|
|
зера с широкой спектральной полосой генерации. (Др. методы лазерной спектроскопии используют узкополосные лазеры.) В традиционной абсорбц. спектроскопии для изучения спектра поглощения вещества свет от внеш. широкополосного источника интенсивностью /о(со} (где и ≈ частота излучения) пропускают через слой поглощающего вещества. Прошедший свет оказывается ослабленным в соответствии с Бугера ≈ Ламберта ≈ Вера законом тем больше, чем выше показатель поглощения исследуемого вещества /с(со). Дли исследования слабого поглощения необходимо увеличивать онтич. длину пути 1\\ с этой целью применяют многоходовые оптич. кюветы, в к-рых свет, отражаясь от торцовых зеркал, многократно проходит через исследуемое вещество. Число таких проходов ограничено потерями света при отражении от зеркал.
В методе В. л. с. эти потери компенсируются усилением в активной среде, т. е., по существу, роль многоходовой кюветы играет резонатор лазера. При стационарной генерации из-за конкуренции процессов накачки и вынужденного излучения усиление в активном элементе с точностью до влияния спонтанного излучения оказывается равным потерям резонатора. Однако это равенство выполняется не для каждой конкретной частоты, а для усредн╦нных (в пределах однородно уширенного контура усиления активной среды) потерь и усиления. Т. о. оказываются скомпенсированными широкополосные потери на зеркалах резонатора. Если линии поглощения вещества узки по сравнению с величиной однородного уширения контура усиления активной среды лазера, то поглощение не компенсируется усилением и проявляется в спектре генерации лазера.
В стационарном режиме в области, где отсутствует поглощение, интенсивность генерации /(со, t) оста╦тся постоянной, а на частоте линии поглощения она изменяется по закону:
(со, t) = /0 (ш) ехр [≈ k (<а) с*].
(*)
Выражение (*) аналогично закону Бугера ≈ Ламберта ≈ Вера, а величина эфф. оптич. пути I определяется произведением скорости света с на длительность t им-пульса генерации лазера в окрестности исследуемой линии поглощения. При длительности импульса 10~2с I достигает 3-Ю6 см, что позволяет обнаруживать поглощение ~10~*9 см"1, т. е. примеси атомов с концентрацией до К)4 атомов/см3. Принципиальное ограничение роста чувствительности приборов, основанных па методе В. с., с ростом длительности импульса генерации возникает вследствие неточной компенсации широкополосных потерь из-за спонтанного излучения. Теоретич. оценки показывают, что предельный уровень чувствительности, ограниченный влиянием
тики хим. реакций, для поиска новых активных сред
лазеров и т. д.
Лит.: В а е в В. М. и др., Бнутрирезонагорная спектроскопия с использованием лазеров непрерывного и квааинспре-рывного действии, «ЖЭТФ», 1978, т. Ik, г;. 43; Б у р а к о в В. С., Раиьитие метода внутриремюиаторной Jia:;r-nimfl спектроскопии, «Ж. прикл. спектроскопии*, 1981, т. 35, с. 223; Лукьянен-к о С. Ф., М а к о г о н М. М., Синица Л. II., Внутрв-резоиаторнаи лазерная спектроскопии, НовоспО., 198 iJ.
О. A. CfiupudfHKoe.
ВОДА ≈ простейшее устойчивое хим. соединение во-дорода и кислорода (окись водорода ≈ Н20), при нормальных условиях ≈ бесцветная (голубоватая и толстых слоях) прозрачная жидкость без запаха. Одно из самых распростран╦нных соединении в природе, играющее исключительно важную роль в процессах, происходящих на Земле. Молекулы В. зарегистрированы также в межзв╦здном пространстве, она входит в состав комет, больших планет Солнечной системы и их спутников, обнаружена на Марсе и Венере.
