楊 雪

(吉林化工學(xué)院理學(xué)院，吉林吉林132013)

在化學(xué)反應(yīng)中會有多個化學(xué)反應(yīng)通道，生成不同的產(chǎn)物．通過化學(xué)方法可以人為控制反應(yīng)通道來獲得所需要的化學(xué)產(chǎn)物．目前較為普遍的改變化學(xué)反應(yīng)路徑的光化學(xué)方法是利用激光相位性質(zhì)的方法，主要有兩種．第一種方法是時間域方法，該方法由 Tannor和 Rice［1］提出，用于超短激光脈沖所產(chǎn)生的波包運動．這種方法可以獲取沿分子反應(yīng)路徑的勢能面很有價值的信息，但想從所得到的優(yōu)化光場中得到分子內(nèi)部的信息目前還很困難．第二種方法是由 Brumer和 Shapiro［2］提出來的相干控制方法，是在頻域上進行控制，利用兩束連續(xù)的長激光脈沖激發(fā)原子或分子使其從基態(tài)激發(fā)到終態(tài)．通過改變這兩束光的相位關(guān)系進而改變化學(xué)反應(yīng)的分支比［3-5］．

丁酮的分子式為C4H8O，具有CS對稱性，是一種重要的有機溶劑，在工業(yè)、醫(yī)藥等方面有著廣泛的用途．本文利用相干控制方法，實驗上以飛行時間質(zhì)譜為手段，研究了丁酮分子的光電離和解離反應(yīng)過程．

1 實驗方法

本實驗裝置主要由五部分組成，分別為激光器、飛行時間質(zhì)譜儀、配氣系統(tǒng)、相干控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，與之前所做的實驗［6］類似．丁酮的純度為99．8%，是從北京化工廠購置的商品試劑．實驗前系統(tǒng)要抽真空，實驗中使用的倍頻氣體為Xe，其純度高達99．995%，位相調(diào)制氣體為Ar，其純度為 99．99%，所用的激光波長為355 nm，能量為840 J/脈沖，通過 EMP2000激光功率計測量．

實驗中使用Nd:YAG晶體激光器，輸出光的波長為 1 064 nm，而 355 nm激光是由 KDP(KH2PO4)晶體經(jīng)過3倍頻后產(chǎn)生的，部分355 nm激光與其倍頻后所產(chǎn)生的118 nm激光共束，該光束通過調(diào)制腔的反射鏡反射到反應(yīng)室，并與分子束垂直交叉，由此產(chǎn)生的加速離子信號通過飛行時間質(zhì)譜儀接收．其輸出信號經(jīng)放大和甄別送入BOXCAR進行積分后數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)．通過改變兩光源的位相差，即通過調(diào)節(jié)Ar氣體壓強來控制末態(tài)產(chǎn)物．

2 結(jié)果與討論

沒有加載氣只有355 nm光存在時的質(zhì)譜如圖1(a)所示，118 nm光存在時丁酮的質(zhì)譜如圖1(b)所示．

Majumder等人曾對丁酮在多種波長的激光場作用下的多光子電離解離過程進行過分析研究［7-9］，結(jié)合本實驗得到的質(zhì)譜圖見圖1，丁酮分子在355 nm和118 nm共同作用的激光場中可能存在以下兩種電離解離過程:

圖1 (a)僅有355 nm光存在時丁酮的質(zhì)譜圖;(b)355 nm和118 nm光共同作用時丁酮的質(zhì)譜圖

過程2:同時部分母體離子直接解離，其解離碎片繼續(xù)吸收355 nm光子電離:

(4)式的電離閾為9．84 eV，可通過吸收3個ω1或吸收一個ω3電離．

圖2是通過函數(shù)y0+kx+Asin(fx+phi)分別對和CH3CO+的離子信號隨調(diào)制氣體壓強的變化曲線進行擬合后得到的．很明顯該變化曲線為正弦曲線，調(diào)制周期為Δp≈246．4±14Pa．將最大和最小的離子信號值分別帶入調(diào)制深度中得到

CH3CO+的調(diào)制深度

圖2 CH3 CO+和離子信號隨Ar氣壓強的變化曲線

當(dāng)改變355 nm和118 nm激光的位相差時，丁酮分子的光電離解離產(chǎn)物的產(chǎn)量隨之變化，因此得到了碎片離子CH3CO+和的調(diào)制深度，即實現(xiàn)了對它們的調(diào)制．達到了對丁酮分子反應(yīng)通道分支比的相干控制的目的．其中信號的獲得主要來自反應(yīng)通道(4)，是一個三光子過程．和CH3CO+的調(diào)制深度分別為22．74%和39．52%，在圖1中看到在沒有118 nm光存在時的信號較弱而CH3CO+的信號較強，另外，從圖2可知碎片離子CH3CO+比C的調(diào)制深度大，因此可以推測在母體離子的解離過程中反應(yīng)過程1起主要作用．

3 結(jié) 論

通過量子相干控制理論，利用飛行時間質(zhì)譜技術(shù)，對丁酮的電離解離過程進行控制，得到了丁酮在兩種波長的激光作用下的質(zhì)譜圖以及兩個碎片(CH+3和CH3CO+)的離子信號隨位相調(diào)制氣體Ar壓強變化的正弦曲線．提出了激光作用下丁酮分子的電離解離反應(yīng)機制，并初步實現(xiàn)了對丁酮分子體系的位相相干控制．

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