6. Fest

1
6. Festéklézerek
Folyadék-lézerek elonyei Az aktív közeg homogén
- szemben a szilárd lézerrel Könnyebb
huteni Nagyobb az aktív anyag surusége, mint
gázlézerekben
Leggyakrabban fluoreszkáló szerves színezékeket
használnak aktív anyagként
2
Rodamin B
3
A festéklézerek hangolhatók (azaz a lézerfény
hullámhossza folytonosan változtatható).
Ok a lézerátmenet alsó szintje széles (a rezgési
és belso forgási energianívók összeolvadnak).
4
Jablonski-diagram
5
Egyszerusített Jablonski-diagram
S2
T2
S1
T1
S0
6
Hullámhossz /
Å
7000
6000
5000
1.0
o
80,000
)
a
s
z
á
v
e
l
t
y
i
á
z
n
e
I
m
0.8
n
é
F
r
t
s
e
1

60,000
o
t
-
s
n
m
n
ó
i


i
c
a

a
c
0.6
r
i
p
1
c
m
l
-
r
n
o
o
u
40,000
e
z
m
m
c
s

i
l
z
b
0.4

x
/
s

a
a
e
e

s
r
m
i
o
r
20,000
v
u
á
á
0.2
l
l
F
S
o
(
M
0
0
14,000
16,000
18,000
20,000
22,000
-1
Hullámszám / cm
Rodamin-B abszorpciós és emissziós
szinképe metanolos oldatban
7
Impulzuslézer - folytonos lézer
Az S1 állapot élettartama 10 ns, ezért intenzív
pumpálás kell.
Pumpálás villanólámpa impulzuslézer
folytonos lézer
8
Átfolyó küvettás festéklézer
9
(No Transcript)
10
Gyurulézer (ring laser)
11
(No Transcript)
12
Felhasználás ahol hangolható fényforrás kell.
Spektroszkópia Fotokémia Gyógyászat Izotóp
elválasztás
13
7. A lézersugár tulajdonságai és modulációja
7.1. Vonalszélesség 7.2. Polarizáció 7.3. A
lézersugár fényessége, intenzitása 7.4.
Q-kapcsolás 7.5. Móduscsatolás 7.6.
Frekvencia-kettozés 7.7. Parametrikus oszcilláció
14
7.1. Vonalszélesség
A klasszikus optikai spektroszkópiában
polikromatikus fényforrás van monokromátor
határozza meg a felbontást.
A Fourier-transzformációs spektroszkópiában a
max. opt. útkülönbség határozza meg a
felbontást.
A lézer-spektroszkópiában a lézer
vonalszélessége határozza meg a
felbontást.
15
L ml/2
l 2L / m c/n
Axiális módusok távolsága c/2L
16
Pl. He-Ne lézer l 632,8 nm, ha L 15 cm
17
A sáv alakját és szélességét 3 tényezo határozza
meg
1. Ütközési kiszélesedés2. Doppler-kiszélesedés3
. Heisenberg-féle határozatlansági reláció
18
1. Ütközési kiszélesedés (nyomás-kiszélesedés)
A molekulák közötti ütközés során perturbálódik
az elektron-felhoje, ami az energiaszintek
kismértéku eltolódásához vezet.
A sáv alakját Lorentz-görbe írja le.
Félérték-szélessége arányos a nyomással.
tc az ütközések közötti átlagos ido (a közepes
szabad úthossz és az átlagsebesség hányadosa)
19
2. Doppler kiszélesedés
A frekvencia függ a kibocsájtó és az észlelo
egymáshoz viszonyított sebességétol.
A sáv alakját Gauss-görbe írja le
20
3. Heisenberg-féle határozatlansági reláció
Álló helyzetu és a környezetével nem kölcsönható
atom vagy molekula által kibocsájtott fény
sávszélessége természetes sávszélesség.
21
Hasonló összefüggés írható fel az energiára és az
idore
Ha a gerjesztett állapot élettartama véges, az
energiája nem adható meg pontosan.
Természetes sávkiszélesedésnek hívjuk
(Fourier-limit). A sáv alakját Lorentz-görbe írja
le.
22
1cm-1 ? 30 GHz
23
7.2. Polarizáció
A lézerek fénye általában polarizált.
Ok a rezonátorban van olyan elem, (pl. ablak)
amelynek a reflexiója eltéro a kétféle
(függoleges és vízszintes ) polrizációs síkú
fényre nézve.
