Анализ твердых образцов.1. Устройство рубинового лазера………………………………….1 2. Характеристики энергетических уровней в кристалле рубина……………………………………………………………..2 3. Кинетические уравнения, уравнения баланса и условие инверсии населенностей для ОКГ на рубине…………………..5 4. Пороговая мощность накачки…………………………………...7 5. Условие генерации, пороговая инверсия населенностей и мощность излучения рубинового лазера…………………….…8 6. Коэффициент полезного действия рубинового лазера……….13 Порядок выполнения работы…………………………………...…14 Содержание отчета…………………………………………………17 Контрольные вопросы……………………………………………...18 Библиографический список………………………………………..18 Содержание…………………………………………………………19
[1] Для поддержания пакета прикладных программ конфигурация ПЭВМ не должна быть ниже Pentium II. ЛАЗЕРЫ В АТОМНО-ЭМИССИОННОМ АНАЛИЗЕ. В соответствии с различными уникальными свойствами лазерного излучения в настоящее время лазеры находят широкое применение в различных областях техники и науки, в том числе и в аналитической химии. Настоящая методика рассматривает применение лазеров в АЭСА, ААСА, АФСА, КР. Лазерное излучение обладает рядом уникальных свойств, к числу которых относятся: высокая плотность мощности (W), высокая монохроматичность, малая расходимость лазерного излучения (лазерный луч малого диаметра). Все эти свойства можно с успехом использовать для анализа. Высокая плотность мощности используется в анализе твердых образцов для испарения и атомизации, а иногда и для возбуждения атомов (АЭСА). Высокая монохроматичность лазерного излучения используется для просвечивания атомного пара (ААСА), возбуждения атомной и молекулярной селективной флуоресценции (АФСА, МФСА). Особую роль в этих методах анализа играют лазеры с перестраивающейся частотой. На малой расходимости лазерного луча основаны методы локального анализа (анализа в точке). Это же свойство используется для дистанционного химического анализа путем передачи оптических аналитических сигналов с помощью волоконной оптики и обработки результатов ЭВМ.
Анализ твердых образцов. Лазерные методы АЭСА применяются главным образом для анализа твердых проводящих и непроводящих электрический ток, образцов. Лазерное излучение, падающее на поверхность твердого образца, может плавить и испарять практически любое вещество, а при специально подобранных условиях можно добиться только плавления или только испарения. Под действием лазерного луча с поверхности образца происходит выброс факела. Факел состоит из плазмы, расплавленных капелек и раскаленных твердых кусочков анализируемого материала. На поверхности образца образуется при этом кратер. Элементный и фазовый состав факела, количество попавшего в факел вещества, а также размеры и форма кратера зависят от плотности мощности лазерного луча и физико-химических свойств анализируемого материала (свойств поверхности образца, температуры плавления, и коэффициента отражения образцом лазерного луча). При W ³ 109 Вт/см2 коэффициент отражения можно не учитывать т.к. при таких больших W все материалы хорошо поглощают излучение и следовательно, будут испаряться под воздействием лазерного луча Для испарения и атомизации твердых проб применяют в основном твердотельные лазеры. Оптимальная длина волны лазера подбирается так, чтобы отношение поглощенного и отраженного излучение было максимально. В АЭСА применяется три способа использования лазерного факела: · регистрация спектров непосредственно от лазерного факела (собственные спектры), · дополнительное возбуждение факела внешним независимым источником (комбинированные спектры), · лазерный пробоотбор и последующий независимый спектральный анализ лазерного факела или его конденсата (независимые спектры).
Они тем интенсивнее, чем больше доля плазмы и пара в лазерном факеле, что характерно для работы лазера в режиме гигантского импульса. Собственные спектры лазера не похожи ни на дуговые, ни на искровые. Для их расшифровки требуются специальные атласы. В таких спектрах достаточно высока интенсивность фона, и чем больше твердых раскаленных частичек и капелек расплава в факеле, тем сильнее фон. При использовании этих спектров можно достичь достаточно низких абсолютных пределов определения 10-9–10-12 г, а при специальных условиях анализа были достигнуты даже 10-15 г. С учетом малого количества выброшенного вещества, относительные пределы обнаружения - 10-2–10-3 %. Воспроизводимость количественного анализа характеризуется RSD ³ 0,1. Метод находит применение для послойного АЭСА твердых проб и анализа и для анализа диэлектрических материалов.
Недостатки этого метода - невысокая воспроизводимость, опасность загрязнения примесями из вспомогательных электродов. Комбинированные спектры на порядок интенсивнее собственных, и определяются в основном механизмами атомизации и возбуждения в дополнительном источнике, а лазер лишь формирует кратер и первичный состав факела. Комбинированные спектры используют в локальном АЭСА твердых образцов. Независимые спектры можно получить возбуждая выброшенное в факел анализируемое вещество в дополнительном источнике. Например: независимые, а не комбинированные спектры получаются при задержке между временем возбуждения искрой и моментом лазерного выброса до нескольких секунд.
Отобранный конденсат испаряется, атомизируется и возбуждается в независимом источнике - дуге, искре, полом катоде, графитовой печи и др. Пределы обнаружения при этом в значительной степени зависят от дополнительного, независимого источника. Наиболее полно удается собрать конденсат на прозрачных пленках и пластинках, на электродах со сквозным отверстием. Лазерная атомизация и ионизация с успехом используется в элементной масс-спектрометрии. Например на установках типа ЛAMMA (лазерный атомный масс-микроанализатор) достигаются рекордные пределы обнаружения - 10-7 % при массе пробы 10-10 -10-11 г.
|
Собственные спектры – спектры, полученные разложением по длинам волн света, идущего от лазерной плазмы.
Комбинированные спектры можно получить, воздействуя на лазерный факел искровым разрядом между угольными электродами..
Независимые спектры получаются и при транспортировке выброшенного вещества потоком газа в независимый источник ИСП ВЧ (индуктивно-связанная высокочастот-ная плазма). Относительный предел обнаружения в этих методах достигает 10-4 %. Независимые эмиссионные спектры использовали, например, для локального и послойного определения газообразных примесей в твердых материалах.
Другой способ - возбуждение лазерного конденсата в независимом источнике после лазерного пробоотбора на торцы электродов, внутрь графитовых цилиндров, и т.п.
