第卷第3翘仪器仪表学报yo1．12№sl991年8月CHINEsBJ0uRNALOFscIBNTIFIcINSTRuMBNTA“gl99l瞬态红外激光光谱装置林金谷王文华徐欣渡(中国科学院物理研究所)(北京联合大学机械工程学院)傅克坚(中国科学院物理研究所)【摄翼l建立了一套同微机联接的研究活泼中间体结构和动力学的l瞬态红外激光光谱装置由紫外解离光源红井探测光源，红井光谱信号探测和教据娃理系统组成。该装置的时间分辨率为50ns，可检测到lO相对吸收变化。一、引言光化学的瞬态过程是一项涉及到多交叉学科的前沿课题。众所周知，有一些化学物质，人们从未在烧瓶中获得过。他们在化学反应的开始瞬间出现，经过短暂而快速的繁殖和衰减过程，最终转变为一种稳定的产物。这些不稳定的、瞬间的和难以捉摸的物质称为反应的活泼中间体，尽管它们存在短暂，但却是很重要的化台物。因为它们决定反应方向，反速度以及产物的分布等等。直接用实验检测这些瞬态的活泼中间体，难度很大，人们曾进行了长期艰巨的探索。近年来，由于计算机、快速电子学、激光技术以及各种谱仪等新技术的发展，逐渐发展出各种实验方法。这些方法互相结合与联用，又派生出更多的研究瞬态中间体的新方法。其中，分子动态光谱，包括激光光解与红外、拉曼、紫外可见以及荧光光谱相结台的方法，是研究活泼中间体的最得力的手段。至于采用哪种实验手段，要根据所研究的对象来选择。有一些活泼中间体，它们在紫外可见区具有很宽的无结构连续谱带，难以表征。相反的，在红外光谱区却具有特征吸收峰，显然，选择闪光光解与红外光谱相结合的瞬态红外激光光谱法更为合适。但是，一般来说，红外信号相当弱，探测微弱信号及提高信噪比是一个难度较大的技术。目前，国际上已有一些研究组建立了时间分辨的红外光谱装置。所有的设备不外乎包括一个产生中间体的手段，比如闪光光解}一个检测瞬态中间体的光源和一套探测及数据处理系统来观察与记录中间体吸收的变化。英国的M．Pollakoff~13，美国的E．wenz[2]、c．B．●国家自枯韩学基盘资助，车文于19gO年6胃收封。第3期瞬态红外激光光谱装置Moore($]和加拿大的D．M．Payaer[]都建立了类似的设备。一般时间分辨率为几十到几百毫微秒，探测吸收变化率10～10～，已可以用来研究在气相中所产生的活泼中间体。J．Reid[5]用放电法产生中间体，用二极管激光器做探测光源，响应时间1s，探测吸收的变化可达10一。1989年K．G．Spears[6]和R．M．Hochstrasser[]分别建立了微微秒瞬态红外光谱装置，已可在短到50ps时间内研究液相反应动力学。紧接着，R．M．Hochstrasser报导了时间分辨率达到30Ors的最新结果。这是目前此领域国际上水平最高的最激动人心的工作。无疑，将会揭示一系列凝聚态超快过程的实质，会出现许多新现象，提出许多新见解。我们实验室建立了国内第一台瞬态红外激光光谱装置，专门用来研究光解气相过渡金属羰基化合物的活泼中间体。该装置达到国际同类装置先进水平，已通过专家组技术鉴定。二、实验装置本装置包括红外探测光源、产生活泼中间体部分以及光谱信号探测和数据处理系统三个部分。整套装置见图1和照片(图2)。图1瞬态红外激光光谱装置示意图】一c0敲光器的球面反射镌曲率半径R：5mJI～J·一腔由外可谓或固定光栏c-Pqm=~U(三块)，闪耀睦长分别为d．8，5．3，6．O2一镀铝全反滕片M8一镀垒垒反膜片_!lf‘一多层介质膜肇外垒反膜片M．-CF2肇外d5。垒反，缸外最射膜片Gh一光学斩睦器，型号tEG＆G192Dt-lnSb~署(藏氯睁年)De-HgCdTe探器(藏氯抟却)F一红外鸯光片(4．5～5．6透过)P一光电二极臂2CUIcD，一缸外光柬发教器实线表示光曙，点缦表示电踌t．缸外探光源低温宽频带CO激光器作红外探测光源。它由四个主要部分组成：(1)激光高压稳流电源禺一最大输出电压为10kV，电流为10mA。(2)光学谐振腔光学谐振腔由闪耀光栅G和球面反射镜M，构成，激光谐振腔长2m，此外还有放电管反射镜Mt和真空罩等。’放电管长1．2m，内有流动的激活介质，外有盛液氮的杜瓦瓶，闪耀光栅G是不锈钢镀仪器仪表学报第船卷图2整套装置照片铝的原刻反射光栅150／mm，光栅面积(25×25)，共三块。球面反射镜_!If的曲率半径RI5m，G和M．采用自准直方式工作，G、M构成输出辋台系统，在转动光栅时保持输出光束不改变方向。真空罩能保持光学谐振腔处于真空状态，避免空气中水蒸气分子对红外光束的吸收和散射，