Nézzük meg nem-polarizált beeso fény szétválását
dielektrikum határfelületén.
Ep a beesési síkba eso komponens Es a beesési
síkra meroleges komponenns
24
A beeso fény a saját rezgési síkjában indukál
dipólusokat, tehát a síkra meroleges komponens
(Es) megorzi polarizációs irányát.
25
Az Ep komponens a megtört sugár irányára
meroleges dipólusokat indukál. Ebbol a visszavert
sugárrba relatíve kisebb hányad kerül, mint
Es-bol, mivel kicsi a terjedési irányra meroleges
hozzájárulás.
26
Speciális eset, ha a visszavert és megtört sugár
egymásra meroleges. Ekkor a visszavert sugárnak
nem marad Ep komponense. A visszavert sugár
teljesen polarizált.
Ha csak Ep komponense van a beeso fénynek, akkor
a visszavert sugár intenzitása 0, azaz nincs
reflexió
Brewster-szög
27
Ilyenkor a lézerfény a papír síkjában polarizált.
28
A Brewster-szög kiszámítása
Snellius-Descartes törvény
b 900-a
sinb cosa
29
7.3. A lézersugár fényessége, intenzitása
Fényességegységnyi felületen és egységnyi
térszögben kisugárzott teljesítmény W/(m2sterad)
Gömbfelület 4R2p Körfelületr2p R2psin2a
Kis szögek eseténTérszög (körfelület/
gömbfelület)4p (sin2a)p
30
Példa He-Ne lézer, teljesítmény 3 mW ,
divergencia-szög 310-3 fok nyalábsugár
0,3 mm 310-4 m
A nap fényessége 1,3106 W/(m2sr)
31
Intenzitás-eloszlás Ha a lézer TEM00
transzverzális módusban muködik, akkor a
keresztmetszet mentén a fókuszált lézernyaláb
intenzitás-eloszlása Gauss-függvénnyel írható le
32
(No Transcript)
33
8. Abszorpciós lézerspektroszkópia
Érdemes-e lézereket használni fényforrásnak?
Kereskedelmi készülékekben nem lézer a fényforrás
(kivéve Raman).
34
Kétsugaras UV/látható spektrométer
35
Lézeres abszorpció-mérés
Nem alkalmazzák gyakran, mert a hagyományos
módszerek érzékenyebbek. (A lézerek zajosak)
36
Nagyfelbontású spektroszkópia (lásd késobbi).
Kis koncentrációk mérése (a lézersugár
kollimált-ságát használjuk ki).
a)Többszörös reflexiójú mérocella
37
b) Hosszú kapilláris
38
Speciális technikák
5.1. Differenciális abszorpció
5.2. Rezonátoron belüli abszorpció
39
8.1. Differenciális abszorpció
Két esetben a hagyományos abszorpciós
spektroszkópiát nem tudjuk eredményesen
alkalmazni.
a) Túl kicsi koncentráció b) Nem tudjuk a mintát
egy küvettába csalogatni. Pl. légkör
szennyezoit akarjuk mérni.
40
Két egymáshoz nagyon közeli frekvenciájú
lézerfényt használunk. Az egyiken elnyel, a
másikon átereszt az anyag.
Rayleigh szórás stb. közel azonos a két
fénysugárra.
Jól használható az atmoszféra összetevoinek
mérésében ózon, CO2, CO, OH, SO2, CH4, stb.
LIDAR LIght Detection And Ranging
41
Megfelelo ?-jú lézer impulzust az ég felé
kilövünk. Egy része visszaszóródik. (Mie-szórás
pl. vízcseppeken, Rayleigh-szórás molekulákon).
Ugyanakkor részben elnyelodik, ha a hullámhossza
megegyezik a vizsgált molekula elnyelési
hullám-hosszával.
10 ns-os impulzusokkal 3 m-es térbeli felbontás
érheto el.
42
LIDAR
43
Kapunyitás
A két jel különbségébol az R és R?R közötti
elnyelésre következtethetünk.
Légszennyezési térképet lehet készíteni pl. NO2
ppm tartományban 5 km magasságig.
44
8.2. Rezonátoron belüli abszorpció
Intracavity absorption
Minta a rezonátor belsejében - megno az
érzékenység.
Négy tényezo okozhat érz. növekedést
45
a) A lézer-rezonátorban sokkal nagyobb a
fényintenzitás, mint azon kívül.
