CS254540B1 - Způsob určování relativní koncentrace atomů neutrální rtuti v monokrystalech chloridu rtutnatého Hg2CI2 - Google Patents

Abstract

Je řešena metoda umožňující bez nutnosti předběžného opracování monokrystalů chloridu rtuEného detekovat a určovat relativní koncentraci atomární rtuti. Monokrystal HgjC^ se v kryostatu ochladí na 78 K. Poté se na něj působí ultrafialovým světlem vlnové délky 305 nm. Fotonásobičem se změří intenzita vybuzené modré luminiscence na vlnové délce 397 nm. Pak se na monokrystal působí ultrafialovým světlem vlnové délky 336 nm a změři se intenzita vybuzené zelené luminiscence na vlnové délce 501 nm. V obou případech musí mít ultrafialové světlo stejnou intenzitu a naměřené intenzity musí být vztaženy na stejný interval vlnových délek luminiscence. Stanoví se poměr P intenzity vybuzené modré luminiscence k intenzitě vybuzené zelené luminiscence a relativní koncentrace C atomů neutrální rtuti se urči podle empirického vztahu . C = 4.10- p.

Description

Vynález se týká způsobu určování relativní koncentrace atomů neutrální rtuti v technicky velmi perspektivních monokrystalech chloridu rtutného Hg₂Cl₂, a to do 10 ⁴ mol. % této relativní koncentrace, které se vlivem ozáření ultrafialovým zářením (dále světlem) rozkládají na atomární rtuť a chlorid rtutný Hg₂Cl₂· Tyto produkty i v malé koncentraci snižují kvalitu optických elementů vyráběných z chloridu rtutného Hg₂Cl₂, nebot způsobují absorpci i rozptyl světla, které těmito elementy prochází.

Dosavadní způsob kontroly vyráběných monokrystalů chloridu rtutného Hg₂Cl₂ využíval Tyndallův jev, to je měřeni intenzity rozptýleného světla na nehomogenitách krystalu. Rozptýlené světlo se měřilo ve směru kolmém ke směru procházejícího svazku světla. Měření tudíž nutně vyžadovalo, aby měřený krystal měl leštěné minimálně tři různé plochy, které vzájemně svíraly úhel 90°. Přitom přesné opracování a leštění ploch krystalu je značně náročnou operací. Navíc postupným vylepšováním technologie růstu krystalů byly v současné době vyrobeny krystaly, které Tyndallův jev vůbec nevykazují a není tedy možné přímou metodou nehomogenity krystalu, které mají atomární rozměry, zjistit.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje způsob určování relativní koncentrace neutrální rtuti v monokrystalech chloridu rtutného Hg₂Cl₂ podle vynálezu. Jeho podstatou je, že se nejprve monokrystal chloridu rtutného Hg₂Cl₂ ochladí v kryostatu, například tekutým dusíkem, na teplotu 78 K. Na ochlazený monokrystal chloridu rtutného Hg₂Cl₂ se působí ultrafialovým světlem o vlnové délce 305 nm a o konstantní intenzitě. Poté se pomoci fotonásobiče změří intenzita vybuzené modré luminiscence atomů neutrální rtuti na vlnové délce 397 nm.

Následně se na monokrystal chloridu rtutného Hg₂<21₂ působí ultrafialovým světlem o vlnové délce 336 nm a o konstantní intenzitě stejné velikosti jako u ultrafialového světla o vlnové délce 305 nm. Fotonásobičem se změří intenzita vybuzené zelené luminiscence excimerů rtuti na vlnové délce 501 nm. Obě naměřené hodnoty intenzit jsou vztaženy na stejný interval vlnových délek luminiscence.

Z naměřených hodnot intenzit se stanoví poměr P intenzity vybuzené modré luminiscence k intenzitě vybuzené zelené luminiscence. Tento poměr P je závislý na koncentraci C atomů neutrální rtuti v monokrystalu chloridu rtutného Hg₂Cl₂ podle empirického vztahu

C = 4 . 10^-4 . P.

Výhodou tohoto vynálezu je, že tato metoda je schopna jako jediná detekovat a určovat relativní koncentraci atomární rtuti, to je atomů neutrální rtuti v monokrystalech chloridu -4 rtutného s koncentracemi nižšími než 10 mol %. Tato metoda je nedestruktivní, nevyžaduje žádné předběžné opracování krystalů, jako například řezání a leštění, což je velice výhodné, nebod doba nutná pro opracování krystalu k měření Tyndallova jevu činí obvykle 7 až 8 hodin. Vzhledem k tomu, že v závislosti na kvalitě technologie vyráběných monokrystalů obsahují vyrobené monokrystaly již bez předchozího ozáření ultrafialovým světlém jisté malé množství nečistot typu rtuti Hg a chloridu rtutnatého HgCl₂, lze navrženým způsobem kontrolovat jakost těchto vyráběných monokrystalů a na základě této kontroly modifikovat technologii jejich růstu.

Uvedený způsob určování relativní koncentrace atomů neutrální rtuti v monokrystalu chloridu rtutného Hg₂Cl₂ využívá luminiscenčního jevu, který v monokrystalu vykazuje neutrální rtut v malé koncentraci.

