Лазерный атомно- фотоионизационный спектральный анализ

Главная - Культура - Лазерный атомно- фотоионизационный спектральный анализ

Разработка новых аналитичнх методов определения ультранизких содержимых элементов в разных веществах есть насьогодни актуальной для многих областей современной науки и техики. Это обусловлено тем, что сьогодня для решения большого количества задач технологии високочистих материалов, геологии и геохимии, токсикологии, экологии и другого, то нужен контроль содержимого некоторых элементов в веществе на равные 10-8 - 10-11%. В некоторых случаях такую чувствительность анализа могут обеспечить традиционные аналитические методы или их модификации: атомно- абсорбционная и атомно- флуорисцентна сектрометрия, нейтронно- активационный анализ, искровая масс- спектроскопия и прочие. Тем не менее в большинстве случаев чувствительность ограничена уровнем 10-7 %.

Очевидный интерес для аналитического применения представляют собой лазерные методы детектування единичных атомов. Они основаны на методе лазерного возбуждения флуорисценций атомов и методе лазерной ступенчатой резонансной фотоионизации атомов. Тем не менее для прямого использования этих методов в аналитических задачах необходимо решить ряд сопутствующих проблем. Дело в том, что задача определения ультранизких следов элементов в анализируемом веществе состоит из трех последовательных этапов:

1. Получение свободных атомов элемента;

2. Транспортировка этих атомов в область лазерного прменя;

3. Детектування атомов с помощью лазерного излучения;

СХЕМЫ СТУПЕНЧАТОЙ ФОТОИОНИЗАЦИИ.

В методе лазерной багатоступинчатой фотоионизации атомы возбуждаются лазерным излучением в промежуточный високолижачий состояние в одну или несколько супинов, а потом осуществляется фотоионизация только возбужденных атомов. За путем ионизации атома из промежуточного состояния в методе ступенчатой фотоионизации можно выделить условно три пидхода:

1. Нерезонансная фотоионизация возбужденного атома в континуум.

2. Ионизация атома с ридберговського состояния электрическим полем в результате столкновенья с частичками буферного газа и прочее.

3. Резонансная фотоионизация возбужденного атома путем возбуждения в узкий автоионизацийний стан.

А теперь чуточку подробнее о каждом из подходов:

1. Ионизация на переходах в континуум. При таком способе возбужденный атом ионизируется вспомогательным лазерным излучением или излучением, которые используется в на одному з ступинив резонансного возбуждения. Для эффективного возбуждения и дальнейшей фотоионизации возбужденных атомов плотности энергии импульсов должны удовлетворять следующим требованиям, которые являются частыми випадком общих условий:

Фзбуд≳ Ф нас збуд=Ћɷзбуд /2збуд, Фион≳ Ф нас збуд=Ћɷион /2ион,

Для ионизирующего импульса плотности энергии насыщения Ф нас збуд лежит в пределах 0,01-1 Дж/см2 (для возбуждающих импульсов соответствующие значения Ф нас збуд в 2збуд /ион, раз меньше). Такие параметры лазерного излучения достигаются существующими лазерами, когда нужна частота повторения импульсов не превышает нескольких десятков герц.

2. Ионизация через ридберговський стан.

В цьму методе, атом из промежуточного состояния возбуждения под границу ионизации в ридберговський состояние и потом ионизируется импульсом электрического поля. Исследование продемонстрировали, что ридберговськи атомы имеют уникальное свойство сравнительно легко ионизироваться в электрическом поле независимо от вида атома. Причем каждый ридберговський состояние характеризуется своим значением критического электрического поля, близ которого ионизация имеет пороговий характер. При напряженности электрического поля, большой критической для данного ридберговського состояния, возбужденные в такое состояние атомы ионизируются с выходом ионов, близким к единице. При этом срез ионизиций атома из промежуточного состояния определяется срезом его резонансного возбуждения в ридбергивський состояние. Этот срез на несколько порядков превышает срез нерезонансной ионизации в континуум. Возбуждение атома в ридбергивський состояние можно осуществлять в две или три ступити излучением импульсных лазеров на красителях, которые синхронизированы один из одним. Избрание схемы возбуждения зависит от конкретного атома.