Pl. kilépo tükör R 98 végtükör R
100
50-szeres fényintenzitás a rezonátorban -
50-szerannyi foton nyelodik el.(egy foton
átlagosan 50-szer megy végig a rezonátoron)
46
b) A lézer-küszöb közelében extra érz.-növekedés.
47
c) Módusok versengése.
48
d) Gyuru-lézerben kétirányú oszcilláció.
Ha az egyik irányban kicsit megno a veszteség,
nagyon lecsökken a telj.
49
Hänsch és mtsai (1972)
105-szeres érz. növekedést értek el.
108 molekula/cm3 ?
50
9. Lézerindukált fluoreszcencia
9.1. Készüléktípusok9.2. Az érzékenység
becslése9.3. Felhasználás
51
9.1 Készüléktípusok
a)
folytonos
minta
lézer
fényszag-
gató
monokro-
regiszt-
mátor
ráló
PMT
lock-in
52
b) Fotonszámlálás
53
c) Impulzuslézer
54
9.2. Az érzékenység becslése
Becsüljük meg az elérheto érzékenységet
lézer-gerj. fl. esetén.
na mp-enként abszorbeált fotonok száma ?x
úthosszon (1/s). ?ik abszorpciós
hatáskeresztmetszet (m2) NI molekulasuruség
(1/m3)nL az idoegység alatt belépo lézerfotonok
száma
55
A másodpercenként emittált fl. fotonok száma
?K fl. kvantumhatásfoka
kR sugárzásos átmenet sebességi állandója
kNR sugárzásmentes átmenetek sebesség állandója
(IC, ISC)
Egységnyi fl. kv.hatásfok ha az emittált fotonok
száma megegyezik az abszorbeált fotonokéval.
56
Sajnos nem minden emittált fotont tudunk
össze-gyujteni. ? sztérikus tényezovel vesszük
figyelembe. Max. 0,1 körüli érték.
Fotokatód kv. hatásfoka ?ph fotonok hányad része
produkál fotoelektronokat. Tipikus érték 0,2.
A fotoelektronok mp-enkénti száma
57
Fotonszámlálás hutött PMT-vel nPE100 (beütés/s)
esetén 1 s idoállandóval S/N 8-at érhetünk el.
(ennyi abszorbeált foton mérheto kvantitatíve)
na 5103 1/s
58
Pl. 1W-os lézertelj. ? 500 nm-en nL 31018
fotont sugároz ki másodpercenként.
Tehát 10-14 alatti relatív abszorpciót lehet
mérni. Ha közvetlenül az abszorpciót mérjük,
akkor 10-8-os relatív absz. jelenti az elvi
limitet.
59
Fairbanks és mtsai 1975-ben 102 - 1011 1/cm3
tartományban tudták mérni Na2 molekulák
koncentrációját lézerindukált fluoreszcenciával. (
Hangolható festéklézer l 604 nm környezetében.)
Detekt. limitszórt fény
Single molecule detectionSingle molecule
spectroscopy
60
9.3. Felhasználás
Analitikai alkalmazás kis konc. Szerkezetkutatásb
an spektrum asszignáció.
Keskeny sávú gerjesztés. Megnöveljük egy
kiválasztott gerjesztett szint populációját.Igy
sokkal egyszerubb spektrumok.
Nagy lézerintenzitással nagymértékben
betölthetünk egy egy gerjesztett állapotot.Olyan
átmenetek is megfigyelhetok, amelyek különben
nagyon gyengék.
61
Molekuláris paraméterek meghatározása Átmeneti
valószínuségek meghatározása
Molekuláris állapotok eloszlásának meghatározása
(ha eltér az egyensúlyitól)
Pl. kémiai reakcióban A B C ? AC B NAC (v ,
J) meghatározása hasznos információ a reakció
mechanizmusára.
62
10. Idofelbontásos lézerspektroszkópia
Három csoport10.1. Impulzus módszer egy
fényimpulzus gerjeszti a mintát, és a
fluoreszcencia lecsengését vizsgáljuk az idoben.
10.2. Fázismodulációs módszer szinuszos
intenzitá-s modulációt alkalmazunk, és a szintén
szinuszos intenzitás eloszlású fluoreszcencia
fázis-eltolódását vizsgáljuk.
