7790-29-6 / 碘化銣分子與銣原子的共振電離

概述

在無緩沖氣體 (如氬氣等 )的情況下 ,利用 UV脈沖激光把 RbI分子進(jìn)行光解 ,隨后再用可見光激光對光解生成物 Rb原子實(shí)行共振激發(fā)和電離 ,也就是說 , RbI分子的光離解以及產(chǎn)物之一Rb原子的共振吸收與電離是在同一實(shí)驗(yàn)中完成的 ,同時(shí) ,用飛行質(zhì)譜裝置對 Rb+的質(zhì)譜進(jìn)行了研究.

碘化銣分子與銣原子的共振電離^[1]

用油擴(kuò)散泵 (有效抽速 1 000 L /s) ,使真空室達(dá)到約 1. 33× 10- 4Pa.緩慢加熱分子束源 ,使溫度到 270～ 280℃ ,保持 1～ 2 h預(yù)熱時(shí)間 ,然后迅速上升到工作溫度 580～ 600℃.此時(shí) ,大量的 RbI分子開始向真空室中噴射 ,分子束流速度分布窄 ,分散角小 ,在電離室附近 ,其直徑約為 9 nm,分子密度大約 2× 10¹¹ 個(gè) /cm³ .把兩束染料激光束和分子束調(diào)整到同一水平上;UV激光束和分子束垂直 ,可見光束與二者分別成 45°角.聚焦后 UV光束與可見光束和分子束在離化室中心處交叉. UV光在交叉點(diǎn)處的束直徑 5 nm,聚焦前的光強(qiáng)約 5× 10⁶W /cm²,聚焦后的光強(qiáng)可達(dá) 4. 2× 10⁹W /cm² .

根據(jù) RbI分子的真空紫外吸收譜,在實(shí)驗(yàn)中用波長為 327 nm的 UV光對 RbI分子進(jìn)行光離解 ,光解過程表示為

RbI+ hγ→ Rb( S 1 /2 )+ I( P 3/2 )

RbI分子吸收一個(gè)紫外光子后 ,由基態(tài) X1 ? +躍遷到能量最低的分子第一激發(fā)態(tài).從鍵型看 , RbI分子的基態(tài)為離子鍵 ,而激發(fā)態(tài)為共價(jià)鍵.當(dāng)把 RbI分子由基態(tài)激發(fā)到處于預(yù)離解態(tài)時(shí) , RbI分子被離解成處于基態(tài)的 Rb原子及 I原子.由 RbI分子光離解后產(chǎn)生的 Rb原子在第二束激光 (可見光 )作用下 ,使 Rb原子進(jìn)行共振吸收 .考慮到延時(shí) ,該可見光是通過長約 5 m 的光纖導(dǎo)入電離室內(nèi).用該可見光進(jìn)行激光波長的掃描.選擇染料激光的掃描步長為 0. 01 nm,由長波方向向短波方向進(jìn)行.當(dāng)調(diào)諧到 Rb原子的共振吸收波長時(shí) ,銣原子吸收兩個(gè)相同能量的光子經(jīng)第一激發(fā)態(tài)而被光電離 ,或是 Rb原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài) ,處在激發(fā)態(tài)的 Rb原子隨后吸收另一個(gè) UV光子而被光電離 ,此 UV光子來源于經(jīng)平面鏡反射回到室中的 UV光 ,如圖 2所示 .在數(shù)字存儲示波器上可以直接觀察到 Rb+的質(zhì)譜信號隨掃描波長的變化 .當(dāng)調(diào)到波長 421. 5 nm和 420. 1 nm附近時(shí) ,屏上明顯的出現(xiàn)兩個(gè)大的峰信號.如圖 3所示.當(dāng)把由光纖導(dǎo)入的調(diào)諧可見光阻擋時(shí) ,兩個(gè)大峰信號馬上從屏上消失 . 由此可進(jìn)一步證實(shí) ,兩個(gè)大峰信號是 Rb原子在共振吸收時(shí)產(chǎn)生的電離信號.圖 3給出了 Rb+的三維質(zhì)譜圖.

實(shí)驗(yàn)中 ,被聚焦后的 UV脈沖激光的光強(qiáng)約為109W /cm²,在強(qiáng)激光作用下 ,不可避免地存在多光子電離過程 . 處于基態(tài)的 RbI分子吸收一個(gè) UV光子被解離后 ,生成物 Rb原子可以通過連續(xù)的吸收 2個(gè)紫外光子被電離.如圖 2所示.這種非共振多光子電離信號對共振電離信號影響不大 ,它作為背景信號的一部分.

RbI分子吸收一個(gè)紫外光子被光解后 ,另一個(gè)生成的是處于基態(tài)的 I原子 ,它可以連續(xù)地吸收 3個(gè)紫外光子而被電離 ,如圖 4所示.實(shí)驗(yàn)中觀察到了 I原子經(jīng)三光子電離而形成的非共振電離信號.它的幅度比Rb原子的共振電離信號的幅度小得多.當(dāng) UV 激光的能量增加時(shí) ,不僅 Rb原子的共振電離信號明顯增加 ,而且 I原子的非共振電離也變得越來越明顯 .這是

因?yàn)?I+的峰值與光強(qiáng) I的三次方成正比.當(dāng)阻擋住可見光時(shí) , I+信號沒有什么變化 .

在背景信號中 ,還存在更復(fù)雜的成分 ,主要有:1)當(dāng)增加 UV激光的峰值功率時(shí) ,一系列的質(zhì)量輕的離子信號出現(xiàn) ,它的幅度也很小 ,即使把分子源阻擋 ,這些信號依然存在 .原因是有少量的擴(kuò)散泵油進(jìn)入室內(nèi) ,在 UV脈沖激光的作用下 ,產(chǎn)生一些以 C-H成分為主的輕質(zhì)量離子碎片.

2)在較高溫度下蒸發(fā) RbI分子 ,而且 RbI分子的密度較大 ,不可避免地產(chǎn)生少量的分子不純物 (如碘化銣分子的二聚物 ) ,雖然這些二聚物所占比例較小 ,但它們與 UV光作用后經(jīng)多光子過程導(dǎo)致離子的產(chǎn)生 ,仍然構(gòu)成一部分背景信號.

3) RbI分子吸收一個(gè) UV光子被激發(fā)到分子的第一激發(fā)態(tài) ,一種可能是被光解成基態(tài)的 Rb原子和 I原子 ,另一種可能是使處在激發(fā)態(tài)的 RbI分子 ,吸收一個(gè)紫外光子被電離 ,形成 RbI分子離子。

參考文獻(xiàn)

[1]霍炳海,高節(jié),崔栓錦,泰利H.H,薩利姆Z.T.激光離解碘化銣分子與銣原子的共振電離研究[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào),2001(02):265-267.