Исследование возможностей эмиссионного анализа конденсированного вещества, возбуждаемого лазерными и электронными пучками наносекундной длительности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Томский государственный университет

РГ 5 ОД

II !ЛГ'

На правах рукописи

— и И.УН

Липчак Александр Иванович

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЭМИССИОННОГО АНАЛИЗА КОНДЕНСИРОВАННОГО ВЕЩЕСТВА, ВОЗБУЖДАЕМОГО ЛАЗЕРНЫМИ И ЭЛЕКТРОННЫМИ ПУЧКАМИ НАНОСЕКУНДНОИ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

(специальность 01.04.05 - оптика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Томск - 1998

Работа выполнена в Институте электрофизики Уральского отделения РАН

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор Осипов В.В. доктор физико-математических наук Соломонов В.В.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук СолдатовА.Н.

кандидат физико-математических наук Орлоаскин В.М.

Ведущая организация: Институт оптики атмосферы СО РАН, г. Томск

Защита состоится " " _¡993 г в_часов

на заседании диссертационного Совета К.063.53.03 в Томском государственном университете (643050, г. Томск, пр. Ленина, 36)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТГУ

Автореферат разослан

■¿М

1998 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета К.063.53.03

кандидат физ.-мат. наук

Дсйкова Г.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

Определение состава вещества и контроль его чистоты является одним из важных [ементов производства в различных отраслях промышленности. Поэтому пвитие методов анализа вещества имеет большое практическое значение. Вследствие своих уникальных свойств для анализа вещества широко ¡пользуются спектральные методы. Под спектральным методом анализа обычно )нимается физический метод определения состава вещества, основанный на ¡следовании спектров испускания (эмиссии) или поглощения (абсорбции) |ектромагнитного излучения атомами, молекулами или конденсированным :ществом как целой системой. Соответственно, по типу регистрируемого спектра тлиз может быть эмиссионным или абсорбционным. В данной работе под шссионным анализом понимается спектральный метод, использующий любые 1ектры излучения, в том числе и люминесцентный анализ, являющийся особым учаем эмиссионного анализа. Эмиссионный анализ обладает более высокой 'вствительностыо по сравнению с абсорбционным анализом. В настоящий момент 'вствительность эмиссионных методов в некоторых случаях достигает 10|0г/см3. ри прочих равных условиях, чувствительность . метода определяется (тенсивностью излучения, которая, в свою очередь, зависит от плотности 1збужденных с .тояний. Следовательно, за счет повышения плотности абужденных состояний можно увеличить чувствительность метода. Кроме того, в ом случае становится возможным наблюдение излучательных переходов из стояний с высокой вероятностью безызлучательного расселения и получение 1В0Г1 информации об объекте исследования. Повышение плотности возбужденных стояний в стационарном случае имеет как технические ограничения, так и раничения физического плана. Использование импульсного возбуждения зволяет в значительной мере снять эти ограничения, поэтому оно более рспективно для эмиссионного анализа.

Традиционно для элементного (атомного) эмиссионного спектрального анализа пользуются электрическая дуга или искра высоковольтного разряда. Несмотря на остоту реализации этих видов возбуждения, их использование ограничивает

возможности анализа. Значительное развитие элементный эмиссионный анали получил за счет использования лазерного излучения для возбуждени анализируемого вещества. При этом лазерный эмиссионный анализ позволяе изучать вещество в очень чистых условиях. В этом случае исключается полностьь появление в спектре излучения линии элементов электродной системы, обычн затрудняющие проведение анализа. Однако и этот метод не лишен определенны недостатков. В этом случае, спектрограмма испаренной и возбужденной лазерньп излучением пробы представляет собой, как правило, спектр сплошного излучения наложенными на него самообращенными линиями элементов пробы и элементе атмосферы [1]. Поэтому плазма, созданная лазерным излучение^ неудобна да непосредственного спектрального анализа. Не исключено, что этот эффект связан использованием лазерного излучения с не оптимальными характеристиками. О существенно ограничивает возможности метода анализа элементного состав вещества с использованием лазерного излучения. Поэтому задача расширени возможностей этого принципиально перспективного метода представляете актуальной.