10.3. Pumpa-próba módszer külön tárgyaljuk
(tulajdonképpen az impulzusos módszerhez
tartozik).A pikoszekundumos és femtoszekundumos
idotartományban
63
10.1. Impulzus módszer
Ha egy fluorofort rövid fényimpulzussal
besugározunk, bizonyos számú molekula gerjesztett
állapotba kerül.
A gerj. molekulák visszakerülnek az
alapállapotba. Ált. 1. rendu kinetika
N(t) gerj. fluoroforok száma a besug. után t
idovel
kR sugárzásos átmenet seb. állandója
kNR sugárzásmentes átmenet seb. állandója
64
Integrálva
Exponenciális lecsengés
A fluoreszcencia-intenzitás arányos N-nel.
65
Fluoreszcencia-intenzitás az ido függvényébena)
Az impulzus rövid a lecseng. idoáll.-hoz képest
66
(No Transcript)
67
b) Az impulzus hossza összemérheto a lecseng.
idoáll.-val
Négyszög-impulzus (folyt. lézerbol
fényszaggatóval)
68
Viszonylag hosszú idoállandók (ms)
meghatáro-zására alkalmas foszforeszcencia
ritka földfémek emissziója
Folytonos lézer fényszaggató
vagy elektrooptikai modulátor vagy
akusztooptikai modulátor
69
Berendezés
70
A boxcar mellett más mintavételezési
technikákPl. a mintát forgó hengerbe tesszük,
amelyen rések vannak
71
Másik lehetoség fix poziciójú detektor, a forgás
frekvenciáját változtatjuk.
Az idofelbontást a mech. mozgás sebessége
határozza meg.
Elsosorban foszforeszcencia ritka földfémek
emissziója
72
Idokorrelációs egyfoton-számlálásTime
correlated single photon counting
A fényforrás impulzuslézer
Az impulzus egy részét fényosztóval
kicsatoljuk.Fotodetektorra kerül, ez adja az
indítóimpulzust(A lézerimpulzus másik része a
mintára kerül)
Az indítóimpulzus az ido-amplitúdó átalakítón
elindít egy feszültség-növekedést.
73
Ido-amplitúdó átalakító
74
A mintából eredo lumineszcencia PMT-re kerül
Úgy állítjuk be a gerj. fény intenzitását, hogy
egyetlen foton váltson ki áramot a fotokatódon.
Amikor a PMT-bol származó impulzus eléri az
ido-amplitúdó átalakítót, megáll U növekedése.
A kialakult jel arányos az eltelt idovel (a
fluoreszc. idokésésével).
Nagyon sok impulzust átlagolunk.Többcsatornás
impulzus-analizátorral dolgozzuk fel.
75
Idokorrelációs egyfoton-számlálás
76
gyakoriság
csatornaszám (ido)
77
A fluoreszc. élettartama ált. összemérheto a
lézerimp. hosszával ? Dekonvolúció
78
(No Transcript)
79
10.2. Fázismodulációs módszer
Folytonos lézer amplitúdóját színuszosan
moduláljuk.
F
Int.
t
fluoreszcencia
wt tg F
80
Fázismodulációs mérorendszer
81
10.3. Pumpa-próba módszer
Elsosorban impulzuslézerrel.
A mintára intenzív impulzust bocsátunk
(pumpaimp.).Molekulák egy része gerj. állapotba
kerül.
A késobb érkezo próbaimpulzus észleli a
változást.
Idokésleltetés optikai úthossz megnövlésével.
A fény 1 ns alatt 30 cm-t 1 ps alatt
0,3 mm-t tesz meg.
82
Pumpa-próba mérés egy lézerrel
83
Próbanyaláb intenzitása
Dt
84
Pumpa-próba mérés két lézerrel
85
Níluskék metanolos oldatának tranziens
abszorpciója pumpa-próba módszerrel mérve (lpumpa
586 nm)
86
Níluskék tranziens absz. lecsengése vizes
oldatban pumpa-próba módszerrel mérve (lpumpa
586 nm, lpróba 647 nm)
87
11. Lézer-Raman spektroszkópia
A Raman-effektus már a lézerek felfedezése elott
ismert volt.
1922 Brillouin Fény és hanghullámok kölcsönhatása
1923 Smekal Raman-szórás elmélete
1928 Raman Kísérleti igazolás
88
TARTALOM
11.1. Hagyományos Raman-spektroszkópia 11.2.
Rezonancia-Raman effektus 11.3. Felületerosített
Raman-szórás 11.4. Hiper Raman-effektus 11.5.
