пв, а затем производят операции 4,6 и 7.

Операция 11 . Повторяют операции 3-10 вплоть до границы пропускания окон кювет.

Процедуру точного измерения

10( $ 1 Я j f ) производят следующим образом: после проведения операций 1-11 производят операции 1 и 2.

Операция 12. Производят облучение актинометра в течение с или

11 опт импульсов.

Операция 13. Производят операцию 4 по Формуле

1582027

Т (210- /3 } 4/) I0( ) pA(210-fl,)

(2)

где т (210- #) - квантовый выход не- вымораживаюшихся продуктов фотолиза NgO в спектральной области 210- $,нм,

определяют экспозицию облучения акти- нометра. Интенсивность излучения источника света в спектральной области

,нм 1„ (21 0 ,) (фотон/с или Фотон/вспышка) определяют, деля

l u,(210 fl/) на t,otfT или и сред- нее пропускание окон кювет и (210-),

например

20

10(210 - fl,) 25

U(210 - ),.,, 0,

(Фотон/вспьпжа) (3;

п«оптг(210 -Ц/)

Величины фд.(210 - Q) предварительно определяют в специальных экспериментах.

Операция 14. Производят операции 6 и 8, облучают актинометр в течение teonT с или ng0frr вспышками, производят операции, аналогичные операции 4 по формуле

NflCfli- fo) Nft(210 -)

- NA(210 -и/), (4

где Мд (#.-$;,.,) получается делением NA( i i) на время облучения или число вспышек, определяют выход невымораживающихся продуктов фотолиза в области спектра. Интенсивность излучения в спектральной области определяется по формуле

50

io( Я,-Яг)

Nfl( flO

7 ч (5)

«J( -) Р( - Лв)

55

Операция 15. Повторяют операции 12-14 вплоть до границы прозрачности окон кюветы.

Пример. Элементы устройства для определения спектрального распределения интенсивности излучения в БУФ области спектра изображены на фиг.1 и 2. Световой поток от импульсной капиллярной лампы, вакуумно уплотняемой с помощью резинового уплотнения в о фланце откачиваемой камеры 5 через кассету с Фильтрами 6, передвигаемой с помощью вилсоновского уплотнения, и: кювету для газовых Фильтров 3 попадает в кювету с . В кассете для Фильтров 6 имеются окна толщиной 1 мм и|з кварца КУ-1, полоса пропускания нм, сапфира , $ ПР JM45 нм, Флюорита CaF /Япр 23 нм. В качестве газовых фильтров исполъ- С$Н4, нм1, Ог, % пр нм, при оптической длине пути 200 . Спектры пропуска- всех окон определяют в специальных экспериментах. Определяют спектры Пропускания газовых фильтров. Быбор газов обусловлен тем, что продукты их фоторазложения не поглощают Излучение в спектральной области 210 - П8оо Длина кювет 1& 2 см, толщина окон 13 и 14 d 1 мм. Окна 13 и 34 изготовлены из , пр s НО нм или LiF, $Пр .105 нм.

Устройстве используют следующим рбразом.

Выбор оптимальной экспозиции.

Наполняют кювету для актинометра

4 (фиг,1) закисью азота до давления, обеспечивающего полное поглощение излучения в спектральной области /1 210-190 нм, РЙОО 700 торр, кювету Для газового фильтра 3 - этиленом, 100 торр. Производят облучение п у вспьшками, число и получают на основании известных оценок величины 1р (210-190 нм), исходя из чувствительности манометров, но на столько мальм, чтобы разлагались не более 10% . При необходимости, если при п 1 разлагается более 10% , между источником 1 света и окном 13 (фиг.1) помещают сетчатый фильтр с известной прозрачностьюо Замораживают актинометр в пальце 20, открывают вентиль 24 и через ловушку 23, замороженную до 77 К, напускают невымораживающиеся продукты фотолиза актинометра в манометры 21 и 22. Измеряют давление невымораживаюшихся продуктов фотолиза, откачивают их через вентиль 25. Закрывают вентили 24

5

и 25 и размораживают актинометр в пальце 20. Определяют N(210-190 нм) по Формуле (1), где VK - объем кюветы для актинометра и системы измерения Рд до вентиля 25 (Фиг.2). Рассчитывают значение 1$ (210-190 нм) по формулам (2) и (3) , где t| (210- 190) определяют по данным (7).