Прикладные задачи требуют определения молекулярного состава и структур! исследуемого объекта. Для этих видов анализа, в отличии от элементного анализ: необходимо, чтобы возбуждение осуществлялось без изменения и разрушени связей атомов в веществе. Наиболее распространенным эмиссионны спектральным методом решения этих задач является люминесцентный анализ, настоящее время одним из перспективных спектральных методов определени молекулярного и структурного состава конденсированного вещества являете анализ, в котором для возбуждения люминесценции используются сильноточнь импульсные электронные пучки (СИЭП) длительностью в несколько наносекунд плотностью тока до 1 кА/см2. Хотя возбуждаемая СИЭП люминесценция обладас рядом новых свойств, она попадает под определение данное впервые в работа [2,3]. Поэтому для ее обозначения был использован термин "импульенг катодолюминесценция" (ИКЛ). Далее в этой работе под ИКЛ будет пониматы импульсная катодолюминесценция, возбуждаемая именно СИЭП. положительным особенностям такой ИКЛ можно отнести, в частности, то, что пр комнатной температуре была получена тонкая структура полос ИКЛ, глубш

штенсивно излучающего (т.е. анализируемого) слоя составляет 250-500 мкм, что •,ущественно больше, чем при традиционной катодолюминесценции. Интенсивность ИКЛ на 5-6 порядков выше люминесценции, возбуждаемой фугими способами. При таком способе возбуждения анализ проводится, как ¡равило, в естественных условиях и без предварительной обработки образца. В >аботах [4,5] была показана возможность прикладного применения номинесценции, возбуждаемой СИЭП, в геммологии, геологии, системах «парации алмазов. Таким образом, анализ, основанный на использовании СИЭП, (ерспективен для практических приложений. Однйко в литературе отсутствуют йнные о применении ИКЛ для количественного анализа конденсированного 1ещества.

Так же была показана возможность возбуждения с помощью СИЭП интенсивной [юминесценции в веществах, считавших ранее не люминесцирующими, однако 1КЛ не использовалась до сих пор для определения энергетической структуры !римесных центров, нелюминесцирующих при других методах возбуждения. )нергетическая структура таких примесных центров до сих пор слабо изучена, хотя акие центры могут образовываться неконтролируемыми примесями в лазерных ристаллах и сцинтилляторах и ухудшать их оптические и механические свойства. 1оэтому исследование таких центров имеет важное практическое значение.

ИКЛ - метод до сих пор не применялся для анализа веществ в жидком фазовом остоянии. Отличительной особенностью такого вещества является малые ффективные времена существования возбужденных состояний из-за высокой ероятности безызлучательного расселения. Поэтому в большинстве случаев »регистрировать люминесценцию удавалось при снижении вероятности процессов евозбуждения путем охлаждения вещества до криогенных температур и/или за счет сследования твердых растворов этих веществ. Однако известно, что структура ногих молекул чувствительна, к температуре, фазовому состоянию и астворителю. Поэтому важно получать информацию об этих объектах в условиях, низких к условиям их практического использования. Решение это проблемы эзможно за счет создания высокой плотности возбужденных состояний за ¡>емена, сравнимые с характерными временами существования молекул жидкого ццества в возбужденном состоянии (10 ' - 108 с). Поэтому применение СИЭП для

решения этой задачи является перспективным.

Таким образом, несмотря на перспективность использования СИЭП дл эмиссионного спектрального анализа конденсированного вещества, ег применение для целого ряда практических задач остается не вполне обоснованным Следовательно, представляется актуальным исследовать возможност использования СИЭП для количественного структурного анализа, определени энергетической структуры примесных центров, эффективно поглощающи люминесценцию, для молекулярного анализа вещества в жидкой фазе.

Цель работы:

Исследование возможностей эмиссионного анализа конденсированного вешествг возбуждаемого лазерными и электронными пучками ианосекуидной длительности.