Stimulált Raman-effektus 11.6. Raman erosítési
spektroszkópia 11.7. Koherens anti-Stokes
Raman-spektroszkópia 11.8. Spektrumok
89
11.1 Hagyományos Raman-spektroszkópia
A Raman-spektrum az IR és mikrohull. spektrum
kiegészítoje.
Foleg rezgési és forgási spektrumok mérésére
90
A lézerek elott a R-spektroszkópia fejlodését
gátolta, hogy nem volt intenzív monokromatikus
fényforrás.
Foleg higanygozlámpát használtak (a 254 nm-es
vonalát).
A lézerek elterjedése - minoségi ugrás
91
R-szórás a foton rugalmatlan ütközése a
molekulával.
Stokes
Anti-Stokes
92
Készülék lásd fluoreszcencia-spektroszkópia.
Monokromátor két rács (nagyobb felbontás kell)
Fourier-transzformációs Raman monokromátor
helyett interferométer
93
Raman és infra összehasonlítása
Raman elonyeiVizes oldatokOptika üvegbolKisebb
minta (fókuszálás)Detektor gyorsabbRaman-spektru
m egyszerubbSzimm. rezgések R-aktívakPolarizáció
s mérésekIntenzitás arányos konc.-val
Raman hátrányaiDrágábbR-spektrum
készülékfüggobbInfra érzékenyebbFluoreszcencia
zavaró hatásaInfra több információt ad
94
Speciális Raman-módszerek
11.2. Rezonancia-Raman effektus
Ha a Raman-átmenet felso szintje nem virtuális,
hanem valóságos, akkor a Raman-intenzitás megno.
Ha a minta fluoreszkál, nehéz detektálni a
Raman-jelet.
95
11.3. Felületerosített Raman-szórás
(Surface Enhanced Raman Scattering - SERS)
Érdes felületen adszorbeált molekulák
Raman-intenzitása nagyságrendekkel nohet..
Eloször Ag felületén adszorbeált piridinen
észlelték 1974-ben.
6 nagyságrend érz. növekedés is elérheto.
Akkor lép fel, ha a mintára lépo foton energiája
megegyezik egy, a fémben lévo vezetési
elektronenergia-átmenetével.
96
11.4. Hiper Raman-effektus két foton egyideju
rugalmatlan ütközése
DE 2hnL -hnS
Stokes
anti-Stokes
97
Frekvencia-kettozés hiper-Rayleigh szórás
A hiper Raman-effektus nehezen észlelheto - nagy
lézer-intenzitás kell.
Mások a kivál. szabályok, mint a normál Ramanban.
Olyan átmenetek is tanulmányozhatók, amelyek
infra- és Raman-inaktívak.
98
11.5. Stimulált Raman-effektus
99
Véletlenül fedezték fel.Woodbury és Ng
Rubinlézer Q-kapcsolását tanulmányozták.
Nitrobenzolt tart. cellaKevesebb piros (694,3
nm) fény jött ki, mint várták.
766 nm-es koherens fényt találtak.A különbség
megfelel a nitrobenzol 1350 cm-1 rezg.
frekv.-jának.
100
Magyarázat a kezdetben spontán Raman-emisszióval
keletkezo Stokes-fotonok a sugárzás irányában
újabb Stokes-fotonokat váltanak ki.
101
A Stimulált Raman-effektuson alapul több
nem-lineáris Raman-spektroszkópiai módszer.
Önmagában nem terjedt el.Csak a legerosebb
Raman-átmenetek figyelhetok meg - versengés.
102
Erosíto nincs küszöb, a teljes spektrumot
mérhetjük
103
11.6. Raman erosítési spektroszkópiaStimulated
Raman gain nS-t mérjükInverz Raman nL-t mérjük
104
Elony nem kell monokromátor (az egyik lézert
hangoljuk).Felbontást a lézerek sávszélessége
határozza meg.
Inverz Raman a nagyobb frekv. fényt detektáljuk
- fluoreszcencia zavarásának
kiküszöbölése
Felhasználás nagyfelbontású Raman
spektroszkópia
105
11.7. Koherens anti-Stokes Raman-spektroszkópiaC
oherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy
CARS
Négy foton vesz részt a folyamatbanKettot
elnyel, kettot kibocsát a molekulaVisszajut a
kiind. energiaállapotba.
