دانلود مقاله در مورد کاربرد لیزردر اسپکتروسکوپ تحت word

توضیحات

  مقاله در مورد کاربرد لیزردر اسپکتروسکوپ تحت word دارای 26 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد کاربرد لیزردر اسپکتروسکوپ تحت word  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد کاربرد لیزردر اسپکتروسکوپ تحت word،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله در مورد کاربرد لیزردر اسپکتروسکوپ تحت word :

کاربرد لیزردر اسپکتروسکوپ

كاربرد لیزد در اسپكتروسكوپی :
طیفی بینی عبارت است از مطالعه ی وابستگی طول موج یا فركانس هرفرآیندی نوری كه در آن ماده ی ،‌در اثر بر همكنش با تابش انرژی به دست می آورد با از دست می دهد. مزیت مطالعه ی وابستگی به طول موج آن است كه اطلاعات بسیار بیشتری را می توان از طریق آن بدست آورد. چون پاسخ دقیق طیفی منحصراً با تركیب شیمیایی نمونه تعیین می شود ، دو زمینه ی كاربردی مجزا به وجود می آید اول ، از طیف بینی می توان برای تهیه ی اطلاعات بیشتری درباره ی

ساختاری مولكولی و دیگر خواص فیزیكی شیمیایی مواد خالص استفاده كرد ، چنین كاربردهایی پژوهشی اند دوم ، از ماهیت مشخص كننده ی پاسخ طیف بینی می توان برای آشكار سازی گونه های شیمیایی ویژه در نمونه هایی حاوی چند تركیب شیمیایی استفاده كرد ،‌ چنین كاربردهایی تجزه ای اند. در سالیان اخیر ، لیزرها تأثیر چشمگیری در هر دو زمینه داشته اند.
هر چند در تجزیه ی طیف بینی ، فرآیندهای كلاسیك جذب و نثر ساده ی نور به كار می رود امروزه از تعداد بسیار زیادی بر همكنش تابشی دیگر نیز برای مقاصد طیف بینی استفاده می شود. حتی هنگام وقوع تك فرآیندی مانند جذب ، از حیطه ی وسیعی از تكنیك های لیزری می توان برای آشكارسازی آن استفاده كرد. همچنین بر حسب ناحیه ی مورد استفاده از طیف الكترومغناطیسی ،‌چند رده ی طیف بینی جذبی ذاتاً‌ متفاوت وجود دارد. برای مثال طیف های جذب مولكولی در ناحیه ی زیر قرمز اصولاً از گذارهای ارتعاشی در نمونه حاصل می شود و بنابراین اطلاعاتی درباره ی ساختار چارچوب هسته ارتئه می كنند. حال آنكه طیف های جذبی در مرئی یا فرابنفش ناشی از گذارهای الكترونی اند و بدین ترتیب با آرایش های الكترونی ارتباط دارند.
یكی از دلایل كاربرد لیزر در اسپكتروسكوپی تكنامی لیزر می باشد ؛ زیرا پهنای خط بسیار باریك كه به طور كلی قابل حصول است برای تكنیك های طیف بینی با تفكیك زیاد بسیار مناسب است به علاوه واگرایی اندك باریكه ، استفاده از طول مسیرهای عبور بلند از درون نمونه را آسان می كند و بدین ترتیب در نمونه هایی كه پاسخ طیفی خیلی ضعیفی دارند ، حساسیت بهبود می یابد. به طور كلی تفكیك در هر نوع روش طیف بینی ، به هر دو پهنای خط تابش و نمونه بستگی دارد پهنای خط منبع لیزر به عوامل گوناگونی وابسته است مانند تعریض طبیعی خط ، تعریض برخوردی ، تعریض دوپلری ، تعریض زمان پرواز و تعریض توانی یا سیرشدگی ،‌همین فرآیندها نیز می توانند در تعریض خصوصیات طیف بینی نمونه دخیل باشند.
به طور ایده آل ، هرگذار مسئول نسر لیزر باید در یك فركانس كاملاً مشخص كه از فاصله ی ب

ین ترازهای انرژی مربوط تعیین می شود ، رخ دهد. با این حال ، چند فرآیند تعریض خط باعث انحرافهای آماری از فركانس ایده آل می شوند خصوصیات این فرآیند ها برحسب ماهیت محیط فعال تغییر می كنند.

