1.3. Литературный обзор I-127
Среди методов, позволяющих осуществлять он-лайн контроль молекулярного йода в газовых средах и, в частности, в атмосферном воздухе, одним из перспективных является лазерно-флуоресцентный с использованием в качестве источников возбуждения лазеров видимого диапазона спектра. Исследованиям лазерно-возбуждаемой флуоресценции йода посвящен обширный ряд работ. Наилучшие на сегодняшний день результаты получены при использовании гелий-неонового (632.8 нм) и частотно-перестраиваемых в диапазоне 630–640 нм полупроводниковых лазеров [9-10]. Полученная в этих работах минимальная измеряемая доля йода-129, находящегося в смеси с йодом-127 в газовой смеси (граничное отношение 129I/127I), составляет порядка 10-4–10-5 [9-10].
Анализ, приведенный в работе [11], показывает, что имеющиеся результаты могут быть улучшены при переходе к лазерным источникам желто-зеленого диапазона спектра, в котором сечения поглощения молекулярного йода достигают наибольших значений. Одними из перспективных среди таких лазеров являются мощные неодимовые лазеры, излучающие на второй гармонике вблизи длины волны 532 нм. В литературе имеются данные о теоретических и экспериментальных исследованиях флуоресценции молекулярного йода, возбуждаемой неодимовыми лазерами [12-13], которые подтверждают целесообразность изучения возможности использования этих лазеров для решения поставленной задачи.
В работе, подробно изложенной в части III, сообщается об исследованиях флуоресценции изотопов 127I и 129I, возбуждаемой излучением неодимового лазера на второй гармонике с длиной волны 532 нм. На основе результатов этих исследований предлагается способ детектирования йода-129 и йода-127 в атмосферном воздухе в масштабе реального времени, дающие гораздо лучшие показатели.
Часть II. Рассчитанные спектры hi и co2
2.1. Рассчитанный спектр hi
С помощью международной базы данных спектроскопических констант HITRAN [14] и программного обеспечения для расчета спектров атмосферных газов, созданного в Институте Оптики Атмосферы [15] были получены спектры молекулы HI и других веществ, характерных для рассматриваемой газовой среды.
Рис. 4. Спектр поглощения HI, рассчитанный на основе баз данных HITRAN
Рис. 5. Спектр поглощения HI, H2O, CO2, CO, HCl, рассчитанный на основе баз данных HITRAN
Из рис. 4 видно, что у HIимеется четыре области поглощения - около 1,2 мкм, около 1,55 мкм, около 2,3 мкм и около 4,5 мкм.
При этом средний коэффициент поглощения абсорбционных полос монотонно возрастает по мере увеличения длины волны. Таким образом, наиболее перспективной с точки зрения чувствительности методов ИК спектроскопии, представляется область в районе 4,5 мкм.
Однако, анализ спектров H2O, CO2, CO, HCl, частично перекрывающихся со спектром HI (рис. 5), показывает, что в некоторых спектральных диапазонах детектирование HI будет затруднено из-за возможного присутствия этих веществ в виде примесей. В частности, видно, что в диапазоне около 4,5 мкм очень интенсивны полосы поглощения молекул COи СO2.
На рис. 6-8 подробно показаны участки спектра поглощенияHI на фоне других веществ (рис. 5) около 1,2 мкм, 1,55 мкм и 2,3 мкм.
Рис. 6. Спектр поглощения HI, H2O, CO2, CO, HCl в окрестности длины волны 1,2 мкм, рассчитанный на основе баз данных HITRAN
Рис. 7. Спектр поглощения HI, H2O, CO2, CO, HCl в окрестности длины волны 1,55 мкм, рассчитанный на основе баз данных HITRAN
Рис. 8. Спектр поглощения HI, H2O, CO2, CO, HCl в окрестности длины волны 2,3 мкм, рассчитанный на основе баз данных HITRAN
Из рис. 6-8 видно, что из-за отсутствия поглощения других веществ, а также сравнительно большой величины коэффициента поглощения, наиболее перспективными для детектирования HI будут спектральные области около 1,54 мкм и 2,25 мкм.