ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Предисловие к английскому изданию из "Аналитическая лазерная спектроскопия" Атомная н молекулярная спектроскопия — это одна из тех областей науки, на развитие которой огромное влияние оказали лазеры. Вот лишь несколько типичных примеров того переворота, который был совершен в этой области лазерными источниками излучения, давшими уникальный подход к решению ряда фундаментальных и прикладных проблем. Получена новая спектральная информация, которую трудно нли невозможно было получить методами классической спектроскопии благодаря устранению донлеровского уширения стала реальной спектроскопия атомов и молекул чрезвычайно высокого разрешения осуществлено селективное возбуждение и детектирование отдельных атомных и молекулярных состояний. [c.7] В последнее время появилось несколько превосходных книг и статей по лазерной спектроскопии. Однако в них рассматриваются главным образом вопросы применения лазеров в физике, и они имеют строго специализированный теоретический уровень. Данная книга посвящена аналитической лазерной спектроскопии. В связи с разнообразным применением лазеров в химии, биологии, технике и других родственных им областях науки в настоящее время число публикаций по этим вопросам резко возросло, и на сегодняшний день практически невозможно исчерпывающе охватить все состояние предмета. Хотя предлагаемая книга посвящена аналитической химии, мы не намеревались дать простой обзор хорошо укоренившихся методик. Очень часто, особенно в области лазерной снектросконин, аналитические возможности нового явления скрыты за его сложной физической природой наша книга поможет углубить понимание основ взаимодействия лазеров с атомами и молекулами. [c.7] Структура монографии отражает мою личную оценку того, какие разделы стоило отобрать для подробного изложения. Гл. I знакомит читателя с такими физическими свойствами лазеров, как коллимация, мощность, перестраиваемость и когерентность, которые делают их столь привлекательными для применения в спектроскопии. В ней также изложены общие теоретические основы лазерной спектроскопии, описаны основные типы лазеров и их рабочие характеристики. [c.7] При создании этой книги я пытался свести к минимуму повторы в изложении материала. Те из них, которые все же остались, принесут скорее пользу, чем вред. [c.8] Помимо знания основ физики, читателю не потребуется специальной подготовки, чтобы полностью уяснить себе каждый вопрос. Я надеюсь, что попытка собрать большинство аналитических применений лазерной сиектроскопии в одной книге заинтересует химиков-аналитиков и многих исследователей, работающих в области физических дисциплин, а также студентов и преподавателей. Кроме того, поскольку в ней изложены разнообразные применения лазеров, я думаю, что она будет полезна химикам, не работающим непосредственно в области аналитической химии. [c.8] Авторы отдельных глав монографии хорошо известны и активно работают в этой области все ее достоинства по праву принадлежат им. В связи с тем что работа над книгой началась в 1974 г., полнота цитируемой литературы несколько меняется от одной главы к другой, и я приношу извинения за неизбежно пропущенный материал. [c.8] В основе работы лазеров лежат три важнейших явления, происходящих при взаимодействии электромагнитной волны с веществом спонтанное испускание, вынужденное испускание и поглощение. [c.9] По достижении этого значения генерация начинает развиваться за счет спонтанного испускания, т. е. спонтанного испускания тех фотонов, направление распространения которых перпендикулярно плоскости зеркала. Такой генератор называют лазерным генератором или просто лазером. [c.13] Излучение лазера характеризуется следующими замечательными свойствами 1) направленностью, 2) монохроматичностью, 3) когерентностью и 4) яркостью. Рассмотрим теперь эти свойства подробно. [c.13] НОЙ И временной когерентности, конечно, совершенно не связаны друг с другом. Так, электромагнитная волна может иметь частичную временную когерентность, даже если она характеризуется полной пространственной когерентностью. Например, если волна, показанная на рис. 1.3, представляет электрическое поле, в любой точке волнового фронта она характеризуется полной пространственной когерентностью и только частичной временной когерентностью (в пределах промежутка времени то). [c.15] С уровня 3 иа уровень 2, Действительно, в этом случае происходит не только быстрое заселение уровня 2, но и практически полное опустошение уровня 3, что исключает возникновение вынужденного испускания, которое могло бы конкурировать с процессом возбуждения. [c.16] Постоянная Wh, называемая скоростью накачки , зависит от среды и системы накачки N осн — населенность основного состояния. [c.17] Спектральная линия имеет тот же контур и в результате другого однородного механизма уширения, связанного с возникновением спонтанного испускания. Поскольку последнее явление наблюдается в любых материалах (твердых телах, жидкостях или газах), соответствующее уширение спектральной линии называют естественным или собственным. В этом случае контур линии описывается уравнением (22), в котором вместо Тс стоит Тсп/2, где Тсп — время жизни спонтанного испускания. [c.19] Аналогичная функция служит для описания другого механизма неоднородного уширения, заключающегося в неоднородном распределении локального поля, создаваемого соседними молекулами. Этот эффект приводит к уширению энергетических уровней и тем самым к уширению спектральных линий, соответствующих переходам между этими уровнями. Ширина линии зависит в данном случае от усредненных по пространству флуктуаций локального поля. [c.20] Поскольку А-21 = 1/Тсп, легко убедиться, что уравнение (36) согласуется с уравнением (26). [c.22] Для определения длительности безызлучательной релаксации необходимы точные сведения о потенциалах взаимодействия и структуре энергетических уровней всех молекул данной системы. Действительно, часто энергия может преобразовываться во внутреннюю энергию молекул. Поэто. 1у мы не будем заниматься формальной процедурой оиределения времени релаксации, а ограничимся замечанием, что оно весьма чувствительно к молекулярному окружению. [c.22] Уравнением (40а) удобно пользоваться в том случае, если время жизни т имеет малую продолжительность (например, порядка пикосекунд), и поэто.му квантовый выход настолько мал ( Ю ), что его трудно непосредственно измерить. [c.24] Следовательно, разность населенностей зависит от времени релаксации возбужденного уровня 2, которое характеризует рассматриваемую среду, и от вероятности перехода W, в свою очередь линейно зависящей от интенсивности электромагнитной волны I [уравнения (15) и (18)]. Разность населенностей уровней уменьшается с увеличением интенсивности электромагнитной волны и в пределе достигает нуля по мере приближения I к бесконечности. В этом случае N1 = N2 — N/2. Такое явление называется насыщением. [c.25] Вернуться к основной статье