HS离子AA态光谱分析及光解离动力研究

摘要

本论文工作主要是考察H<,2>S<'+>离子A<'2>A<,1>态的光谱和光解离动力学，同时，围绕这项工作还开展了峰形参量法来获取光解碎片平动能分布，飞行时间质谱的空间电荷效应以及CO<'+>(A<'2> ∏<,1/2,3/2>-X<'2>∑<'+>)的激光诱导荧光(LIF)激发谱。H<,2>S<'+>离子A<'2>A<,1>电子态的光谱和光解离动力学(1)．用一束波长为302.50nm的激光，通过H<,2>S分子的(2+1)共振增强多光子电离(REMPI)过程制备纯净和布局单一的母体离子H<,2>S<'+>X<'2>B<,1>(000)，同时，用另一束可调谐激光将H<,2>S<'+>离子激发至预解离态A<'2>A<,1>，利用飞行时间(TOF)质谱监测解离碎片S<'+>离子强度随光解光波长的变化，在317-420nm(～23800-31500cm<'-1>)波长范围内获得了H<,2>S<'+>离子A<'2>A<,1>态PHOFEX光谱。观测到了H<,2>S<'+>离子A<'2>A<,1>←X<'2>B<,1>跃迁在解离势垒以上的振转谱带，这些谱带都是前人未作研究的。通过PHOFEX谱的振动标识，获得了振动光谱参数，并对振动谱带(1，7,0)K=2，(0，9，0)K=3，(0，10,0)K=2和(0，11，0)K=0进行了转动分析，得出了相应的转动光谱参数。 (2)．实验给出了解离碎片S<'+>信号的出现势为23840±1cm<'-1>，并观测到了解离态的能级寿命较长所导致解离碎片S<'+>的TOF质谱峰具有明显的非对称性，根据推导的公式拟和得出其寿命最长～0.75 μs，我们将此现象归因于解离势垒以下隧道效应所导致，据此估计出解离势垒的高度为24580±130cm<'-1>。在解离势垒以上，我们根据转动谱线线宽估算出能级寿命，发现能级寿命随激发能量的增加变化不大，约为10ps。 (3)．通过拟和碎片S<'+>的TOF质谱峰形，获得了解离碎片的总平动能E<,T>和各向异性参数β的大小。发现平动能E<,T>随着光解光的能量近线性增加，并由此估算出解离能D<,0.(S<'+>-H<,2>)～23494cm<'-1>。另外，当激发能量达到30760cm<'-1>附近时(谱带(0，13,0)K=1)，观测到了v=1的H<,2>振动激发，并粗略估算生成v=0和v=1的H<,2>各占70％和30％。 (4)．实验观测到在谱带(0,V<,2>,0)K=1(V<,2>=8-13)系列中，存在有1-2根转动谱线，不但其谱线线宽偏大，而且其对应的解离碎片S<'+> TOF质谱峰为双峰(此时解离光偏振方向与TOF轴线方向平行)，目前我们还不知道产生这一现象的确切机理。 (5)．根据实验结果，我们讨论了H<,2>S<'+>离子A<'2>A<,1>态的解离通道和预解离机理。在我们研究的光解能量范围，可以存在两个解离通道，S<'+>(<'4>S<,u>)+H<,2>(<'1>∑<,8><'+>)和SH<'+>(<'3>∑<'->)+H(<'2>S<,g>)，但是实验上只观测到了碎片S<'+>信号，而没有观测到明显的SH<'+>信号。实验结果的分析表明，通道S<'+>的解离机理分为两个部分：a．在线性势垒附近，解离机理为A<'2>A<,1>态可以直接通过与排斥态<'4>A<,2>自旋-轨道耦合，然后延着<'4>A<,2>解离生成S<'+>(<'4>S<,u>)+H<,2>(<'1>∑<,g><'+>)，也可以通过电子一振动相互作用(Renner-Teller效应)耦合到基态。X<'2>B<,1>，然后X<'2>B<,1>耦合到<'4>A<,2>解离；b．在离线性势垒比较高的区域，主要是A<'2>A<,1>直接与<'4>A<,2>通过自旋-轨道耦合，延着<'4>A<,2>解离。 峰形参量法来获取光解碎片的平动能分布由于在魔角条件下测量的TOF质聘峰形与光解碎片的角分布无关，因而便于用含待定参数的平动能分布函数去拟合质谱峰形来获取光解碎片的平动能分布。与通常的拟合法不同，本论文提出一种峰形参量法，只需通过测量TOF峰形的半高宽(t<,I/2>)、四分之一高宽(t<,1/4>)和四分之三高宽(t<,3/4>)，便可借助论文中提供的曲线图或解析式得出碎片平均平动能，平动能分布特征宽度以及描述实验装置本身的特征峰宽等。处理过程中，平动能分布及实验装置峰形均采用相应的高斯分布函数描述。 飞行时间质谱中的空间电荷效应研究在分子多光子电离实验中，发现母体离子的TOF质谱峰随激光强度的提高而展宽，我们将此现象归因于离子团内离子间库仑排斥作用的空间电荷效应所致。为此，我们基于一个简单的理论模型进行推演，得到飞行时间质谱峰的半高全宽(FWHM)与激光能量、样品气体的分压比、电极板的总电压、离子质量及所采用的透镜聚焦焦距之间关系的解析表达式，所得的结果能够很好地说明实验现象。CO<'+>(A<'2>∏<,1/2,3/2>-X<'2>∑<'+>)的激光诱导荧光(LIF)激发谱用一束波长为230nm的激光，通过CO分子的(2+1)REMPI过程制备CO<'+>离子基电子态X<'2>∑<'+>，随后引入另一束可调谐激光将CO<'+>离子激发至A<'2>∏<,1/2,3/2>态，利用光电倍增管(PMT)检测发射的荧光信号强度随激发光波长的变化，分别在487-493nm和453-459nm波长范围内获得了CO<'+>离子A<'2>∏<,1/2,3/2>-X<'2>∑<'+>的(0-0)和(1-0)带激发谱。尽管CO<'+>离子的LIF光谱己知，但是作为对离子光谱研究方法的一个有益尝试，我们发现这一方法仅适用于电离截面比较大的分子。