Для.достижения этой цели необходимо решить следующие задачи исследований:

1. Создать комплекс аппаратуры для определения основных причи возникновения эффектов, осложняющих традиционный импульсный эмиссионны лазерный анализ элементного состава вещества. Определить область параметро лазерного излучения, для которых влияние этих явлений минимально. Создат экспериментальный образец анализатора, использующий лазерное излучение найденными характеристиками.

2. Разработать и обосновать расчетную методику количественного ИКЛ-анализ и показать ее работоспособность.

3. Выбрать модельные объекты исследования с примесными центрам! эффективно поглощающими люминесценцию. Зарегистрировать спектры ИК. этих объектов. На основании полученных данных определить энергетическу! структуру таких центров.

4. Обосновать выбор тестовых веществ для молекулярного ИКЛ-анали-вещества в жидкой фазе. Выяснить соответствие ИКЛ таких веществ даиньп получаемым другими методами. На основании этого показать возможност проведения спектрального анализа этих веществ ИКЛ методом.

Научная иовизна работы

- Реализован количественный ИКЛ анализ состава твердого тела.

- Определена энергетическая структура примесных центров, образованных ионами Со2+ в иттрий алюминиевом гранате (ИАГ). -Зарегистрированы в люминесценции верхние триплетные состояния и колебательная структура полос люминесценции бензола, толуола и спиртовых растворов нафталина и антрацена при комнатной температуре.

Научная и практическая значимость работы определяется:

- возможностью использования созданного лазерного анализатора для определения элементного состава вещества в чистых условиях без контакта с анализируемой пробой, без оптического пробоя ее паров и атмосферы,

- возможностью использования ИКЛ для определения и уточнения энергетической структуры примесных центров в кристаллах, которые плохо люминесцируют или не люминесцируют при других способах возбуждения,

- возможностью использования ИКЛ для сортировки и выбраковки сырья для производства огнеупоров,

- возможностью использования ИКЛ для молекулярного анализа веществ в жидкой фазе в условиях, близких к условиям их использования.

Достоверность полученных экспериментальных результатов

годтверждается их соответствием известным теоретическим и экспериментальным данным в той области, где таковые данные имеются, и воспроизводимостью жспериментальн, л результатов.

1ичпын вклад автора состоит, о:

создании экспериментального комплекса для измерения спектральных и пространственно-временных характеристик плазмы, возникающей при взаимодействии с твердым телом лазерного излучения с длиной волны 10.6 мкм и 0.308 мкм и плотностью мощности ~ 108 Вт/см2; разработке расчетных методик и алгоритмов;

проведении измерений, результаты которых представлены в данной работе; обработке, анализе и обобщении экспериментальных данных.

)с11овные положения, представляемые к защите:

.При воздействии на твердое тело импульсного лазерного излучения с длиной волны 0.308 мкм и лломтстмо мощности 5-10х В г/см2 тпк-опорогоный

оптический пробой не возникает, а создаваемая лазерная плазма обладает следующими отличительными особенностями:

- в спектре ее излучения отсутствует составляющая компонент атмосферы,

- плазма описывается моделью плазмы высоковольтной конденсированной электрической искры, что позволяет использовать эту модель для количественного элементного анализа вещества.

2. Предложена и обоснована методика структурного количественного анализа твердого тела н показана возможность молекулярного анализа органических соединений ароматического ряда при комнатных температурах с использованием для возбуждения люминесценции импульсных наносекундных электронных пучков с энергией электронов - 100 кэВ и плотностью мощности - Ю8 Вт/см2.

3. Определена энергетическая структура и координационное положение примесных центров, образованных ионами Сог+ в ИАГ.

Апробация работы и публикации

Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались на следующих конференциях: VII Конференция по физике газового разряда (21-24 июня 1994, Самара, Россия), 11-th International Conference on High Power Particle Beams (10-14 июня 1996, Прага, Чешская Республика); 1 Всероссийский симпозиум по твердотельным детекторам ионизирующих излучения ТТД-97 (28 ноября -2 декабря 1997, Екатеринбург, Россия) Международная конференция по органической химии памяти И.Я. Постовского (17-20 марта, 1998, Екатеринбург, Россия).

Основное содержание диссертации опубликовано в 13 работах. Список этих работ приведен в конце реферата.