Известно 3 изотопа водорода (41 ≈ протий; 3Н, или Д,≈ дейтерий; 3Н, или Т,≈ тритий) и б изотопов кислорода (140, 15О, 1вО, 170, 180 и 19О), так что существует большое кол-во изотопных разновидностей молекул В. В природной В. на 10s атомов Н приходится 15 атомов 2Н, а на 104 атомов lfiO ≈ 20 атомов 13О и 4 атома 170. Остальные изотопы Н и О радиоактивны. Свойства т. ы. тяж╦лой воды D20 (др. «тяж╦лые» изотопные разновидности молекул В. обычно к этому термину не относят) сильно отличаются от свойств природной В. (см. ниже). Тяжелая В. применяется в промышленности, технике и научных исследованиях. Наряду с тяж╦лой В. в физ., хим. в биол. экспериментах используется В., содержащая Т, 180 и 170 (в частности, в колебательной и ЯМР-спектроскошш, нейтронографии и др.). Свойства В., содержащей тяж╦лые изотопы О, не так резко, как для D2O, отличаются от свойств обычной В. Молекула В. представляет собой равнобедренный треугольник с ядрами О и Н в вершинах. Ниже приведены нек-рые характеристики молекулы В. (в основном состоянии]:
Молекулярная масса ... 18,01 Межатомное расстояние О≈Я ........... О, 0957 им
Валегпмшй угол Н≈О≈Н 104,5° Моменты инерции
fc
2,ЯЗУ- 1Q^40 г-см2 i ,919-10--" г-см2 1,022.10-" г-см3 1.Й55 Д
10
-12
СМ
-1
Ре-
294
спонтанного излучения, должен быть алыю чувствительность определяется либо длительностью импульса, (при использовании импульсных лазеров), либо техн. нестабильностями, прерывающими генерацию п;ш изменяющими с╦ спектр (для непрерывного лазера). Достигнутая экспериментально чувствительность составляет -≈10~у см"1 {что соответствует толщине поглощающего слоя ~10° см) и позволяет обнаруживать по спектру поглощения примеси атомов с концентрацией до 104 атомов/см11.
В методе В. с. применяются любые широкополосные лазеры ≈ па органич. красителях, органич. ст╦клах, кристаллах, активированных редкоземельными элементами, лазеры на центрах окраски в щ╦лочио-галоидиых кристаллах и т. д. Эти лазеры позволили перекрыть весь видимый и ближний ИК- (до 3 мкм) диапазон.
Метод В. л. с. находит применение для исследования спектров поглощения газов, исследования малых примесей, загрязняющих атмосферу, высоковозбужденных состоянии атомов и молекул, моделирования оптич. свойств больших толщин газов, напр, атмосфер больших планет, исследования процессов в плазме и кине-
Дипольный момент ....
Ср. элиитрич. ииадруноль-ный момент ....... 5,fl-10-*e ед, СГСЭ
Энергия ионизации .... 12.(i эВ
Сродство к протону ... 7 .1 эВ
Физические свойства воды. В. может существовать в тв╦рдом (лед), жидком и газообразном состояниях. Области существования раал. фаз В. показаны на диаграмме (рис. 1). Фнз. свойства В. своеобразны. Так, при атм. давлении плавление льда В. сопровождается уменьшением объема на 9% (рис. 2); коэф. тормич. расширения льда (модификации Ik, см. ниже) в интерпале О≈НЗ К и жидкой В. до 3,98 °С отрицателен (рис. 3), Тепло╦мкость ср жидкой В. почти вдвое выше, чем тв╦рдой к газообразной, и в интервале томп-р О≈ 100 °С почти не зависит от темп-ры (имеется очень пологий минимум при 35 °С). Минимум изотермич. сжимаемости наблюдается при 46 °С (рис. 4). Не совсем обычпа зависимость вязкости жидкой В. от давления: в области сравнительно низких давлений при томн-рах до 30 °С вязкость с ростом давления уменьшается. Молекула В.≈ полярная", и жидкая В., и л╦д являются диэлектриками. В. диамагнитна. Свойства В. зависят от е╦ изотопного состава. Так, давление пара D20 при 20 °С на 13% ниже, чем пара Н2О; при 222 °С значопио давлений для них одинаковы, а при более высоких теми-pax давление пара D20 выше, чем для Н20. Ниже приведены значения нек-рьтх физ. величин для обычной и тяж╦лой В. в газообразном, жидком и твердом (л╦д Ik) состояниях при атм. давлении {кроме критич. параметров):
")
}