1 ـ تعریض طبیعی خط:
اگر فوتونهای لیزر از حالت برانگیخته ای با طول عمر نشر شود ، آنگاه یك حداقل عدم قطعیت در فركانس فوتونهای نشر شده وجود دارد و باعث تعریض خط نشری می شود. این فرآیند به عنوان
در محیط های بلوری ، ارتعاشهای شبكه باعث ایجاد تغییری وابسته به زمان در مكانها و لذا در محیط های الكتروستاتیكی كه هر اتم تجربه می كند ،‌می شود اختلالهای مشابهی نیز در مایعات رخ می دهند ، هر چند كه به دلیل حركت های انتقالی ، چرخشی و ارتعاشی در مولكولها مقیاس آنها بزرگتر است در گازها در اثر برخورد اتم ها یا مولكولها با سایر اتم ها یا مولكولها ، برخورد با دیواره های ظرف و برخورد با الكترونها ، در صورت استفاده از جریان یونساز ، اختلال رخ می دهد. سرعت برخورد اتم ها یا مولكولهای گاز در یك دمای مشخص تنها فشار ارتباط دارد. لذا به تعریض خط ناشی از این مورد تعریض برخوردی یا فشاری اطلاق می شود.

3 ـ تعریض دوپلری:
این پدیده بیشتر در گازها رخ می دهد در این پدیده فركانس فوتونهای نشر شده توسط اثر معروف دوپلر ، جابجا می شود. همانطور كه در شكل زیر نشان داده شده ، اگر مولكولی كه با سرعت V‌ حركت می كن فوتونی با فركانس y در راستای k نشر كند ، فركانس ظاهری از رابطه ی روبر داده می شود.
————————-
كه در آن Vk مولفه ی سرعت در راستای k‌ می باشد و معمولاً در مقایسه با سرعت نور c‌ مقدار كوچكی است. با توجه به توزیع ماكسولی سرعت های مولكولی ،‌ گستره ای از فركانس های جا به شده ی دوپلری كه توسط معادله ی بالا داده می شود وجود دارد. این اثر به عنوان تعریض دوپلری شناخته می شود.
4 ـ تعریض زمان پرواز:
این پدیده كه تنها در محیط های سیال ایجاد می شود ، ناشی از این واقعیت است كه مولكولهایی كه با مولفه ی عمودی سرعت V از پهنای كم باریكه ی لیزر می گذرند ، تنها طی مدت بسیار كوتاه كه در آن d‌قطر باریكه است ،‌تابش می بینند. نتیجه ی این امر ایجاد عدم قطعیت فركانس به اندازه ی است. البته این اثر ، در گازها به مراتب بیشتر از مایعات است. از سوی دیگر تعریض سیرشدگی ، از شدتهای زیادی ناشی می شود كه اغلب همراه نورلیزر است. هنگامیكه تابش از فركانس مناسبی برای القای گذارهای مولكولی برخوردار است ، می توان به طور قابل ملاحظه ای جمعیت را از نو در بین ترازهای انرژی مولكولی توزیع كرد. به بیان دیگر سیستم از شرایط تعادل گرمایی كه در آن توزیع بولتسمان اعمال پذیر است ، منحرف می شود ،‌بدین ترتیب ، با كاهش تعداد مولكولهای باقیمانده در حالت پایه ، شدت جذب افت می كند ، این همان مفهوم سیر شدگی است چون سیرشدگی بیشترین تأثیر را در مركز نوار جذب دارد ،‌شك لخط مربوط به گذار نیز پهن می شود. با این حال هیچ یك از این آثار بر این واقعیت كه لیزرها با پهنای خط ذاتاً باریك ، بهترین تفكیك طیف بینی قابل حصول را دارند ، خدشه ای وارد نمی كند.
در طیف سنجی اصلاح خروجی لیزر را از عصمیت اساسی برخوردار است و برای اینكار از تبدیل فركانس استفاده می شود.
تبدیل فركانس:
چون برای یك لیزر خاص فركانس های خروجی توسط ماهیت ماده ی لیزر دهنده تعیین می شوند ، اغلب توانایی تبدیل خروجی به فركانس دیگری كه برای كاربردی خاص مناسبتر است ،‌كار مفیای رنگینه ای و بلورهای دو برابر كننده ی فركانس.