Структура н объем диссертации

Данная работа состоит из введения, трех глав и заключения. Полный ее объем составляет ИЗ страниц, включая 38 рисунков, 12 таблиц, список литературы, насчитывающий 85 наименования, и 2 приложения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обсуждается и обосновывается актуальность темы, сформулированы цели и задачи, приведены основные положения, защищаемые автором, кратко изложено содержание работы.

В первой главе данной работы, состоящей из двух разделов, представлен обзор литературы. В первом разделе этой главы рассматривается состояние вопроса по эмиссионному анализу элементного состава вещества. Проанализированы преимущества и недостатки наиболее распространенных эмиссионных методов анализа, в том числе с использованием лазеров.

Во втором разделе рассматривается состояние вопроса по люминесцентному анализу конденсированного вещества. Проанализированы преимущества и недостатки наиболее распространенных способов возбуждения люминесценции. На основании этого показана перспективность люминесцентного анализа с использованием СИЭП для количественного определения состава твердых тел, исследования энергетической структуры и координационного положения примесных центров, эффективно поглощающих люминесценцию. Далее рассматривается состояние вопроса по молекулярному анализу вещества в жидкой фазе. Показаны факторы, осложняющие проведение анализа такого вещества, и существующие методы их устранения. Анализируются недостатки этих методов.

В конце главы на основании анализа литературных данных определены цель работы, основные задачи исследований.

Во второй главе описывается экспериментальная аппаратура, реализующая условия возбуждения, типичные для существующего лазерного эмиссионного анализа (в аппаратуре этого класса, как правило, используются лазеры, излучающие в длинноволновой части оптического спектра, с энергией в импульсе 20-30 мДж), и анализируются погрешности измерений. Для возбуждения лазерной плазмы на твердотельной мишени в этих экспериментах был использован импульсно - периодический СОг-лазер "ИГЛА-5" с длиной волны излучения -10,6 мкм и энергией в импульсе - 20 мДж. Были получены спектральные и/ пространственно-временные характеристики плазмы, возникающей при' взаимодействии такого излучения с мишенями из свинца, титана, графита, латуни, алюминия. Оказалось, что спектральный состав излучения в диапазоне 600-350 нм

(рис. 1, а) во многом подобен для различных мишеней, что объясняется присутствием в спектре молекулярных полос и атомных линий атмосферных газов. Среди них были идентифицированы линии и полосы N¡, N}+, N¡, N11, 02, О/, 01, 011. В диапазоне длин волн 350-275 нм (рис. 1,6) спектры излучения плазмы различаются. Это различие объясняется присутствием в плазме атомов их вещества. В частности, для образцов из алюминия и графита были идентифицированы линии АН, Allí и С1, СИ. В экспериментах со всеми образцами, кроме спектральных линий и полос, наблюдалось излучение в виде интенсивной сплошной полосы. Это излучение регистрируется в области спектра 600-290 нм. На основании анализа спектральных и пространственно - временных характеристик плазмы установлено, что при взаимодействии такого лазерного излучения с твердым телом реализуются условия возникновения оптического пробоя его паров. Используя данные численного решения задачи разогрева образца лазерным излучением, была сделана оценка концентрации паров мишени (n ~ 10" см-3) к экспериментально определенному моменту возникновения оптического пробоя. Эта величина по порядку величин совпадает с критическим значением концентрации плазмы, при котором она начинает полностью поглощать электромагнитное излучение:

п" = =9.95-1018 [см -з], (1)

где ш,-1.7-1014 рад/с частота излучения лазера для Л=10.6 мкм, те и е - масса и заряд электрона. В этом случае излучение лазера полностью поглощается в небольшой, внешней к излучению, области плазмы. В ней достигается более высокая объемная плотность энерговьгделения по сравнению с начальной стадией процесса. Это является причиной возникновения оптического пробоя. В работе [6] показано, что в подобных экспериментальных условиях оптический пробой развивается по механизму световой детонационной волны (СДВ). Расчет СДВ в одномерном приближении для плотности мощности излучения используемого лазера дает следующие параметры процесса на стадии развития оптического пробоя: скорость ударной волны -104 м/с, скорость газа за ударной волной - 5103 м/с, температура за ударной волной - 6-104 К, давление за ударной волной - 1.2108 Па. Применимость модели СДВ подтверждается также совпадением расчетной скорости движения ударной волны и измеренной скорости распространения плазмы по нормали к