Величины Ф& (fl) были определены в экспериментах на установке и по методике, описанных в (5). Эти эксперименты показали следующее.

При облучении в БУФ области спектра протекают следующие первичные и вторичные процессы Фотолиза (5):

5

0

5

В результате этих процессов образуются следующие стабильные продукты фотолиза: Naj O NO, NO/j., При замораживании облученной смеси до 77 К, кроме замораживания исходного N(2.0, происходит замораживание N0 и захват N0 в реакции, замораживание NO + N0e ZZZT (16)

скорость реакции (15), медленной в газовой фазе, также увеличивается при этом, Масс-спектрометрический анализ показал, что невымораживаются при 77 К продукты Фотолиза (главным образом N ii и 0,а) , гричем P0(Z составляет 10-15% от .

Величина РО„ зависит от длины вол0 ны облучения актинометра и от способа его обработки после фотолиза. Эксперимент показал, что образующийся при облучении N$0 кислород частично захватывается при замораживании. Если

одна порция подвергается многократному облучению, то перед каждым измерением необходимо не менее 2 раз провести цикл замораживание - откачка - размораживание . В противном

случае образовавшийся при предыдущем облучении кислород может несколько повысить величину Р0. при последующих измерениях его выхода. Если облучается однократно или если после каждого облучения проводят описанную процедуру, то ) постоянно с точностью не менее 20%,ФМ () с точностью не менее 4% и, следовательно, квантовый выход невымораживающихся продуктов Фд О) постоянен с точностью не менее 5%. Согласно полученным данным в спектральной области

210-175 нм, ФА (fl) l,53,tO,09;

155-145 нм, 9(Я) 1,21+0,15; Я 145-123 нм, pft(fl) 1,31 + 0,11.

Производят выбор n,orrT согласно операций 5 и 7,

(фиг.1) окна из кварца КУ-1 . Облучают актинометр пзопТ вспышками. Определяет Мд (210-155 нм) согласно операции 2. Размещают перед окном 13 (бит.1) ок но из сапфира. Облучают актинометр

10

п4опг вспышками. Определяют

10 (155-145 нм) по Формуле (2) и Фог мулам (4) и (5).

Размещают перед окном 13 (фиг.) окно ич флюорита. Облучают актинометр

п

5 оп

вспышками. Определяют N 21015 121 нм) и 10 (145-123 нм) по Формуле (2) и Формулам (4) и (5).

Закись азота не годится в качестве актинометра на спектральную область $ 175-155 нм, поскольку здесг

Откачивают из кюветы для газо- 20 (Уи не является постоянной вели- вых Фильтров 3 (ФигЛ) и наполняют ее чиной и меняется от 1,5 до 0,2 (5). кислородом. PQQ 100 торр. Производят

облучение актинометра пеЈ

В данной спектральной области в качестве актинометра можно использовать N0., проведя манометрические измеВ данной спектральной области в кач стве актинометра можно использовать N0., проведя манометрические измевспышками, а далее производят операции,

аналогичные описанным в двух предыду- 25 рения выхода 0 - единственного нещих пунктах.вымораживающегося продукта Фотолиза

Откачивают эти кюветы (фиг.1) и наполняют кювету для актинометра 4 до

N0 при использовании в качестве фильтров Оди кварца КУ-1. При фотоли зе NOU (PN02 2 торр) Ф02(()

-л/йо

150 торр. Размещают перед

окном 13 (Фиг.1) окно из кварца КУ-1. 30 0,,15 (8).

N0 при использо фильтров Оди ква зе NOU (PN02

35

40

Облучают актинометр, выполняют операции 2 и 3.

Производят операции, аналогичные описанным в предыдущем пункте с окнами из сапфира и Флюорита.

Измерение 10 ( $ j - $ ; + () .

Наполняют кювету для газовых Фильтров (Фиг.1) этиленом, Рс-гН4 00 торр. Облучают актинометр n4tjrtf- вспышками.. Производят операцию 2.