الف ـ تبدیل با لیزر رنگینه ای:
نحوه ی استفاده از یك منبع لیزر رنگ به عنوان وسیله ای برای تبدیل فركانس شامل استفاده از یك منبع لیزر اولیه (اغلب یك لیزر گاز بی اثر نیتروژن) به جای نشر نوار پهن یك لامپ درخشی برای دمش است. بدین ترتیب ،‌برانگیختی اساساً تكفام است و منحنی های برانگیختی و نشر مانند شكل روبرو هستند.
تبدیل فركانس مهمترین خصیصه ی این روش است و خروجی لیزر رنگینه ای ، فركانس یا پیشرو بنابراین طول موج بلندتری از لیزر دمش دارد. با این حال گستره ی دقیق طول موج خروجی به نوع رنگینه بستگی دارد و سادگی كوك كردن در این گستره روش بسیار سودمندی برای تهیه ی نشر لیزر در یك طول موج برگزیده است.
كارایی تبدیل با لیزر رنگینه ای معمولاً تا حدی پایین است در حدود 5 تا %10 می باشد ، هر چند با برخی رنگینه ها مانند رودآمین G6 می توان به مقادیر تا %20 هم رسید.
ب ـ‌اپتیك غیر خطی :
دومین روش معمول برای تبدیل فركانس كه به عنوان دوبرابر كردن فركانس شناخته می شود ، بهترین مثال از یك فرآیند اپتیك غیر خطی است. عبارت اخیر به گستره ی وسعی از آثار تبدیل فركانس اشاره می كند كه به طور غیر خطی به شدت لیزر بستگی دارند ، به طوری كه كارایی تبدیل آنها معمولاً با افزایش توان لیزر ، بهبود می یابد.
در فوتون نور لیزر با فركانس y‌توسط ماده ای در حالت پایه جذب می شوند و تك فوتونی با

فركانس در گذار بازگشت به حالت پایه نشر می شود. توجه كنید كه تمام فرآیند ،‌ همراه با هم انجام می شود و هیچ حالت برانگیخته ی واسطه ای با طول عمر قابل اندازه گیری وجود ندارد بدین ترتیب اصل عدم قطعیت انرژی ـ‌زمان به فرآیند امكان می دهد كه بدون توجه به اینكه آیا در بالای حالت پایه ، ترازهای انرژی در مقادیر یا 2 وجود دارند ، انجام شود. در واقع عدم حضور ترازها مورد بهتری است ، زیرا حضور چنین ترازهایی می تواند باعث ایجاد فرآیندهای رقابتی جذبی شود.
——–
جابجایی رامان:

وقتی پرتوی از یک جسم شفاف عبور میکند بخش کمی از انرژی تابشی پراکنده می شود. حتی در غیاب ذرات گردوغبار یا سایر مواد خارجی باز پراکنده شدن نور حادث می شود.چنانچه از تابشی با گستره ی فرکانس بسیار باریک استفاده می شود انرژی پراکنده شده عمدتآ متشکل از تابشی با همان فرکانس تابش اولیه است که اصطلاحآ پراکندگی “رایلی” اطلاق می شود علاوه بر آن فرکانس های مجزا ئ معینی که بالاترو پایین تر از فرکانس تابش اولیه می باشد نیز دیده می شود همین فرکانسها است که از آن به نام پراکنده گی رامان یاد می کنند.
روش دیگری برای تبدیل فركانس است كه در آن از اثر رامان القایی برای تبدیل طول موج به مقادیر كوتاه تر یا بلندتر استفاده می شود. اثر رامان كه به طرز گسترده ای در مبحث طیف بینی كاربرد دارد در حقیقت روشی است كه با آن می توان از طریق نموهای گسسته ، فركانس لیزر را اصلاح كرد (جابجایی هایی استوكیس و آنتی استوكس). معمولاً در فرآیند تبدیل فركانس ، نورلیزر از درون سلولی از جنس فولاد ضد رنگ كه حاوی گازی در فشار چند اتمسفر است ،‌عبور می كند. كارایی تبدیل برای جابجایی اصلی استوكس به طول موجهای بلندتر می تواند بیش از %35 باشد. ماهیت گاز ، تعیین كننده مقدار نمو فركانس است و گازهای كه بیش از همه مصرف دارند ،‌به ترتیب جابجایی های 4155 ، 2987 و 1ـcm 2917 را ایجاد می كنند. برای این كار ،‌بخارهای اتمی نیز سودمند ، مثلاً می توان با جابجایی رامان در بخار سرب ، تابش nm 455 در ناحیه ی آبی ـ سبز را كه مناسبترین طول موج برای مخابرات نوری بین زیر درایی و ماهواره هاست ، از خروجی nm 308 لیزر «اكسی پلكس رنون كلرید» تهیه كرد.توضیع بیشتر در مورد جابجایی رامان در جزوه داده شده است.
حال به بررسی برخی از روشهایی كه با استفاده ازلیزر ، طیف های جذبی را ثبت می كنند می پردازیم.
1 ـ طیف بینی جذبی:

