Экспертизы в судебном процессе (стр. 3 из 5)

H-O-D + h n₁

[H……O-D] H₂ + D₂O

H-O-D + h n₂

[D……O-H] D₂ + H₂O.

Если возбужденные лазером молекулы вступают в реакции после завершения процесса внутримолекулярного перераспределения энергии, то они, сохраняя колебательное возбуждение, легче вступают в химические реакции, чем другие молекулы, находящиеся в смеси с ними. Таким образом, оказывается возможным, используя лазерное излучение, создавать ансамбль колебательно-возбужденных молекул и проводить химические реакции, селективные по возбуждаемым лазером молекулам. Наиболее яркими примерами таких реакций являются реакции, используемые для разделения изотопов, когда в смеси изотопных молекул селективно возбуждают молекулы, содержащие определенный изотоп. Возбужденные молекулы вступают в реакции (реакции с межмолекулярной селективностью) со специально подобранными реагентами. В результате реакции образуются легко выделяемые из реакционной смеси, обогащенные по выбранному изотопу продукты. В настоящее время почти все современные технологические процессы разделения изотопов основаны на лазеро-химических реакциях с межмолекулярной селективностью.

Использование лазерного излучения нашло широкое применение в современной химии. Наряду с синтезом новых соединений была существенно улучшена технология получения известных соединений. Оказалось возможным а) использование более выгодного исходного материала, б) получение целевого продукта более высокого качества (например, за счет снижения количества побочных продуктов), в) уменьшение числа стадий получения целевого продукта, г) проведение сверхглубокой химической очистки исходных материалов (например, при получении материалов для микроэлектроники). Лазерные методы исследования позволили детектировать единичные атомы и молекулы, дистанционно определять следы химических соединений, исследовать сверхтонкую структуру спектров молекул и т.д.

В настоящее время на кафедре 23 сотрудника (3 доктора, 6 кандидатов наук); в составе кафедры имеется три лаборатории:

1. Лаборатория лазерного синтеза (зав. лабораторией – доцент Ф.Н. Путилин). Научные исследования посвящены изучению процессов взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом в твердой и жидкой фазе. С целью получения новых органических веществ исследуются механизмы лазерноиндуцированных реакций (2+2) циклоприсоединения. Синтезируются новые материалы с заданными свойствами при осаждении на различных подложках продуктов испарения исходных веществ эксимерными лазерами.

2. Лаборатория лазерной диагностики (зав. лабораторией – профессор Н.Б. Зоров). Предложен, теоретически обоснован и реализован на практике новый лазерный сверхчувствительный ионизационный метод анализа состава веществ. Метод основан на селективном возбуждении атомов, а также молекул, в состав которых входит определяемый элемент, с последующей ионизацией возбужденных молекул и детектированием образующихся ионов. Были достигнуты пределы обнаружения некоторых элементов, равные нескольким пикограмм содержания в 1 мл водного раствора. Развиваются методы лазерного высокочувствительного детектирования в жидкостной хроматографии. Проводятся работы по лазерному синтезу новых твердых углеродсодержащих материалов.

3. Лаборатория лазерной спектроскопии (зав. лабораторией – профессор Ю.Я. Кузяков). Для двухатомных молекул и их ионов создан банк данных радиационных характеристик. Данные банка позволяют рассчитывать, в широком диапазоне длин волн, мощности поглощения и испускания низкотемпературной плазмой, высоконагретых газов, звезд и межзвездной среды и т.п. Созданы модели описания знергетической структуры возбужденных молекул, учитывающие результаты экспериментальных исследований не только энергетических, но и радиационных и магнитных характеристик. Создание таких моделей оказалось возможным благодаря наличию прецизионных данных, полученных в результате применения лазерных источников света. Разработан новый лазерный внутрирезонаторный метод получения спектров свободных радикалов, основанный на помещении источника свободных радикалов в резонатор многомодового широкополосного лазера.

В последние годы во всем мире бурно развивается новый раздел лазерной химии: фемтохимия, т.е. химия при воздействии на молекулы лазерных импульсов фемтосекундной (10 ^–15 с) длительности. Одним из наиболее впечатляющих достижений фемтохимии является наблюдение спектров активных комплексов (переходного состояния), существование которых (в интервале времен 10 ^–11 – 10 ^–12 с) постулируется в любой кинетической теории химических реакций. В планах развития исследований на кафедре найдет отражение и это перспективное направление.

