Лазерные методы детектирования веществ

– излучение, которое представляет собой избыток над
тепловым излучением тела

Люминесценция

Фосфоресценция (времена жизни
в возбужденном состоянии более
чем 10-3–10-2 с

Флуоресценция (времена жизни
в возбужденном состоянии
порядка 10-6–10-9 с

радиацией)
электролюминесценция
(возбуждение
электрическим полем)
кандолюминесценция
(возбуждение при механическом
воздействии,

хемилюминесценция
(возбуждение при химической реакции)

лиолюминесценция
(возбуждение при растворении кристаллов)

Все эти виды люминесценции различаются по виду возбуждения

и антистоксовой флуоресценции

молекулярных спектров
Измерения
вероятностей переходов
Исследования
процессов столкновений
Измерения
молекулярных констант

Измерения франк-
кондоновских факторов

Детектирование веществ

Детектирование веществ имеет важное практическое приложение, в
частности, для экологических задач мониторинга вредных соединений,
содержащихся в биосфере

спектров легко отождествить. Линии
флуоресценции можно разрешить с помощью спектрографа

2. Большие интенсивности многих лазерных линий позволяют достигать
больших населенностей на возбужденных уровнях. Это приводит к высоким
интенсивностям спектральных линий флуоресценции и дает возможность
детектировать даже переходы с малыми значениями коэффициентов
Франка − Кондона

3. Измерения спектров флуоресценции позволяют вычислять значения
широкого ряда спектроскопических констант, которые невозможно
определить другими методами.

различных веществ
1. Узость линии возбуждения при возможности ее частотной

2. Населенность возбуждаемых состояний оказывается достаточно
большой для возбуждения интенсивных флуоресцентных спектров.
Вследствие этого оказывается возможным измерять очень маленькие
концентрации веществ

3. В отличие от других высокочувствительных (в частности, химических)
флуоресцентная методика имеет важное преимущество – возможность
проведения измерений в реальном масштабе времени, что существенно
расширяет границы ее применения

(в частности, непрерывная прокачка)
из воздуха в измерительную кювету,
где

Испущенный импульс вызывает в
атмосфере флуоресценцию молекулярных
компонентов. Расстояние до исследуемого
вещества определяется по времени
задержки от момента испускания до
момента приема обратного импульса

прокачивается через
измерительную кювету, через которую пропускается излучение лазера
2.

3. Зарегистрированная интенсивность сопоставляется с концентрацией
вещества исходя из известных величин сечений поглощения на данной
длине волны, а также сечений излучательной релаксации и, возможно,
других каналов распада возбужденных состояний

Преимуществом использования кюветных способов является относительная
простота экспериментальных установок, а также их мобильность

Основной недостаток заключается в невозможности детектирования
веществ а атмосферных слоях, удаленных от поверхности Земли

импульс испытывает в
атмосфере молекулярное рэлеевское рассеяния, рассеяние Ми на

Обычно источник излучения и приемник локализованы в одной установке,
так что регистрируется импульс, возвратившийся обратно от объекта,
расстояние до которого определяется по времени задержки от момента
испускания до момента приема обратного импульса

По интенсивности обратного импульса делается вывод о концентрации
детектируемого вещества

Регистрируя импульсы с различными временами задержки, можно
получить пространственное разрешение

широкое распространение
для проведения экологического мониторинга атмосферы. Чувствительность
позволяет проводить

Приборы, работающие по дистанционной схеме, назваются лидарами
(lidar - light detection and ranging)

Длину поглощения L устанавливают, помещая на расстоянии L/2 от
источника уголковый отражатель
Можно разместить лазер на самолете (или спутнике), а приемник – на земле
Для уменьшения расходимости лазерный пучок расширяют с помощью
Телескопа
Отраженный импульс попадает на расщепляющую пластинку и с нее на
спектрометр
Можно организовать регистрацию таким образом, чтобы одна половина
фотодиодов использовалась для регистрации спектра лазера, а другая
половина – для регистрации спектра отраженного пучка