طیف بینی جذبی براساس گزینش پذیری طول موج های نور جذب شده توسط تركیبات شیمیایی مختلف ، بنا نهاده شده است و شامل بررسی تغییر شدت جذب باریكه ای از نور ،‌به صورت تابعی از طول موج آن است. گزینش پذیری جذب ناشی از آن است كه فوتونهای جذب شده برای ایجاد گذار به حالت های پر انرژی تر در اتم ها یا مولكولهایی كه نمونه از آنها ساخته شده است ، انرژی كافی دارند (در جامدات بلورین ، گذارهای غیر مستقر كه تمام شبكه را در بر می گیرند نیز می توانند رخ دهند. هر یك از چنین گذارهایی به جذب یك فوتی نیاز دارد و تحت تاثیر قواعد گزینش طیف بینی است. پیش از ارائه ی مطالب بیشتر ، به منظور مراجعات آتی ، نكات اساسی معادله های جذب نور را به اختصار در نظر می گیریم.
در ابتدا واضح است كه سرعت افت شدت باریكه ای كه از درون محیطی جاذب میگذرد ،‌هم با

شدت لحظه ای و هم با غلظت گونه های جاذب متناسب است ، بدین ترتیب:
كه ثابت تناسب معروف به ضریب جذب ، ، نمایانگر طول مسیر درون نمونه و C غلظت گونه ی جاذب است ،‌جواب این معادله ی دیفرانسیل ساده ، تابع نمایی را پاشی است
این نتیجه معمولاً به نام قانون بیر ـ لامبرت شناخته می شود و شدت نور عبوری از درون نمونه را بر حسب شدت فرودی I0 بیان می كند. براساس لگاریتم در مبنای 10 برای راحت كردن روابط ،‌معادله ی بالا را می توان به صورت زیر نوشت:

كه در آن معمولاً به عنوان ضریب خاموشی یا ضریب مولی شناخته می شود. اغلب حاصلضرب ، با نماد A نشان داده شده و به عنوان جذب نمونه شناخته می شود ، این مقدار به وضوح از طریق رابطه ی زیر با عبور ارتباط دارد.

یك رابطه ی نهایی كه از این معادله حاصل می شود ، عبارت است از
كه در آن است بدین ترتیب سمت چپ معادله ی قبلی نشان دهنده ی افت كسری، در شدت طول موج معینی است كه از نمونه می گذرد. رابطه ی اخیر، برای بررسی حساسیت روشهای گوناگون طیف بینی جذبی سودمند است.
پیش از ظهور لیزر در بیشتر طیف بینی های جذبی از منابع نوار پهن یا پیوستاری استفاده می شد ومطابق شكل زیر پیمایش طول موج با عبور نور از درون تكفا مساز واقع در جلو یا عقب نمونه، صورت می گرفت. در چنین طرحی، با آشكار سازی شدت تا پس از عبور از درون نمونه و رسم آن به صورت تابعی از طول موج حاصل از تكفامساز طیف بدست می آمد. هنوز هم اكثر تجهیزات طیف بینی زیر قرمز و مرئی ـ فرابنفش در آزمایشگاههای شیمی، با استفاده از منابع معمولی نور به جای لیزرها، بر این اساس كار میكنند.
سیستمهای لیزری برای طیف بینی جذبی می توانند براساس منابع لیزری با فركانس ثابت یاكوك پذیر باشند. لیزرهای با فركانس ثابت كه تنها در یك یا چند فركانس گسسته نشر می كنند، اصلاً‌برای روشهای جذبی معمول كه به پیمایش گستره پیوسته ای از طول موج نیاز دارند، مناسب نیستند ولذا در تكنیك های اختصاصی كنار گذاشته می شوند. دو تا از این روشها كه در ا

واخر دهه ی 1960 توسعه یافتند تشدید مغناطیسی لیزری و طیف بین لیزری استارك هستند كه بعداً مورد بحث قرار می گیرند. با این حال معرفی لیزرهای رنگینه ای كوك پذیر تقریباً در همان ایام امكان تهیه ی طیفی جذبی را از طریق پیمایش خود منبع در گ

