分析化學(xué)9.6-激光分離課件

2024/1/2第九章

分析測定中常用的分離方法第六節(jié)激光分離法6.6.1激光光解提純稀土元素6.6.2激光引發(fā)分離稀土元素6.6.3激光分離同位素2024/1/2激光分離法

激光分離(laserseparation)法是一種嶄新的分離技術(shù)，在高純材料中雜質(zhì)的分離、稀土元素的分離，以及同位素分離方面有著重要應(yīng)用。2024/1/26.6.1激光光解提純稀土元素

原理：用高能電子束使真空室內(nèi)的待提純金屬蒸發(fā)，然后用高選擇性激光束照射金屬蒸氣，使之選擇性激勵(lì)并離子化，然后將其捕集分離在電極上，達(dá)到提純目的?？色@得純度相當(dāng)高的稀土金屬。

日本NRIM成功地用此法提純蒸氣相中含1at%Pr的Nd，它是將Nd選擇激勵(lì)，并沉積在電極上，得到為1000nm厚的膜，然后用SIMS法對此膜進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)Pr以指數(shù)減少，達(dá)到Pr/Nd=1/100000。說明激光精煉有顯著的提純效果。2024/1/26.6.2激光引發(fā)分離稀土元素

基本原理：利用液相體系中稀土元素之間吸收光譜的差異，并且吸收峰的形狀比較窄。當(dāng)稀土元素受到激光照射時(shí)，就會產(chǎn)生光氧化還原反應(yīng)：

由于氧化還原態(tài)的變化，就會引起諸如溶解度、可萃性或反應(yīng)性等化學(xué)性質(zhì)的改變，因而可利用適當(dāng)化學(xué)方法（如沉淀、萃取等）來加以分離。2024/1/2分離實(shí)例用308nmXeCl準(zhǔn)分子激光照射Ce3+水溶液，光解4f-5d電子帶，產(chǎn)生光氧化作用：

產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)[Ce3+(H2O)]*很容易被周圍分子猝滅。游離基的存在，能迅速把Ce4+

又還原為Ce3+，量子產(chǎn)率很低。加入碘酸鹽，因?yàn)镃e4+能被IO3-沉淀，又有助于光子選擇性氧化Ce３+：

量子產(chǎn)率顯著提高，在鈰與鑭的混合液中獲得分離系數(shù)為

＝5.6。2024/1/26.6.3激光分離同位素

1970年底S.W.Mayer等進(jìn)行了振動(dòng)激勵(lì)的同位素激光分離的第一次嘗試。用2.7

m氟化氫氣體激光照射甲醇－溴分子體系，在殘留物中氘甲醇被濃縮了。

優(yōu)點(diǎn)：分離效率高、能耗少、成本低、較靈活等。

例：美國利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室用二步光電離法分離235U，一次就可以把天然鈾中的235U的含量從0.71％提高到60％，而氣體擴(kuò)散法一次只能濃縮到0.72％。

2024/1/2激光分離同位素的基本原理

由于同位素在原子光譜或分子光譜中反映出來的微小差別，即同位素位移效應(yīng)。利用激光所具有的高度單色性、很高的光強(qiáng)以及波長連續(xù)可調(diào)的特性，選擇性地激發(fā)同位素混合物中的某一種同位素，而不激發(fā)另外其他的同位素。由于受激的同位素分子（或原子）在物理和化學(xué)性質(zhì)上差別較大，故再采用適當(dāng)?shù)奈锢砘蚧瘜W(xué)過程，便能使它們完全地分離開來。2024/1/2激光分離同位素需滿足三個(gè)基本條件：（1）有可被利用的原子或分子的光譜同位素位移；（2）有與給定波長相匹配的激光器；（3）有合適的物理或化學(xué)方法把受激的同位素在能量大量轉(zhuǎn)移之前就分離開來。激光分離同位素的方法：光分解法光化學(xué)法光電離法2024/1/2(1)光分解法

離解過程的原理：設(shè)有同位素分子AB和A‘B，先用頻率

１的激光選擇性激發(fā)同位素組份AB，由于AB被振動(dòng)激發(fā)后，分子對稱性發(fā)生改變，使其電子躍遷率增加，也就是說受激同位素分子AB＊離解能降低，然后用頻率為