106
CARS alapkísérlet
Imp.lézer
nAS
folyadék
nL
nL
nL, nS
107
Nómenklatúra
nL ? n1
nS ? n2
nAS ? n3
108
Termdiagram
n
n


L
AS
n
n


L
2
nS
n
n
n



1
1
3
b
a
Energia-megmaradás 2n1 n2 n3
109
IndexillesztésKondenzált fázisban a
törésmutatók különböznek (l függvényében)
Ha kollineáris sugarakat használunk, a jel nagyon
gyenge.
Impulzus-megmaradás törvényének is teljesülnie
kell. Hullámvektor
110
(No Transcript)
111
A lézersugarakat a mintára fókuszáljuk
112
Berendezés vázlata
113
Spontán Raman és CARS összehasonlítása
Spontán Raman
CARS
106-108 foton kell egy szórt foton eloállításához
102-103 foton elég
Inkoherens, csak egy részét gyujtjük össze
Koherens, 90 -os hatás-fokkal összegyujtheto
Felbontást a mono-kromátor limitálja
Felbontást a lézerek sáv-szélessége limitálja
Jel I12I2c2
Jel ILc
114
11.8. Spektrumok
A kloroform Raman(a) és IR (b) spektruma
115
C60 FT-Raman spektruma
116
Kétatomos molekula rotációs energianívói
A spektroszkópiában gyakran cm-1-ben fejezik ki
az energia-külöbségeket
Itt a fénysebességet cm/s-ban kell
behelyettesíteni.
B rotációs konstans
117
J eJ0 01 2B2 6B3 12B4 20B
Kiválasztási szabályok DJ 0, ? 2
118
Kétatomos molekula rotációs energia-nívói és a
Raman-átmenetek
119
Kétatomos molekula Raman-spektruma
120
O2 tiszta rotációs inverz Raman-spektruma
121
O2 rezgési-forgási Q-ágának nagyfelbontású
Raman-erosítési spektruma
122
SF6 rezgési-forgási Q-ágának nagyfelbontású
Raman-erosítési spektruma
123
12. Fototermikus módszerek
12.1. Fotoakusztikus spektroszkópia
A fényabsz. okozta hohatás közvetett
detektálálásán alapul.
Fényabsz a molekulák magasabb energ. áll.-ba
kerülnek.
1. Vagy kisugározzák fluoreszcencia foszfore
ncia
2. A rendszer term. energiája no, a minta
melegszik A melegedés nyomás-növekedéssel
jár.
124
Ha a lézer intenzitását hangfrekv.-val
moduláljuk, a periodikus nyomásváltozás
hanghullámokat eredményez.
Detektor érzékeny mikrofon piezoelektromos
érzékelo
Vizsgálhatók gázok folyadékok szilárd
minták
125
Folyadékokra is hasonló berendezés
126
Szilárd minták vizsgálata
127
Folytonos lézer lock-in (kapcs. erosíto)
Impulzuslézer boxcar integrátor)
Nagyon érzékeny módszer.
Gázok CH4, NO, NO2, SO2 0,1-10 ppb
128
a) U(IV) vizes oldatának abszorpciós
spektrumaKonc. 810-3 mol/l
b) U(IV) vizes oldatának fotoakusztikus spektruma
impulzus-festéklézerrel mérve.Konc. 810-3
mol/l Kimutatási határ 810-7 mol/l
129
Pu(IV), Pu(VI) vizes oldatának fotoakusztikus
spektruma impulzus-festéklézerrel mérve.Konc.
210-5 mol/l. Kimutatási határ 310-8 mol/l, ill.
710-8 mol/l.
130
Am(III) vizes oldatának fotoakusztikus spektruma
impulzus-festéklézerrel mérve. Konc. 1,610-5
mol/l. Kimutatási határ 210-8 mol/l
131
b) Ho(III) vizes oldatának fotoakusztikus
spekruma impulzus-festéklézerrel mérve. Konc.
1,310-5 mol/l. Homérséklet 90 oC.
132
Metán nagyfelbontású fotoakusztikus
spektrum-részleteA) 100 K-enB) 298 K-en
Egy rezgési felhang(3n1n3) rotációs szerkezete
133
12.2 .Termikus lencse spektroszkópia
Szintén a hohatás közvetett detektálálásán alapul.
