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利用微型100GHz光谱仪检测激光挥发盐分

DOI：10.1021/acs.jpca.9b10548 期刊：The Journal of Physical Chemistry A 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 旋转跃迁是分子种类（包括同位素异构体）的独特标识符。本文描述了利用微型傅里叶变换毫米波（FTmmW）腔体光谱仪对两种激光挥发盐类（NaCl和KCl）进行的旋转态检测，该技术未来可用于野外或太空环境中的固体成分测量。这两种盐类是外太阳系冰卫星的重要探测目标，原则上FTmmW仪器也可分析其他分子固体。通过将光谱仪与碰撞冷却激光烧蚀源耦合：(a)我们证明FTmmW仪器灵敏度足以检测烧蚀产物；(b)利用FTmmW腔体的小型化特性沿载气束流测量烧蚀产物信号。研究发现对于532纳米纳秒脉冲，烧蚀分子在载气射流中呈广泛分散状态。除微型光谱仪结果外，我们还提供了多项表征激光烧蚀过程的补充测量数据：当脉冲能量介于10至30毫焦耳时，烧蚀产物产率呈线性增长，每30毫焦耳脉冲约产生10^12个盐分子。质谱分析显示NaCl、KCl和LiCl烧蚀羽流中存在Li+、Na+和K+离子，表明挥发性物质发生解离（未观测到盐离子如NaCl+）。但采用800纳米飞秒激光脉冲时，会产生三原子离子团簇Li2Cl+、Na2Cl+和K2Cl+。最后观察到纳秒脉冲存在不完全挥发现象：部分喷射物为液滴形态。这些实验获得的烧蚀羽流物理特性认知，将为未来激光挥发技术的实施提供指导。
作者： Alexander W. Raymond，Kin Long Kelvin Lee，Michael C. McCarthy，Brian J. Drouin，Eric Mazur
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究使用微型傅里叶变换毫米波（FTmmW）腔体光谱仪原位检测激光挥发盐类（氯化钠和氯化钾）的可行性——该应用与外太阳系冰质卫星相关，并对激光烧蚀过程进行表征。

研究成果

该研究表明，使用微型FT毫米波光谱仪对激光气化盐进行原位检测具有可行性，这对冰卫星探测具有重要意义。该仪器在识别分子组成方面的特异性可补充质谱分析。未来工作应改进激光烧蚀源以提高气化产率，并探索有机分子的检测。

研究不足

研究发现纳秒脉冲存在不完全汽化现象，导致喷射物中出现液滴。据估算纳秒脉冲的电离分数较低（10^-7至10^-6），且质谱中未检测到盐离子使得结果解读更为复杂。未来改进应着眼于实现更彻底的固-气相转化。

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