поверхности мишени. Таким образом, создание в области пространства около мишени плотной эрозионной плазмы, полностью поглощающей излучение лазера, создает условия возникновения оптического пробоя. Этот эффект приводит к появлению в спектре эмиссии лазерной плазмы мощной непрерывной спектральной компоненты и спектральных полос и линий компонент атмосферы. Плазма оптического пробоя экранирует мишень от излучения лазера, препятствует ее испарению и снижает эффектность возбуждения спектральных линий анализируемого вещества. Это подтверждается совпадением численной оценки испаренной массы вещества к моменту возникновения оптического пробоя и массы вещества, определенной по размерам создаваемого на мишени за один импульс лазерного кратера.

Из соотношения (1) видно, что использование более высокочастотного (коротковолнового) лазерного излучения возможно позволит снизить влияние или устранить оптический пробой на мишени как негативный эффект прн проведении лазерного спектрального анализа. Для проверки этого предположения, на основании известных теоретических представлений, был произведен сравнительный анализ поглощения плазмой излучения с длиной волны 0.303 мкм (ХеС1-лазер) и 10.6 мкм (ССЬ-лазер). Результаты расчета показали, что излучение XeCI-лазсра поглощается существенно слабее плазмой, чем излучения СОг-лазера в широком диапазоне концентраций. Дггя проверки этой теоретической предпосылки был создан экспериментальный образец лазерного эмиссионного - анализатора, использующий для возбуждения плазмы излучение XeCI-лазсра с длительность импульса 4-Ю'8 с, длиной волны 0.308 мкм и плотностью мощности 5-10® Вт/смг. В результате, были получены спектральные характеристики лазерной плазмы, возбуждаемой таким излучением на твердотельных мишенях. Анализ этих данных показал, что распределение Больцмана описывает состояние плазмы, а ее температура соответствует типичным значениям для случая высоковольтной конденсированной электрической искры (рис. 2). Тахим образом, использование такого лазерного излучения исключает возникновение оптического пробоя и, следовательно, появление в спектре излучения лазерной плазмы линий атмосферных газов и непрерывной спектральной компоненты. Сравнение спектрограмм лазерной плазмы, возбуждаемой СО: и ХеС1 лазерами на титановой

мишени, подтверждает сказанное выше (рис. 3). Таким образом, установлено, что использование лазерного излучения с указанными параметрами устраняет основной недостаток лазерного эмиссионного метода анализа элементного состава вещества, а характеристики лазерной плазмы позволяют использовать модель высоковольтной конденсированной искры для количественного спектрального анализа.

В конце главы, на основании анализа полученных данных, сделан вывод о том, что использование для возбуждения УФ лазерного излучения наносекундной длительности с плотностью мощности ~ Ю8 Вт/см2 расширяет возможности эмиссионного анализа конденсированного элементного состава вещества и устраняет основные недостатки существующих методов.

В третьей главе описывается экспериментальная' аппаратура и приводятся результаты реализации анализа конденсированного вещества с использованием для возБуад«!!^ .дюминесце1щии сильноточных импульсных электронных пучков наносекундной длительности (энергия электронов ~|00кэВ, плотность мощности возбуждения -10» Вг/см2).