目录

文摘

英文文摘

声明

绪论部分

第1章引言

1.1 H2S+离子A2A1态光谱研究综述

1.2 H2S+离子A2A1态解离动力学研究综述

1.3 H2S+离子的产生方法

1.4涉及的实验技术简介

1.4.1共振增强多光子电离(REMPI)

1.4.2激光诱导荧光(LIF)

1.4.3时间飞行质谱(TOF-MS)

1.5本工作的思路和特色

第2章实验装置及实验条件

2.1实验装置

2.1.1实验装置

2.1.2仪器和样品

2.2实验条件

2.2.1 H2S+离子A2A1态光谱和光解离动力学

2.2.2 CO+离子(A2Πi-X2∑+)的LIF激发谱

2.2.3飞行时间质谱中的空间电荷效应

第3章实验数据分析的理论依据

3.1光谱分析的相关理论

3.1.1非对称陀螺分子转动能级的谱项

3.1.2非对称陀螺分子转动能级的对称性和自旋统计权重

3.1.3非对称陀螺分子的跃迁选择定则

3.1.4线形-弯曲跃迁的选择定则判断

3.1.5转动跃迁的谱线强度计算

3.1.6H2S+离子中的Renner-Teller效应处理

3.2从飞行时间质谱获取解离平动能分布和各向异性参数

3.2.1前言

3.2.2基本关系式

3.2.3峰形参量法和各量的无量纲化

3.2.4在魔角处的结果和讨论

3.2.5在非魔角处的结果和讨论

第4章实验结果和讨论

4.1 H2S+离子A2A1-X2B1光谱振动和转动分析

4.1.1母体离子H2S+的制备和光解碎片离子S+的探测

4.1.2H2S+离子A2A1态光碎片激发谱的振动分析

4.1.3 H2S+离子A2A1态光碎片激发谱的转动分析

4.2 H2S+离子A2A1态的光解离动力学

4.2.1非对称的飞行时间(TOF)质谱峰和能级寿命

4.2.2解离碎片S+飞行时间（TOF）质谱峰分析

4.2.3光解离机理的讨论

4.3本章小结

第5章其他相关工作

5.1飞行时间质谱中的空间电荷效应

5.1.1前言

5.1.2实验现象

5.1.3理论模型

5.1.4买验结果和讨论

5.2 12C16O+(A2Πi-X2∑+)的激光诱导荧光(LIF)激发谱

5.2.1前言

5.2.2 CO+离子的制备和荧光检测

5.2.3实验结果和分析

5.2.4小结

附录

结束语

致谢

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