２的激光（或其他紫外光源）照射，使受激分子AB＊進(jìn)一步分解成A和B。2024/1/2分離實(shí)例

例如：用紅外CO2激光和紫外準(zhǔn)分子激光分解分離12CF3I和13CF3I的實(shí)驗(yàn)中，離解的選擇性大于100。美國聯(lián)合化學(xué)公司光物理部哈特福德(Hartford)等人報(bào)道了用紅外多光子解離三氟甲烷(CF3H)氣體。用脈寬為150ns，聚焦的能量密度為100J·cm-2的TEACO2激光照射CF3H和CF3D混合物，結(jié)果CF3D離解成CF2和振動(dòng)激發(fā)態(tài)DF，而CF3H卻不受影響，最高濃集系數(shù)接近10000。2024/1/2(2)光化學(xué)法

AB＋C

AC＋B反應(yīng)速率為R當(dāng)用激光激發(fā)反應(yīng)物之一AB后，AB＊＋C

AC＋B，反應(yīng)速率為R'大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，R‘/R

100。如果AB是同位素分子A1B、A2B的混合物，則可用激光選擇激發(fā)A1B

A1B*，它參加這個(gè)反應(yīng)的速率比A2B的反應(yīng)速率快100倍以上，即可得到A1濃縮的反應(yīng)產(chǎn)物。2024/1/2分離實(shí)例

通過用連續(xù)波染料激光輻射同位素選擇性電子激發(fā)ICl分子進(jìn)行光化學(xué)分離35Cl和37Cl。在ICl選擇性光加成到乙炔上去的情況下，在光加成產(chǎn)物C2H2ICl中，37Cl的濃集因素達(dá)到100。兩種穩(wěn)定氯同位素都可以從天然樣品出發(fā)，一步濃縮到97%以上的純度。美國洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室德伯特(Depoorter)等人報(bào)道了在液相體系中用激光分離了氧同位素。分別用455nm和448nm波長的染料激光照射含有UO2F2，HF，H2O和大量過剩的CH3OH溶液，選擇性引發(fā)了氧化還原過程，從而使18O獲得了濃集。2024/1/2課程結(jié)束結(jié)束讓知識陪伴您一生！賣油翁下課了，回顧學(xué)習(xí)一個(gè)小故事吧！學(xué)習(xí)目標(biāo)1、復(fù)述故事，深入理解文章內(nèi)容，初步把握人物形象。2、學(xué)會利用文中關(guān)鍵詞句分析人物形象。3、體會文章所揭示的深刻道理。故事發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、人物、事件的起因、經(jīng)過和結(jié)果要復(fù)述清楚?？磮D復(fù)述課文內(nèi)容自學(xué)指導(dǎo)(一)1、作者運(yùn)用哪幾種方法去刻畫人物的形象？從文中找出具體句子進(jìn)行分析。并說說你是如何看待這兩個(gè)人物的。2、從這個(gè)故事中你懂得了什么道理？自學(xué)指導(dǎo)(二)陳堯咨（善射）賣油翁（善酌）動(dòng)作神態(tài)語言睨之無他，但手熟爾以我酌油知之我亦無他，惟手熟爾汝亦知射乎吾射不亦精乎爾安敢輕吾射釋擔(dān)而立但微頷之取置覆酌瀝性格:自矜（驕傲）謙虛對比道理:熟能生巧,即使有什么長處也不必驕傲自滿。忿然笑而遣之笑而遣之1、聯(lián)系生活、學(xué)習(xí)，說說熟能生巧的事例。

2、你認(rèn)為一個(gè)人應(yīng)該如何看待自己的長處？又如何看待他人的長處？課外延伸人外有人，天外有天。取人之長，補(bǔ)己之短。自滿人十事九空，虛心人萬事可成。謙受益，滿招損。三人行，必有我?guī)熝?。擇其善者而從之，其不善者而改之。驕傲自滿是我們的一座可怕的陷阱；而且，這個(gè)陷阱是我們自己親手挖掘的。

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老舍

尺有所短；寸有所長。物有所不足；智有所不明。

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