С Первой разделе данной I лавы на примере кристаллов иттрий -аздмшжезрго граната (ИДГ) с примесью кобадьт» изучалась энергетическая структура дринесных центров, эффективно поглощающих люминесценцию. В видимой спектра обнаружено большое количество новых спектральных

полос в линий- Они были идентифицированы с излучательными переходами ионов Со*, нахорщ>«01 в октаэдрич^их и тетраэдрических позициях. На основании анализа по^уадяных данных ИКЛ этих кристаллов с привлечением общих диаграмм Тинабе - Сугано был» построение схемы энергетических уровней Со2* (рис. 4,5) н определена основная причина высокой поглощательной способности такой примеси в НАГ, Последнее определяется тем, что Со2* в ИАГ образует примесные центры одновременно в двух координационных положениях -тетр^дрическом н октаэдрическом. Поэтому полоса люминесценции, определяемая переходом в октаэдрической позиции, перекрывается с полосой

люминесценции, определяемой переходом 2Р2(2С)->4А2(4Г) в тетраэдрической позиции. Т«сим образом; установлено, что поглощение центрами одной координации излучения центров другой координации, сопровождающееся

диссипацией энергии в безызлучательных процессах, определяет высокую поглощательную способность примеси кобальта в ИАГ.

Во втором разделе на примере магнезита - сырья для производства огнеупоров, исследовалась возможность проведения количественного люминесцентного анализа с использованием для возбуждения СИЭГ7 с целью создания экспресс -методики контроля добываемого минерального сырья. Для этого изучалась возможность определения в исходном минеральном сырье кальцита - компоненты ухудшающей качество огнеупоров, на основе разложения исходного контура спектральной полосы ИКЛ на два гауссовских контура и в предположении о малом вкладе процессов передачи возбуждения от примесных центров, образованных Мп* в двух компонентах - кальците и магнезите. Полученные результаты разложения исходных спектральных данных показали (рис. 6), что полоса ИКЛ исходного минерального сырья определяется в первом приближении суммой двух полос ИКЛ чистых минералов кальцита и магнезита. На основании этого была получена и экспериментально обоснована новая простая методика прикладного количественного ИКЛ-анализа состава магнезита.

В третьем разделе на примере органических веществ ароматического ряда (бензол, толуол, спиртовые растворы нафталина и антрацена) исследуется возможность использования СИЭП для молекулярного анализа вещества в жидкой фазе. Анализ полученных спектров показал, что при комнатной температуре в ИКЛ проявляются верхние возбужденные состояния, нцблюдувцшеся ранее в спектрах поглощения или предсказанные только теоретически, в частности, третей триплетный уровень нафталина, обнаружена колебательная структура спектров этих органических молекул. На примере толуола, показана чувствительность ИКЛ - метода к слабым возмущениям энергетической структуры кольца бензола. На основании этого доказано соответствие данных, получаемых с помощью ИКЛ, известным экспериментальным и теоретическим данным об энергетической структуре этих веществ (рис. 7).

Таким образом, показаны новые возможность и преимущества молекулярного спектрального эмиссионного анализа органических веществ в жидком фазовом Состоянии при возбуждении наносекунднымн пучками электронов с плотностью мощности ~ 10" Вт/см* и энергией электронов ~ 100 кэВ. .

Основные результаты и выводы

1. Теоретически и, в основном, экспериментально показано, что для эмиссионного анализа элементного состава вещества следует использовать импульсное лазерное излучение ближнего УФ диапазона при плотности мощности - I О8 Вт/см2 и длительности - Ю-8 с. Такой выбор параметров обеспечивает при проведении анализа в естественной атмосфере отсутствие в спектре излучения лазерной плазмы линий и полос компонент атмосферы и непрерывной спектральной компоненты.

2. Показано, что модель плазмы, возбуждаемой излучением ЛеС7-лазера с длиной волны - 0.308 мкм, плотностью мощности излучения - 5-108 Вт/см2 и длительностью импульса - 4- Ю-8 с, соответствует модели плазмы высоковольтной электрической искры, что обеспечивает проведение количественного элементного эмиссионного лазерного анализа с использованием модели такой плазмы.

3. Создан относительно простой экспериментальный образец лазерного анализатора на осисше ХеС!-лазера, существенно ускоряющий и упрощающий определение элементного состава конденсированного вещества.

4. На примере примесных центров, образованных ионами кобальта в ИАГ подтверждены преимущества использования наносекундных электронных пучков с энергией электронов ~ 100 кэВ, обеспечивающих уровень плотности мощности возбуждения ~ 108 Вт/см2, для изучения примесных центров, эффективно поглощающих люминесценцию. Определена энергетическая структура этих центров и выяснена причина их высокой поглощающей способности.

