CC BY
9
УДК 537.566:621.375.826
ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОГО МОЛЕКУЛЯРНОГО ИОНИЗАЦИОННОГО СИГНАЛА
А.А. Горбатенко, Е.И. Ревина
(кафедра лазерной химии)
При оптимизации условий детектирования лазерно-индуцированного ионизационного сигнала молекулы LaO в пламени было установлено наличие на расстоянии от 0,5 до 2,5 мм от охлаждаемого катода низкотемпературной зоны, в которой сигнал не детектируется, что связано с уменьшением концентрации LaO при понижении температуры вследствие образования гетерогенной фазы LajO3.
Метод лазерно-индуцированной молекулярно-иониза-ционной спектрометрии пламени позволяет определять элементы в виде молекул монооксидов [1]. Он позволяет достичь таких же пределов обнаружения трудноатомизуе-мых элементов, как при использовании их атомов, но в значительно более мягких условиях. Систематическое исследование механизмов и путей ионизации молекул в пламенах было проведено нами для молекул монооксидов РЗЭ [2]. Было показано, что механизм ионизации возбужденных молекул носит в основном столкнови-тельный характер. Нами было впервые предложено [3] использовать для возбуждения молекул в пламени двухступенчатые схемы, в которых второй квант лазерного излучения переводит молекулу непосредственно в потенциал ионизации. Целью работы является найти оптимальные условия детектирования лазерно-индуцирован-ного ионизационного сигнала молекул монооксида лантана в пламени.
Экспериментальная установка и методика получения ионизационных сигналов детально описаны ранее. Растворы, содержащие 20 мкг/мл лантана, распыляли в пламя природный газ-воздух. Для возбуждения молекул ЬаО использовали лазеры на красителях (ЛК) кумарин-540А (энергия импульса 0,58 мДж, длина волны 561 нм) и кумарин-47 (энергия импульса 0,64 мДж, длина волны 448 нм).
При выборе оптимального расстояния между возбуждающим лучом и катодом установлено, что прохождение луча в непосредственной близости от катода (на расстоянии менее 0,5 мм) вызывает появление интенсивного сигнала, связанного с фотоэффектом (рисунок). При увеличении расстояния свыше 0,5 мм фотоэффект исчезает, но сигнал также не наблюдается. Затем появляется селективный (т.е. связанный с наличием лантана) сигнал, практически сразу достигая максимума на расстоянии 2,5 мм от катода, после чего сигнал монотонно спадает и исчезает практически полностью на расстоянии 9 мм от катода. Первоначальное отсутствие сигнала, по-видимому, связано с существованием относительно холодной
зоны пламени в непосредственной близости от охлаждаемого катода, в которой концентрация ЬаО значительно уменьшается вследствие смещения равновесия в сторону образования Ьа2О3. Подтверждением существования такой зоны может служить наблюдение, проведенное при использовании вместо охлаждаемого катода иридиевого проволочного катода. Известно [4], что использование последнего дает увеличение амплитуды сигнала на порядок по сравнению с охлаждаемым, что обусловлено большей напряженностью электрического поля в случае проволочного катода. Однако в случае ЬаО такого увеличения не было отмечено. Наблюдалось образование на
2500 -
2000-
1 3 5 7 9 11
ё, мм
Зависимость ионизационого сигнала ЬаО от расстояния между лазерным лучом и катодом
катоде белого налета, что, вероятнее всего, обусловлено осаждением на катоде La2O3. На охлаждаемом катоде осаждения оксида лантана не наблюдается. Это различие можно объяснить следующим образом. В случае проволочного катода образование гетерогенной фазы идет непосредственно на поверхности. Являясь изолятором, La2O3 уменьшает проводимость катода, тем самым уменьшая и сигнал. В случае охлаждаемого катода гетерогенная фаза образуется непосредственно в холодной зоне пламени. Будучи уже достаточно крупными, частицы оксида не осаждаются на поверхность. Падение сигнала после достиже-
ния им максимума обусловлено падением напряженности электрического поля при удалении от катода. Следует отметить, что при лазерном возбуждении молекул, не образующих гетерогенной фазы, например молекулы PO[5], сигнал при приближении к катоду не исчезает.
Были также установлены следующие оптимальные параметры спектрометра: напряжение на катоде 400 В, высота катода над срезом горелки 10 мм, состав пламени обогащенный, расстояние от катода до лазерного луча 2,5 мм. В этих условиях предел обнаружения лантана, рассчитанный по 3S-критерию, составил 0,1 мкг/мл.
Настоящая работа поддержана РФФИ (проекты № 99-03-32762 и № 01-03-06211).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kuzyakov Yu.Ya., Zorov N.B., Gorbatenko A.A., Beketov V.I. // AIP
Conf. Proc. 1995. 329. P. 535.
2. Горбатенко А.А., Бекетов В.И., Воронина Р.Д., Любомирова
О.Р., Ревина Е.И. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2 Химия. 2001. 42. С. 42.
3. Gorbatenko A.A., Voronina R.D., Zorov N.B., Kuzyakov Yu.Ya.,
Revina E.I. // Mend. Comm. 1998. 8. P. 45.
4. Зоров Н.Б., Кузяков Ю.Я., Новодворский О.А., Чаплыгин В.И. //
Химия плазмы / Ред. Б.М. Смирнов. М., 1987. 13. С. 131.
5. Turk G.C. // Anal. Chem. 1991. 63. P. 1607.
Поступила в редакцию 17.01.02