Откачивают кюветы для .газовых фильтров 3 (Фиг1 J ) и наполняют ее кислородом Рог J 00 торр,

Замораживают актинометр в пальце 20 (фит. 2), обезгаживают его через вентиль 25, закрывают вентиль 25, раз- мораживают актинометр. Повторяют эту процедуру еще не менее одного раза.

Облучают актинометр пеопт вспышками. По формулам (4) и (5) определяют 1п(190-175 нм).

Откачивают и 0. Наполняют кювету для актинометра 4 (фиг.1) закисью азота. Р 150 торр. Давление 55 N(0 уменьшают, поскольку коэффициент поглощения N-iO в спектральной области Я С 1 55 нм значительно выше, чем при Я 7155 нм. Размещают перед окном 1 3

45

50

Нечувствитель УФ и видимой обл симость величины ности измеряемог ство Фд(#) при 125 нм позволяют измерять 10 ( Я) ков света и опре температуру, изм ре Солнца. Разбо мерения 10 (и) ровать пропускан ошибки, связанны пропускания. Эти производить изме ностью порядка 1

Формула и

Способ опреде распределения ин ния источника св рафиолетовой обл чающийся в облуч ского вещества ь излучением в диа /Ч $ продуктов Фотора ческого вещества определении кван

582027JO

(фиг.1) окна из кварца КУ-1 . Облучают актинометр пзопТ вспышками. Определяет Мд (210-155 нм) согласно операции 2. Размещают перед окном 13 (бит.1) ок , но из сапфира. Облучают актинометр

п4опг вспышками. Определяют

10 (155-145 нм) по Формуле (2) и Фог мулам (4) и (5).

Размещают перед окном 13 (фиг.) окно ич флюорита. Облучают актинометр

п

5 оп

вспышками. Определяют N 21015 121 нм) и 10 (145-123 нм) по ФорЯ А (Уи не является постоянной вели- чиной и меняется от 1,5 до 0,2 (5).

В данной спектральной области в качестве актинометра можно использовать N0., проведя манометрические измерения выхода 0 - единственного не 0,,15 (8).

N0 при использовании в качестве фильтров Оди кварца КУ-1. При фотоли- зе NOU (PN02 2 торр) Ф02(()

5

0

5

5

0

Нечувствительность актинометра в- УФ и видимой области спектра, независимость величины cPft( 3) от интенсивности измеряемого излучения, постоян ство Фд(#) при fl 210-175 и 155- 125 нм позволяют с высокой точностью измерять 10 ( Я) импульсных источников света и определять их яркостную температуру, измерять 1О ($) в спектре Солнца. Разборность кюветы для измерения 10 (и) позволяет контроля ровать пропускание окон и устранять ошибки, связанные с непостоянством пропускания. Эти факторы позволяют производить измерения 1о(Я) с точностью порядка 10%.

Формула изобретен и, я

Способ определения спектрального распределения интенсивности излучения источника света в вакуумной ультрафиолетовой области спектра, заклю- . чающийся в облучении актинометриче- ского вещества ьемонохроматическим излучением в диапазонах длин волн /Ч $ измерении выхода продуктов Фоторазложения актинометри- ческого вещества МдС/1; .... $,.,), определении квантового выхода продук1 I

тов Фоторазложения Фд (%-{ ... /li-U по отношению выхода продуктов Фоторазложения актинометрического вещества к интенсивности поглощаемого и излучения и определении средних по диапазону $; ... (+1 интенсивно) п

стей излучения I0( $i .... fl j отношению

NA( I ...flui )

4

/ФА (Т; .,,)

12

отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения средних по диапазону $ /... ; 4 ин- тенсивностей излучения, в качестве актинометрического вещества используют газ NgO, после предварительного вымораживания определяют суммарный квантовый выход невымораживающихся продуктов его фоторазложения, а их выход измеряют по суммарному давлению.

Изобретение относится к области химической, молекулярной физики и оптики, а более конкретно к способам измерения спектрального распределения интенсивности излучения источников света в вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) области спектра. Цель - повышение определения средних по диапазону (λ I - λ I+10) интенсивностей излучения. Способ заключается в облучении кюветы с актинометром N 2O через кювету со сменными фильтрами и определении средних по диапазону λ I - λ I+1 значений интенсивности излучения по выходу невымораживающихся продуктов фотолиза. 2 ил.

KSSSXI

Фиг. 1