Fényabsz.? melegedés ? törésmutató vált. ?
negatív (szóró) lencse alakul ki a mintában
Vizsgálhatók gázok folyadékok
Készülékek egy lézerrel két lézerrel.
134
Ha a lézer hullámhosszát egy abszorpciós sávra
hangoljuk, az elnyelt energia miatt kialakul a
termikus lencse.
135
No az érzékenység, ha két nyalábot használunkAz
egyik kialakítja a termikus lencsét -
pumpanyalábA másik lézer fényét detektáljuk -
próbanyaláb
A két nyaláb eredhet egy lézerbol vagy két
lézerbol.
136
Nagyobb érzékenység érheto el, mint abszorpciós
spektroszkópiával.
137
Nd(III) termikus lencse spektruma különbözo
homérsékleteken. Konc. 110-3 mol/l.
(PDS Photothermal Deflection Spectrum)
138
13. Nagyfelbontású spektrosz-kópia
Megfelelo méréstechnikát alkalmazva a készülék
spektrális felbontását a lézer sávszélessége
határozza meg.
A rezonátorban elhelyezett interferencia-szurok
segítségével egyetlen axiális módus Single
frequency
Impulzus-lézerek esetében az impulzus hossza
határozza meg az elérheto legkisebb
sávszélességet.
139
Gázok nagyfelbontású spektroszkópiája 1.
Doppler-kiszélesedés 2. Nyomás-kiszélesedés
(Ütközési kiszélesedés) 3. Természetes
vonalszélesség (gerj. áll. élettar-
tamával kapcsolatos
Nyomáskiszélesedés csökkentése kis nyomású gázt
vizsgálunk.
Azokkal a módszerekkel foglalkozunk, amelyek
elsosorban a Doppler-kiszélesedést
csökkentik.Sub-Doppler Spectroscopy
140
13.1. Telítési spektroszkópia
Tegyük fel, hogy egy gáz elnyelési sávjának
centruma n0.
Ekkor a gáz n0 (1? v/c) frekvencián nyel el.(v a
molekulák fénysugár irányába eso sebessége)
141
Bocsássunk a gázmintára intenzív, n0 frekvenciájú
lézerfényt (pumpanyaláb). Csak azok a molekulák
gerjesztodnek, amelyeknek az axiális seb.
komponense 0.
Ha elég intenzív a lézerfény, akkor a 0 sebességu
molekulák jelentos része (közel fele) gerj.
állapotba kerül. A minta átlátszóvá válik a n0
frekvenciájú fény számára. (Bleaching - fakulás)
142
Két azonos frekvenciájú, hangolható lézernyalábot
bocsátunk a mintára ellentétes irányban. A
kevésbé intenzívnek detektáljuk az elnyelését
(próbanyaláb).
143
Jelentosége A Doppler-kiszélesedés miatt
összeolvadó sávokat felbonthatunk
144
Készülék
A valóságban két közel párhuzamos, ellentétes
irányú nyalábot használunk.
145
13.2. Szuperszonikus molekulasugár-spektroszkópia
Supersonic jet spectroscopy
A Joule-Thomson effektust használjuk kiA gáz
fojtáson át kiterjedve lehul.
Szobahofokon elektrongerj. Alapállapot
rezgési alapállapot sok
rotációs nívó be van töltve
Az elektrongerjesztési spektrum bonyolult.
A transzlációs mozgás Doppler-
kiszélesedést okoz.
146
Megfelelo vivogázzal (pl. He) keverve, nagy
nyomásról fojtáson át kiterjesztve egy irányban
500 m/s sebességgel halad a gáz.
Effektív homérséklete néhány K.Nagyon
leegyszerusödik a spektrum.
147
a) NO2 fluoreszcencia-gerjesztési spektruma 300
K-en.Nyomás 0,04 torr
b) Tiszta NO2 spektruma szuperszonikus
molekulasugárban.
c) Ugyanaz argon-vivogázban (NO2 tartalom 5)
148
a) Cs2 fluoreszcencia-gerjesztési spektruma
gázcellában mérve
b) Cs2 fluoreszcencia-gerjesz-tési spektruma
szuperszonikus molekulasugárban mérve
Egy elektron-átmenet rezgési-forgási szerkezetét
látjuk. Egymódusú Ar-ion lézerrel vették fel 488
nm környezetében hangolva. (30 GHz megfelel 1
cm-1-nek.)