5. Обоснована и реализована методика количественного ИКЛ-анализа структурного состава твердого тела, которая может быть использована для создания экспресс- анализатора состава минерального сырья, в частности, магнезита.

6. На примере ароматических углеводородов экспериментально доказана принципиальная возможность и показаны преимущества использования

СИЭП для молекулярного эмиссионного спектрального анализа вещества в жидкой фазе при нормальных условиях.

Таким образом, показаны новые возможности эмиссионного анализа дзя определения элементного, молекулярного и структурного со стаза конденсированного вещества, возбуждаемого лазерными и электронными пучзнми наносекундной длительности с плотностью мощности ~ 10» Вт/см2.

л н о

0

1 ш

0

1

аз н

X 5:

600 550 500 450

400

\,нм 350

о о

X

са

О X

£ X

5

350 $25

Л*_*

1 I "■111 ■ 1 ■

300 Ким 275

Рис.1. Интегральные по времени спектры излучения лазерной плазмы з диапазоне 600-325 (а) и 350-270 нм (б). 1 графит. 2 алюминий.

131211 -109 8

1од(1 ХЗ/дО

•в

□

□

о --о □

□йт®В □ сГ

□

□

□

15

20

т~ 25

1

30

35

40

45

Е 103,

и

Рис. 2. Расчет температуры плазмы. Титан, Тс= 13000 ± 1100 К ,

где g - статистический вес возбужденного состояния,/- сила осциллятора для эмиссионной линии, Я - длина волны спектральной линии, Е„ -энергия верхнего возбужденного состояния излучательного перехода, I - интенсивность спектральной линии.

450

400

375

350 X. нм

Рис. 3. Спектрограммы излучения плазмы.Титан. I СО:-л;нер. 2.ХеП-;г'

СО2+:ЗС1648 С/В=4.65

Е/В 70 4

ь20

-1

Е 103, см

Зона

проводимости

-:- 63.47

46.57 гА2(2Р)

2 А/В

МБГлГГ о ^,(1=)

25,23)

25.19РД2(гО)

24.931

габб^Св)

?0.132Р2(гС)

Й1кгр)

7,47 4Е(4Р)

\ ЙЕ Валентная зона

Рис.4. Общая диаграмма Танабе-Сугано (а) и схема энергетических уровней Со% ок^аздрическаи позиции и МАГ (6)

Е 103, см

-1 Зона 59.04 проводимости

а

Со2+:Зс1648 С/Б=4.65

2 А/В

35.60 2А2(2Р)

?2 99}

22.94^ л '

19.05ЬД /г,-»» 8.94/ е)

|®}2Е(20)

■ 6.62 ^(Т) 4.20 4Р2(4Р)

О 4А(Г) 6Е

Валентная зона

Рвс.5.0бща* диаграмма Танабе-Сугано (а) и схема энергетических уровней Со14 в тетраэдрической позиции в ИАГ (б)

Рис. 6. Отношение интенснвностей полос ЙКЛ компонент

магнезита и кальцита в зависимости от отношения содержания магнезита и кальцита в пробе (по данным хим.анализа). Метки -№ проб. На врезке рисунка представлен пример разложения: I результирующий спектр, 2 полоса магнеЗита. 3 полоса кальцита (V - волновое число).

Рис.7. ИКЛ спектры спиртового раствора антрацена (а). Данные работы [7] (б), А - полоса фосфоресценции, В - спектр поглощения &-+Т|, Б - полоса флюоресценции, Е - спектр поглощения Бо—^Б) (у - волновое число).

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Павлов П.А., Никитин Е.Д., ЛипчакА.И./Динамика деформации поверхности сильно перегретой жидкости реакцией отдачи пара // Рукопись деп. ВИНИТИ 14.11.1988 №8078-В86

2. Липчак А.И., Осипов В.В., Соломонов В.И. /Механизм оптического пробоя воздуха при воздействии излучения СОг-лазера на мишень // Тезисы VII Конференции по физике газового разряда, Самара, 1994, с. 159.

