Квазиупругое светорассеивание в газоанализаторах. Эффект комбинационного светорассеивания (эффект Рамана)
При попадании монохроматической зондирующей световой волны на подвижные рассеивающиеся частицы происходит рассеивание световых волн.
Угол отклонения волны (а также доплеровский сдвиг частоты) зависит от массы частицы, энергии кванта света (длины волны) и рассчитывается по правилам геометрической оптики. Изменения параметров рассеянного излучения проявляются также в изменении его частотного спектра.
Абсолютный допплеровский сдвиг частоты рассеянного света составляет, в зависимости от характеристик рассеивающей среды, величину от единиц герц до 10 Мгц, и он может быть трансформирован в электрический сигнал. В газоанализаторах анализируется или угол отклонения волны, или частотный сдвиг.
Этот метод пока достаточно редко используется в практике медицинского приборостроения.
Эффект комбинационного светорассеивания (эффект Рамана)
Эффект Рамана широко используется в спектроскопии. Одним из возможных результатов взаимодействия кванта света и молекулы вещества может быть поглощение кванта и переход молекулы в возбужденное состояние. Обратный переход сопровождается излучением кванта, но уже другой, более низкой энергии и большей длины волны с разницей на величину молекулярного колебания.
Разница в энергии поглощенного кванта и кванта, переизлученного в результате комбинационного рассеивания, специфична для каждого газа. Измеряя интенсивность спектральных линий, можно определить концентрацию исследуемых газов в смеси.
Технология спектроскопии комбинационного рассеивания переживает период быстрого развития в связи с появлением дешевых и мощных лазеров и методов спектрального анализа. Принципиально новые разновидности метода с совершенно уникальными возможностями — спектроскопия гигантского комбинационного рассеивания, резонансное комбинационное рассеивание и др., обещают появление новых и более совершенных приборов.
Поглощение (абсорбция) зондирующего пучка света зависит от длины волны. На определенных длинах волн она многократно увеличивается (спектральные линии поглощения). Все газы имеют характерные спектральные характеристики (линии поглощения), что и позволяет их идентифицировать в газовой смеси по уменьшению интенсивности зондирующего света. Очевидно, что в этой системе излучатель или приемник должны обладать спектральной избирательностью.
Наиболее полно и гармонично возможности метода реализуются при применении лазерного излучателя. В не- лазерных спектрофотометрах избирательность по длинам волн достигается применением специальных фильтров.
Приборы, построенные по этому принципу, отличает простота, сравнительно высокая чувствительность и точность анализа, именно они и стали первыми массовыми медицинскими капнографами. Относительным недостатком этого метода является трудность получения высокой чувствительности, т.к. необходимость определения малого изменения интенсивности зондирующего света и сегодня представляет некоторые технические проблемы.