ستره ی طول موج مناسب فراهم ساخت. این روش مزیت های متعددی دارد و وجود هرگونه تكفاساز را منتهی می سازد.
طرح ساده ای برای طیف بینی جذبی با لیزر رنگینه ای در شك دوم، در زیر نشان داده شده است. این طرح با نظارت میزان عبور از درون نمونه به عنوان تابعی از طول موج طیفی ایجاد می كن، مانند طیف بنی معمولی تضعیف نسبت به باریكه ی مرجع، معیار مستقیمی از جذب در اختیار می گذارد. با این حال در آرایش لیزری، جذبهای كمتر از 5ـ 10 را می توان آشكار كرد. چون علامت جذب، با فاصله ی طی شده درون نمونه توسط تابش متناسب است، اغلب در طیف بینی لیزری از طول مسیرهای بلند در درون نمونه استفاده می شود، در شكل یك روش ساده برای تهیه طول مسیرهای بلند با استفاده از عبور چند باره ی تابش از درون محیط نمونه، نشان داده شده است.
————–

1 ـ طیف بینی برانگیختی:
اغلب غیرفعال سازی اتمها و مولكولهایی كه در اثر نورمرئی یا افزایش یا فرابنفش برانگیخته شده اند، می تواند از طرق نشر نور درمرحله ای انجام شود. در مورد گونه های اتمی، معمولاً نشر فلوئورسان مستقیماً از تراز انرژیی كه در اثر برانگیختگی جمعیت دار شده است انجام می شود. در گونه های مولكولی همان كه در شكل زیر نشان داده شده است، معمولاً تعدادی مسیر مختلف برای واپاشی وجود دارد و از میان آنها فلوئورسانی مجاز از نظر اسپین، از حالت الكترونی كه در آغاز جمعیت دار شده، سر راست ترین و معمولاً‌ سریعترین راه غیرفعال سازی است. با این حال، فرآیندهای واپاشی غیرتابشی كه پیش از فلوئورسانی، در ترازهای ارتعاشی به وقوع می پیوندند باعث نشر در گستره ای از طول موج ها می شود، به طوریكه حتی اگر برانگیختگی اولیه در تك طول موج ثابتی انجام شود، ممكن است طیف نور نشر شده خود حاوی ساختار قابل ملاحظه ای باشد كه بتواند اطلاعات بسیار مفیدی در اختیار بگذارد همان طور كه بعداً بحث خواهیم كرد، این مبنای طیف بین فلوئورسانی است.

برخلاف آن ، طیف بینی برانگیختی یا فلوئورسانی برانگیخته با لیزر كاری با تركیب طیف فلوئورسانی ندارد،‌بلك به چگونگی تغییر شدت كلی نشر با طول موج می پردازد. گذارهای گوناگونی كه به فلوئورسانی كلی گونه های اتمی یا مولكولی ساده با ترازهای گسسته ی انرژی منجر می شوند در شكل زیر نشان داده شده است.
اگر هر فوتون جذب شدهبه صورت یك فوتون فلوئورسانی نشر شود، یا به عبارت دیگر اگر بهره ی كوانترمی برابر یك باشد، آنگاه طیف برانگیختگی، در اصل باید هم مكان و هم شدت خطوط را دقیقاً در طیف جذبی معمولی مشخص كند. در عمل، فرآیندهای برخوردی ممكن است به مسیرهای واپاشی غیر تابشی و در نتیجه بهره ی كوانترمی پایینتری منجر شود، هر چند در نمونه های گازی می توان با كاهش فشار، تا حدی بر این شك غلبه كرد.

2 ـ طیف بینی یونشی:
دومین تكنیك اختصاصی كه برای نظارت بر جذب در گستره ی فرابنفش ـ مرئی به كار می رود و در شكل صفحه ای قبل (ب) نشان داده شده است، پونش حاصل از ترازهای برانگیخته ی الكترونی جمعیت دار شده در اثر جذب است. در این مورد، با نظارت بر سرعت تولدی یون به عنوان تابعی از فركانس تابش دهی، طیف ایجاد می شود. برای انجام یونش از روشهای متعددی می توان استفاده كرد ولی واضح است كه فرآیند باید به حد كافی گزینش باشد تا گونه های حالت پایه یونیده نشوند. برای حالت های برانگیخته ای كه انرژی آنها نزدیك به حد یونش است، یا توسط میدان الكتریكی یا برخورد یا سایر اتم ها یا مولكولهای می توان یونش را القا كرد.

برای دریافت اینجا کلیک کنید