3. Спектрально-временные характеристики лазерной плазмы/ Липчак А.И., Соломонов В.И. Тельнов В.А. и др. II Квантовая электроника, 1995, т. 22, № 4, с. 367-337.

4. A Spectral-Luminescent Technique for Gemmology / Solomonov V.l., Mikhailov S.G., Osipov V.V. et. al.// J. Gemmology, 1996, v.25, N 4, p.297-300 •

5. Visualisation of High-Current E-beams on Solid Surfaces / Solomonov V.l., Mikhailov S.G., Osipov V.V. et. al.// Proceedings of 1 1-th International Conference on High Power Particle Beams. Czech Republic, Prague, 1996, p. 1076-1079

6. Анализ минералов, горных пород и руд путем исследования их импульсной катодолюминесценции. /Бахтерев В.В., Михайлов С.Г., Соломонов В.И. и др. //Рук. деп. ВИНИТИ 8.01.97 № 19-В98

7. Липчак А.И., Михайлов С.Г., Соломонов В.И. / Визуализация сильноточных импульсных электронных пучков IIПТЭ, 1997, Na 2, с. 78-80.

8. Соломонов В.И., Михайлов С.Г., Липчак А.И. I Импульсный УФ-излучатель II Полож. решение о выдаче патента на изобретение от 17.06.97, Заявка №97100060/25(000015).

9. О возможности импульсной катодолюминесценции для оценки качества добываемого магнезитового сырья. / Бахтерев В.В., Михайлов С.Г., Соломонов В.И.Ъ др. // Огнеупоры и техническая керамика, 1997, № 7, с.28-31

10. Люминесценция монокристаллов ZnSe-Mn при комнатной температуре. / Липчак А.И., Михайлов С.Г., Соломонов В.И. и др.

// Оптика и спектроскопия, 1997, т. 83, №6, с. 927-932.

11. Центры свечения и поглощения в нитриде бора и алюминия. /Лопатин В.В., Конусов Ф.В., Соломонов В.И. и др. // В сб. тезисов и докл. I Всероссийского

симпозиума по твердотельным детекторам ионизирующих излучения ТТД-97 (28 ноября - 2декабря 1997, Екатеринбург, Россия), с. 121.

12. Application of Pulsed Cathodoluminescence to molecular analysis of.organics. / Vershinin Yu.N., Lipchak A.i., Solomonov V.I. et. al. // Program and Abstracts of. International Memorial I. Postovsky Conference. Ekaterinburg, Russia, March 17e. 20,1998, p. 162.

13. Lipchak A.I. / Study of Speciation in Biological Systems Containing Macromolecular Ligands: Application of New Chemometric Methods. INTAS Session Lecture.// Program and Abstracts of International Memorial I. Postovsky Conference. Ekaterinburg, Russia, March 17-20,1998, p. 20.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Менке Г., Менке Л. / Введение в лазерный эмиссионный микроспектральный анализ. // М., Мир, 1968, 225 с.

2. Спектры и кинетика импульсной катодолюминесценции Y2SiO5-Tb.Ce. / Шульгин Б.В., Кулесский А.Р., Коровкин A.M. и др. У/ Оптика и спектроскопия, 1990, Т.68, №4, с. 841-843.

3. Кинетика люминесценции вольфрамата кальция. / Викторов Л.В., Веселова Н.А., Ершов В.А. и др. // ЖПС, 1982,Т.37,№3,с. 391-396.

4. Месяц Г.А., Соломонов В.И., Михайлов С.Г. и др. О возможности уточнения структуры в твердых телах. ДАН, 1994, т. 339, № 6, с. 757-760.

5. Соломонов В.И., МихайловС.Г.,Дейкун A.M./Импульсная катодолюминесценция алмазов. // Оптика и спектроскопия, 1996, т. 80, № з, с. 447-458.

6. Взаимодействие лазерного излучения с металлами. / Прохоров A.M., Конов В.И., Урсу И. и др. // М„ Наука, 1988,537 с.

7. Мак-Глин С„ Адзуми Т., Киносита М. / Молекулярная спектроскопия триплетного состояния.// М„ Мир, 1972,449 с.