高靈敏度雷射光譜學

在許多雷射光譜學技術中，其解析度（即分辨本領）為原子或分子吸收線的都卜勒寬度所限制，這些光譜學稱為都卜勒限定光譜學。其中多數光譜方法具有很高的探測靈敏度，因而可以把它看作高靈敏度雷射光譜學。其主要內容簡介如下。

基本介紹

• 中文名：高靈敏度雷射光譜學
• 外文名：High sensitive laser spectroscopy
• 分類：光電流光譜學
• 類型：雷射光譜學

激發光譜學

在可見與紫外光譜區域的高靈敏度光譜學有激發光譜學。這種光譜技術的基本內容是在一定的體積內氣體樣品所吸收的雷射能量可以轉變為螢光能量，並藉助於螢光的探測、檢測吸收雷射能量的數量。利用這種手段可以探測等於或小於10-14的相對吸收。這比常規的吸收光譜學的靈敏度提高了許多個數量級。如果把吸收樣品放在雷射腔內，由於腔內的雷射功率很高，則探測靈敏度還能進一步提高。激發光譜學廣泛地套用於測量極小的吸收。但是激發光譜學的靈敏度隨著波長變長而降低,因而它並不適用於紅外區域吸收的探測,在紅外區域內，光聲光譜學更為可取。
同激發光譜密切相關的為雷射引起的螢光光譜學，這種光譜學技術在分析分子光譜結構，測量分子常數和躍遷幾率，研究碰撞過程或者確定化學反應中產物的量子態的分布等多方面都很有用。另外，它也是一種探測濃度極小的分子物質的靈敏技術。

光聲光譜學

在光聲光譜學中,氣體吸收的光子能量經碰撞轉變為氣體的熱運動能，使氣體的溫度與壓力均有所提高。當氣體的壓力高於1托時,分子吸收的雷射能量幾乎全部轉變為熱能。當以低於10千赫的頻率調製雷射光束時,吸收盒中便出現了周期性的氣壓變化,靈敏的拾音器能探測出這種變化，因而利用這種技術可以探測出微小的吸收，從而探測出極低的吸收分子濃度。例如，在探測大氣的污染中，可以測出0.2ppb的乙烯，0.4ppb的氨,10ppb的一氧化氮等。光聲光譜學也可套用於分子的高分辨光譜研究及測量分子的離解能等。

光電流光譜學

是另一種靈敏度很高但又很簡單的技術，它用於研究氣體放電的光譜。當雷射光束通過氣體放電區域並且雷射的頻率與放電區中的原子或離子的躍遷頻率重合時，有些原子或離子被激發了，因而有關能級上的粒子數目發生了變化。不同能級上的粒子的電離幾率不同，因之放電的電流也會發生變化，藉助於測量這種電流的變化便可導出被吸收光子的數目。這種方法的信噪比很高，因而其靈敏度也很高。光電流光譜學可以用來研究氣體放電中的碰撞過程，電離幾率等；也可以用於波長的定標，其精度約為0.001cm-1。

電離光譜學

原子或分子被紫外雷射或雙光子吸收激發後，可以躍遷到很高的激發態。這些激發態很接近電離極限，因而可以利用不同的電離技術（諸如光電離、碰撞電離和場電離）使激發了的粒子電離；並利用檢測離子的方法來測定所吸收的光子數目。這種光譜技術稱為電離光譜學。由於收集離子(或電子)的效率極高，電離光譜學就成為一種最靈敏的光譜探測技術。在精心選擇的條件下，甚至可以探測出一個原子來。
所有上述的高靈敏的光譜探測技術比起常規的吸收光譜，在探測相對吸收時，一般能把靈敏度的極限從大約10-5提高到10-19。這種進展是驚人的。