用静电六极杆装置研究气态三氯甲烷分子在外电场中的转动态选择

【摘要】：在分子动力学研究中,制备具有特定量子转动态的分子体系对于认识分子超快过程具有十分重要的意义,在很多超快动力学实验中,尽可能的选择少数甚至单一的量子态,可以更直观地了解分子内部微观的反应过程,而且可以降低实验分析的难度和减少繁琐的数据处理过程。分子转动态选择一般是利用非均匀静电场装置来进行研究的,在此研究中非均匀静电场是通过静电六极杆装置实现的。静电六极杆装置在国内的应用还是比较少的,其主要原理是利用六个电极均等在圆周上排列,各个电极交替接上正负高压,可以产生在轴向上具有圆柱对称性的非均匀电场,分子在这个外场中能级会发生劈裂,即所谓的斯塔克效应,其中具有正斯塔克效应状态的分子将在分子束轴向经受一个向轴会聚的线性作用力,而具有负斯塔克效应状态的分子则经受一个背离轴的发散作用力。通过这种作用,再结合超声分子束的应用,实现了对处于不同量子态的分子的转动态选择。 本文是利用静电六极杆装置结合飞秒脉冲激光对气态三氯甲烷分子的转动态选择进行研究。我们实验用的六极杆长度是50cm,圆杆半径为3mm,装置半径为6 mm。通过逐步改变静电六极杆装置上的电压可以改变分子的转动态选择。激光波长为800 nm,重复频率为10Hz,利用飞秒激光使分子电离解离,通过飞行时间质谱我们可以探测到离子信号的强度,这样我们可以得到离子信号强度随六极杆电压的变化情况,再根据实验室已经建立的理论方法和计算程序,我们模拟出在相同条件下的分子各个转动态的聚焦情况,与实验结果相拟合,可以推断出实验中所选择到的转动态。 在六极杆参数确定的情况下,分子转动态的选择不仅与加于六极杆上的电压有关,还与分子束的速度有直接关系,因此我们选择了两个不同的载气压强以改变分子束的速度,探测并模拟出在不同速度下分子的转动态选择情况,通过对比拟合的结果我们发现在不同的速度下,分子所选择的转动态也是不一样的,而且分子速度越高,每个转动态的聚焦电压也越大。 【关键词】：飞秒激光 静电六极杆 斯塔克效应 聚焦 转动态选择
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：O561
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 激光发展简史10
• 1.2 分子在激光场下的各种行为10-12
• 1.3 斯塔克效应（Stark Effect12-13
• 1.4 静电六极杆装置（Hexapole）原理13-19
• 1.4.1 分子束聚焦和量子态选择13-14
• 1.4.2 静电六极杆装置介绍14-17
• 1.4.3 对称陀螺分子在理想六极杆电场中动力学过程17-19
• 1.5 超声分子束19-20
• 1.6 飞行时间质谱（TOM-MS）原理20-22
• 第二章 实验系统22-32
• 2.1 激光系统23-24
• 2.2 真空系统24-25
• 2.3 配气系统25
• 2.4 选态聚焦系统25-26
• 2.5 飞行时间质谱系统26-29
• 2.6 数据探测和采集系统29-32
• 第三章 三氯甲烷分子态选择研究32-45
• 3.1 样品介绍32-33
• 3.2 实验具体条件和过程33
• 3.3 实验结果与分析33-40
• 3.3.1 分子束速度为320 m/s 时CHCl3 的态选择结果33-37
• 3.3.2 分子束速度为400 m/s 时CHCl3 的态选择结果37-40
• 3.4 实验对比及误差分析40-45
• 第四章 总结和展望45-47
• 参考文献47-52
• 致谢52

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