Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск
Вхід в абонемент


Интернет реклама УБС






Реферат

Тема: Лазерный атомно-фотоионизационного спектральный анализ.

(на примере опыта по анализу биологических объектов)

Разработка новых аналитичнх методов определения ультранизких содержаний элементов в различных веществах на сегодня актуальной для многих отраслей современной науки и техика. Это обусловлено тем, что нынче для решения большого количества задач технологии высокочистых материалов, геологии и геохимии, токсикологии, экологии и прочего, то необходим контроль содержания некоторых элементов в веществе на уровне 10-8 - 10-11%. В некоторых случаях такую чувствительность анализа могут обеспечить традиционные аналитические методы или их модификации: атомно-абсорбционная и атомно-флуорисцентна сектрометрия, нейтронно-активационный анализ, искровая масс-спектроскопия и другие. Однако в большинстве случаев чувствительность ограничена уровнем 10-7%.

Очевидный интерес для аналитического применения представляют собой лазерные методы детектирования единичных атомов. Они основаны на методе лазерного возбуждения флуорисценции атомов и методе лазерной ступенчатой резонансной фотоионизации атомов. Однако для прямого использования этих методов в аналитических задачах необходимо решить ряд сопутствующих проблем. Дело в том, что задача определения ультранизких следов элементов в анализируемом веществе состоит из трех последовательных этапов:

  1. Получение свободных атомов элемента
  2. Транспортировка этих атомов в область лазерного прмен
  3. Детектирование атомов с помощью лазерного излучения

СХЕМЫ ступенчатой фотоионизации.

В методе лазерной многоступенчатой фотоионизации атома возбуждаются лазерным излучением в промежуточный високолижачий состояние в одну или несколько СУПИНА, а затем производится фотоионизация только возбужденных атомов. По путем ионизации атома из промежуточного состояния в методе ступенчатой фотоионизации можно выделить условно три подходами:

  1. Нерезонансная фотоионизация возбужденного атома в континуум.
  2. Ионизация атома с ридберговские состояния электрическим полем в результате столкновения с частицами буферного газа и прочее.
  3. Резонансная фотоионизация возбужденного атома путем возбуждения в узкий автоионизацийний состояние.

А теперь немного подробнее о каждом из подходов:

1. Ионизация на переходах в континуум. При таком способе возбужденный атом ионизируется вспомогательным лазерным излучением или излучением, используется в на одном из ступеней резонансного возбуждения. Для эффективного возбуждения и последующей фотоионизации возбужденных атомов плотности энергии импульсов должны удовлетворять следующим требованиям, являются частыми случаем общих условий:

Фзбуд? Ф нас воз = Ћ? Возбуждение /2збуд, Фион? Ф нас воз = Ћ? Ион /2ион

Для ионизирующего импульса плотности энергии насыщения Ф нас возбуждение лежит в пределах 0,01-1 Дж/см2 (для возбуждающих импульсов соответствующие значения Ф нас возбуждение в 2збуд /ион, раз меньше). Такие параметры лазерного излучения достигаются существующими лазерами, когда требуется частота повторения импульсов не превышает нескольких десятков герц.

2. Ионизация через ридберговские состояние.

В цьму методе, атом из промежуточного состояния возбуждения под границу ионизации в ридберговские состояние и затем ионизируется импульсом электрического поля. Исследования продемонстрировали, что ридберговские атомы обладают уникальным свойством сравнительно легко ионизироваться в электрическом поле независимо от вида атома. Причем каждый ридберговские состояние характеризуется своим значением критического электрического поля, вблизи которого ионизация имеет пороговый характер. При напряженности электрического поля, большой критической для данного ридберговские состояния, возбужденные в такое состояние атомы ионизируются с выходом ионов, близким к единице. При этом срез ионизиции атома из промежуточного состояния определяется срезом его резонансного возбуждения в ридберговских состояние. Этот срез на несколько порядков превышает срез Нерезонансная ионизации в континуум. Возбуждение атома в ридберговских состояние можно осуществлять в две или три ступити излучением импульсных лазеров на красителях, что синхронизированы друг с другом. Избрание схемы возбуждения зависит от конкретного атома.

  1. Ионизация через автоионизацийний состояние.

Еще одной возможностью повышения среза фотоионизации атома возбуждения на последней стадии в автоионизацийний состояние. Автоионизацийний состояние (АС) - это состояния дискретного спектра, обусловленные возбуждением внутренних электронов атома и лежащие выше границы ионфзации атома, то есть в континууме. Для многоэлектронных атомов такие состояния могут быть достаточно узкими, и срезы такого автоионизацийного перехода может на несколько порядков превышать срез Нерезонансная фотоионизации. С другой стороны, даже при достаточно малой ширине автоионизацийного состояния, около? 0,01 см-1, время его жизни по отношению к распаду в континуум составляет наносекунды. Соответственно, при возбуждении такого состояния лазерным импульсом с типичной продолжительности 10-8 секунд будет проходить его эффективное опустошение в течение лазерного импульса. Это обеспечивает достижение предельного абсолютного выхода ионизации Зион = 1.

Анализ биологических объектов.

Обнаружение "следовых" количеств металлов в биологических объектах является на сегодня одной из актуальных аналитических задач, важных как для биологии так и медицины.

Биологические объекты представляют собой предмет особого интереса для применения фотоионизуючого метода, так как позволяют выявить его важное качество - нечувствительность к другим элементам, кроме того что анализируется. Это означает, что не надо никакого предварительного разделения проб. Это было доказано экспериментов [71] по фотоионизационного выявлению остатков Al в крови. Избрание алюминия связано не только легкостью его детектирования, но и с тем, что он является одним из элементов, интересует токсикологию. К сих поp остается выясненной роль цого элемента в метаболизме живых организмов. Сложность этой задачи состоит, что тяжело создать "безалюминиевих" диет через широкую распространенность цьго элемента в окружающему среде.

аналитических процедура прямого обнаружения Al в крови заключалась в следующем: кровь в обычном состоянии объемом 40 мкл вносили в тигель, который представлял собой танталовый стаканчик, и высушивали на воздухе пи температуре 90-100 в течение 3-5 минут. Процесс озоленння и атомизации сухого остатка проводилось в вакуумной камере. При проведении этих процессов важно выбрать такой режим нагрева тигля, чтобы озоления не умирало к существенному ухудшению вакуума до 10-4 Тор. Вместе с тем этот процесс должен проходить достаточно быстро, чтобы не прризвесты к термическому испарения остатка без атомизации. При опыте температура тигля при озолении повышалась до 1500еС в пять этапов в течение 10 минут. Рисунок 1

Рисунок 1 демонстрирует зависимость ионного сигнала от времени испарения для 40 мкл крови (а) при постепенном повышении температуры тигля (б) [71].

Полный сигнал алюминия для исследуемой пробы определялся суммарной "селективной" площади (разница между полным и фоновым сигналом) под кривой сигнала (рис. 1, а). Отвечающие таком сигнала значение концентрации алюминия определяли по градуировочной характеристике, построенной для водных растворов AlCl3. Правомерность такой калибровки была проверена путем добавок. При цьму в тигель вводилось 40 мкл крови и 40 мкл раствора AlCl3 с содержанием Al 100 мкг /л. Полученный от такой смеси сигнал алюминия в пределах погрешности измерений (около 10%) оказался равным сумме сигналов от компонентов при независимом их анализе. Этим


Страницы: 1 2