МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
Кафедра фотоніки.
Реферат
на тему:
“Оптогальванічна та опторефракційна спектроскопія”
Виконав:
ст. групи ЛОС-5
Прийняв:
Попович Д.І.
Львів 2006
1. Оптико-гальванічна спектроскопія
Збудження електронних рівнів атомів молекул лазерним випромінюванням може бути зареєстроване по зміні провідності середовища або появі заряджених частин. Одним із шляхів реєстрації є використання методу, який базується на оптико-гальванічному ефекті, виникаючому при оптичному збудженні провідного газу (розряд у газі низького тиску, полум’я). Цей метод полягає у зміні провідності за рахунок фотозбудження більш високорозташованих рівнів, котрі легше іонізуються при зштовхуванні з електронами (рис.1,а). Збільшення енергії збудження частин також дещо підвищує температуру електронів, що в свою чергу призводить до збільшення провідності.
Типова схема оптогальванічного аналітичного спектроскопу для детектування слідів елементів у полум’ї показана на рис.1,б. Перевагами даного методу є його простота, відсутність впливів розсіяного світла, можливість використання відомої техніки спектроскопії у полум’ї та висока чутливість. Для багатьох елементів порогова чутливість лежить в діапазоні 1012-1014см3, а в деяких випадках дещо вища.
рис.1. Оптогальванічна лазерна спектроскопія
а – збільшення ймовірності зіштовхувальної іонізації при оптичному збудженні атома;
б – спрощена схема оптогальванічного вимірювання;
За допомогою лазерів з перебудовою цей ефект широко застосовується для вимірювання спектрів поглинання на переходах між збудженими рівнями, коли енергія досліджуваного переходу не сильно відрізняється від енергії іонізації збуджених частин. В цьому випадку лазерне збудження викликає значну зміну струму розряду.
Нехай лазерний пучок проходить через частину розрядного об’єму. Якщо лазерна частота налаштована на частоту переходу Еі→Ек між двома рівнями атомів чи іонів в розряді, то густина населеностей ni(Ei) i nk(Ek) змінюються в результаті оптичної накачки. Із-за різних ймовірностей іонізації з двох рівнів, ці зміни населеностей викличуть зміну ∆І розрядного струму, котрий реєструється по зміні падіння напруги ∆U=R∆I на баластному опорі R (рис.2). Якщо інтенсивність лазера модулювати за допомогою переривника, то виникає змінна напруга, котру можна безпосередньо подавати на синхронний підсилювач.
рис. 2. Експериментальна установка для оптогальванічної спектроскопії розряду в лампі з пустотілим катодом:
1 – джерело живлення; 2- лампа з пустотілим катодом; 3 – обтюратор; 4- неперервний лазер на барвнику; 5 – синхронний підсилювач; 6 – самописець.
Навіть з малими потужностями лазерів (декілька міліват) в газових розрядах в декілька міліампер можна отримати високі сигнали (від мікро- до мілівольт). Оскільки поглинуті лазерні фотони детектуються за допомогою оптично індукованої зміни струму, ця дуже чутлива техніка називається оптогальванічною спектроскопією.
Зазвичай спостерігаються як додатні, так і відємні сигнали в залежності від типу рівнів Еі , Ек , зв’язаних індукованим лазерним переходом Еі→Ек. Якщо ІР(Еі) – повна ймовірність іонізації атома з рівня Еі, зміна напруги ∆U, викликана лазерно індукованою зміною заселеностей ∆ni=ni0-nik, можна виразити як:
∆U=R∆I = a[∆niIP(Ei)- ∆nkIP(Ek)]. (1)
Існують декілька конкуруючих процесів, котрі можуть давати вклад в іонізацію атома з рівня Еі. ............