Прямая лазерная десорбция – масс-спектрометрия (LDMS)

Масс-спектрометрия с прямой лазерной десорбцией (англ. DirectLaserDesorption– MassSpectrometry– LDMS) – десорбционный метод ионизации, обусловленной воздействием лазерного излучения на поверхность нелетучей пробы. Термин «лазерная десорбция» используется в тех случаях, когда лазерное воздействие на поверхность образца ограничено лишь десобцией молекул, молекулярных радикалов и молекулярных ионов. Если же мощность лазерного излучения достаточна для диссоциации и ионизации продуктов лазерного воздействия (лазерной абляции), т.е. формирования пара атомарных ионов над поверхностью образца, в этом случае такая методика обычно называется лазерно-искровая масс-спектрометрия (ЛИМС) или просто лазерная микромасс-спектрометрия.

Этот метод активно развивался в 60–70-хх годах XX века. Идея была схожа с масс-спектрометрией вторичных ионов (англ. Secondaryionmass-spectrometry– SIMS) или FAB: чтобы получить пучок ионов, облучать поверхность нелетучей пробы лазерными импульсами. Кроме того ЛИМС стала популярной благодаря относительно простым требованиям к оптике и пробоподготовке, а также как микроаналитический метод. ЛИМС в приборном исполнении воплотилась в анализаторы под торговыми именами LIMA (Kratos, early Cambridge imstrument), LAMMA (leybold Heraeus).

Видоизмененный метод ЛИМС также используется для поверхностного картирования.

лазерно-искровая масс-спектрометрия (ЛИМС): элементный микроанализ

анализ объектов окружающей среды (например, измерение размера частиц)

полимерные поверхности

промышленные пробы

судебная экспертиза (напр. анализ волокон)

Криминалистам нередко приходится исследовать различные материалы, вещества, изделия. Их химический состав помогает установить спектральный анализ, высоко чувствительный и экономичный. При эмиссионном спектральном анализе вещество расшифровывают по излучению, которое испускают его атомы в плазме электрической дуги. Излучение фотографируют, запечатлевая атомный спектр испускания. Поскольку часто приходится иметь дело с микроколичествами вещества, эксперты прибегают к возбуждению атомов лучом твердотельного рубинового лазера. Так исследуют частицы металлов, стекол, краски. Для этого используются спектрографы и лаборатории атомного эмиссионного анализа.

ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, раздел оптич. спектроскопии, методы которого основаны на использовании лазерного излучения. Применение монохроматич. излучения лазеров позволяет стимулировать квантовые переходы между вполне определёнными уровнями энергии атомов и молекул (в спектроскопии, использующей нелазерные источники света, изучают спектры, возникающие в результате переходов между громадным числом квант. состояний атомов и молекул). Первые серьёзные лазерные эксперименты в спектроскопии были осуществлены после создания достаточно мощных лазеров видимого диапазона, излучение к-рых имеет фиксированную частоту. Они были использованы для возбуждения спектров комбинационного рассеяния света. Принципиально новые возможности Л. с. приобрела с появлением лазеров с перестраиваемой частотой. Л. с. позволила решить ряд важных задач, перед которыми спектроскопия обычных источников света была практически бессильна. Высокая монохроматичность излучения лазеров с перестраиваемой частотой даёт возможность измерять истинную форму спектр. линий вещества, не искажённую аппаратной функцией спектрального прибора. Это особенно существенно для спектроскопии газов в ИК области, где разрешение лучших пром. приборов обычного типа составляет 0,1 см^-1, что в 100 раз превышает ширину узких спектр. линий.

Временная и пространств. когерентность лазерного излучения, лежащая в основе методов нелинейной Л. с., позволяет изучать структуру спектр. линий, скрытую обычно доплеровским уширением, вызываемым тепловым движением ч-ц в газе. Благодаря высокой монохроматичности и когерентности излучение лазера переводит значит. число ч-ц из основного состояния в возбуждённое. Это повышает чувствительность регистрации атомов и молекул – в 1 см³ в-ва удаётся регистрировать включения, состоящие из 10² атомов или 10¹⁰ молекул. Разрабатываются методы регистрации отд. атомов и молекул.