Bylo zjištěno, že atomy neutrální rtuti v malé koncentraci vykazují při teplotě 78 K modrou luminiscenci, jejíž intenzita závisí na jejich koncentraci. Při vyšších koncentracích atomů rtuti se tyto atomy sdružují ve dvojice a při vybuzení ultrafialovým světlem jednoho z atomů rtuti vzniká tzv. excimer rtuti, jehož luminiscence se při teplotě 78 K pozoruje v zelené části spektra. Intenzita zelené luminiscence rovněž závisí na koncentraci excimerů rtuti. Měřením absolutní hodnoty intenzity modré nebo zelené luminiscence chloridu rtutného je tedy možno určit i koncentraci neutrální rtuti v krystalu. Vzhledem k tomu, že absolutní měření intenzity luminiscence je velmi obtížné, je vhodné podle uvedené metody měřit poměr intenzit zelené a modré luminiscence, jehož závislost na koncentraci rtuti byla stanovena experimentálně. Protože absolutní koncentraci atomů neutrální rtuti v chloridu rtutném není zatím žádnou ze známých fyzikálních nebo chemických metod možno určit, umožňuje navrhovaná metoda určovat pouze relativní koncentraci, přičemž metoda je použitelná, jak bylo zjištěno výpočtem, pro koncentrace menší než 10 mol % atomů neutrální rtuti Hg.

Konkrétně se při použití způsobu určování relativní koncentrace atomů neutrální rtuti v monokrystalu chloridu rtutného Hg₂Cl₂ podle vynálezu postupuje takto.

Monokrystal, v němž se určuje relativní koncentrace atomů neutrální rtuti, se ochladí v kryostatu například tekutým dusíkem na teplotu 78*K. Modrá luminiscence, jejíž maximální intenzita leží u vlnové délky 397 nm, se vybudí ultrafialovým světlem s vlnovou délkou 305 nm. Pomocí fotonásobiče se změří intenzita této modré luminiscence atomů neutrální rtuti na vlnové délce 397 nm a získá se hodnota I (397) . Zelená luminiscence excimerů rtuti, jejíž maximální intenzita leží u vlnové délky 501 nm, se vybudí ultrafialovým světlem s vlnovou délkou 336 nm. Pomocí fotonásobiče se změří intenzita této zelené luminiscence na vlnové délce 501 nm a získá se hodnota I (501). Poté se vypočte poměr P = 1(501):1(397). Přitom je nutno dbát toho, aby měření intenzity modré luminiscence 1(397) a intenzity zelené luminiscence

1(501) mělo budicí ultrafialové světlo luminiscence stejnou intenzitu vyjádřenou v jednotkách

Wcm . Hodnoty intenzit 1(397) a 1(501) jsou vztaženy na stejný interval vlnových délek luminiscence, například při měření intenzity luminiscence pomocí mřížkového monochromátu je konstantní šířka štěrbiny 4 nm. Pro měření obou intenzit 1(397) a 1(501) je třeba znát spektrální citlivost detekční části zařízení.

Relativní koncentrace C atomů neutrální rtuti v chloridu rtutném se určí z empirického vztahu:

C = 4.10 .P (mol. % Hg).

Tento vztah platí v uvedeném tvaru pro hodnoty poměru P rovné nebo menší než 0,38, to je pro koncentrace rtuti menší než 1,5.10 mol %. Přitom nejdokonalejší monokrystal, na kterém byl poměr P měřen, měl hodnotu P = 0,08. Znamená to tedy, že z hlediska optického využití vyráběných monokrystalů chloridu rtutného Hg₂Cl₂, by tyto monokrystaly měly mít hodnotu P = 0,1.

Metoda popsaná ve vynálezu byla vyzkoušena na monokrystalech chloridu rtutného Hg₉Cl₉ _4 z z pro různé koncentrace atomů neutrální rtuti menši nez 10 mol %, které byly v monokrystalech vytvořeny definovaným fotochemickým rozkladem při jejich ozařování ultrafialovým světlem za teploty místnosti. Výsledky určení relativní koncentrace atomů neutrální rtuti se neliší od hodnoty skutečné o více než 5 %, což je přesnost měření intenzity luminiscence a tudíž i popsané metody.

Uvedený způsob podle vynálezu může být využit u všech výrobců monokrystalů chloridu rtutného ke kom:role jakosti vyráběných monokrystalů, dále všechna pracoviště zabývající se konstrukcí a výrobou optických elementu < monokrystalů chloridu rtutného Hg₂Cl₂ a dále pak na pracovištích zabývajících se základním výzkumem optických vlastností chloridu rtutného a ke kontrole stadia fotorozkladu chloridu rtutného Hg₂Cl₂, ke kterému došlo během měření.

Claims (1)

1. předmEt vynálezu

   Způsob určování relativní koncentrace atomů neutrální rtuti v monokrystalech chloridu rtutného Hg₂Cl₂ do 10 mol. * réte relativní koncentrace vyznačující se tím, že monokrystal chloridu rtutného dg <11- se ochladí v kryostatu na teplotu 78 K, na ochlazený monokrystal chloridu rtutného Hg₂Cl₂ se působí ultrafialovým světlem o vlnové délce 305 nm a o konstantní intenzitě, načež se pomocí fotonásobiče změří intenzita vybuzené modré luminiscence na vlnové délce 397 nm, poté se na monokrystal chloridu rtuťného Hg₂Cl₂ působí ultrafialovým světlem o vlnové délce 336 nm a o konstantní intenzitě stejné velikosti jako u ultrafialového světla o vlnové délce 305 nm, načež se opět pomocí fotonásobiče změří intenzita vybuzené zelené luminiscence na vlnové délce 501 nm, přičemž hodnoty naměřených intenzit jsou vztaženy na stejný interval vlnových délek luminiscence a z těchto naměřených intenzit se stanoví poměr intenzity vybuzené modré luminiscence k intenzitě vybuzené zelené luminiscence, který je závislý na koncentraci atomů neutrální rtuti v monokrystalu chloridu rtuťného Hg₂Cl₂.