CS254540B1

CS254540B1 - Method of Determining the Relative Concentration of Neutral Mercury Atoms in Hg2Cl2 Mercury Chloride Monocrystals

Info

Publication number: CS254540B1
Application number: CS863189A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Bryknar
Original assignee: Zdenek Bryknar
Priority date: 1986-05-04
Filing date: 1986-05-04
Publication date: 1988-01-15
Also published as: CS318986A1

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.It is possible to detect and determine the relative concentration of atomic mercury without the necessity of preliminary treatment of single crystals of mercury chloride. The single crystal HgjC is cooled in the cryostat to 78 K. Thereafter, it is treated with ultraviolet light at a wavelength of 305 nm. The photomultiplier measures the intensity of the excited blue luminescence at 397 nm. The single crystal is then treated with ultraviolet light at 336 nm and the intensity of the excited green luminescence at 501 nm is measured. In both cases, the ultraviolet light must have the same intensity and the measured intensities must be related to the same luminescence interval. The ratio P of the intensity of the excited blue luminescence to the intensity of the excited green luminescence is determined and the relative concentration of the C atoms of the neutral mercury is determined according to the empirical relationship. 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.The invention relates to a method for determining the relative concentration of neutral mercury atoms in technically very promising single crystals of mercury chloride Hg ₂ Cl ₂ , up to 10 ⁴ mol. % of this relative concentration, which decomposes to atomic mercury and mercury chloride due to ultraviolet radiation (hereinafter referred to as light) Hg ₂ Cl ₂ · These products reduce the quality of optical elements made of mercury chloride Hg ₂ Cl ₂ scattering of light that passes through these elements.

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.Hitherto, the control method of the Hg ₂ Cl ₂ mercury chloride single crystals produced utilized the Tyndall effect, i.e., measuring the scattered light intensity on crystal inhomogeneities. The scattered light was measured in a direction perpendicular to the direction of the transmitted light beam. The measurement thus necessarily required that the crystal to be measured had at least three different surfaces polished to an angle of 90 ° to each other. Precise machining and polishing of the crystal surfaces is a very demanding operation. In addition, by gradually improving the crystal growth technology, crystals are presently produced which do not exhibit the Tyndall phenomenon at all, and therefore it is not possible to detect by a direct method of crystal inhomogeneity having atomic dimensions.

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.The above disadvantages are eliminated by the method for determining the relative concentration of neutral mercury in the single crystals of mercury chloride Hg ₂ Cl ₂ according to the invention. In essence, the mercury chloride single crystal Hg ₂ Cl ₂ is first cooled in a cryostat, for example with liquid nitrogen, to a temperature of 78 K. The cooled mercury chloride single crystal Hg ₂ Cl ₂ is treated with ultraviolet light at a wavelength of 305 nm and constant intensity. The intensity of the induced blue luminescence of the neutral mercury atoms at a wavelength of 397 nm is then measured using a photomultiplier.

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.Subsequently, a single crystal of mercury chloride Hg ₂ < 21 ₂ is treated with ultraviolet light at a wavelength of 336 nm and a constant intensity of the same magnitude as for ultraviolet light at a wavelength of 305 nm. The intensity of the excited green luminescence of the mercury excimers at the wavelength of 501 nm is measured with a photomultiplier. Both measured intensities are related to the same luminescence wavelength interval.

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 vztahuFrom the intensity values measured, the ratio P of the intensity of the excited blue luminescence to the intensity of the excited green luminescence is determined. This ratio P is dependent on the concentration of C atoms of neutral mercury in the single crystal of mercury chloride Hg ₂ Cl ₂ according to the empirical relationship

C = 4 . 10^-4 . P.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.An advantage of the present invention is that this method is the only one capable of detecting and determining the relative concentration of atomic mercury, i.e., neutral mercury atoms in single mercury chloride monocrystals with concentrations less than 10 mol%. This method is non-destructive, requiring no pre-treatment of the crystals, such as cutting and polishing, which is very advantageous, since the time required for processing the crystal to measure the Tyndall effect is usually 7 to 8 hours. Given that, depending on the quality of the single crystals technology, the single crystals produced already contain a small amount of mercury Hg and mercury chloride HgCl ₂ without prior irradiation with ultraviolet light, it is possible to control the quality of these single crystals growth.

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.Said method for determining the relative concentration of neutral mercury atoms in a single crystal of mercury chloride Hg ₂ Cl ₂ utilizes a luminescent phenomenon which exhibits neutral mercury in a small concentration in a single crystal.

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.Neutral mercury atoms in low concentration have been found to exhibit a blue luminescence at 78 K, the intensity of which depends on their concentration. At higher concentrations of mercury atoms, these atoms combine in pairs, and when excited by the ultraviolet light of one of the mercury atoms, the so-called mercury excimer is formed, whose luminescence is observed in the green part of the spectrum at 78 K. The intensity of green luminescence also depends on the concentration of mercury excimers. Thus, by measuring the absolute value of the intensity of the blue or green luminescence of mercury chloride, the concentration of neutral mercury in the crystal can also be determined. Since absolute measurement of luminescence intensity is very difficult, it is advisable to measure the ratio of green to blue luminescence intensity, whose dependence on mercury concentration has been determined experimentally. Since the absolute concentration of neutral mercury atoms in mercury chloride cannot yet be determined by any of the known physical or chemical methods, the proposed method makes it possible to determine only relative concentrations, the method being applicable, as calculated, to concentrations of less than 10 mol% .

Konkrétně se při použití způsobu určování relativní koncentrace atomů neutrální rtuti v monokrystalu chloridu rtutného Hg₂Cl₂ podle vynálezu postupuje takto.In particular, the method of determining the relative concentration of neutral mercury atoms in the mercury chloride single crystal Hg ₂ Cl ₂ is as follows.

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 luminiscenceThe single crystal, in which the relative concentration of neutral mercury atoms is determined, is cooled in a cryostat, for example, with liquid nitrogen to a temperature of 78 ° K. The blue luminescence, whose maximum intensity lies at a wavelength of 397 nm, is excited by ultraviolet light at a wavelength of 305 nm. The intensity of this blue luminescence of neutral mercury atoms at 397 nm was measured with a photomultiplier, and I (397) was obtained. The green luminescence of mercury excimers, whose maximum intensity lies at a wavelength of 501 nm, is excited by ultraviolet light at a wavelength of 336 nm. Measure the intensity of this green luminescence at a wavelength of 501 nm using a photomultiplier and obtain a value of I (501). The ratio P = 1 (501): 1 (397) is then calculated. It is important to ensure that the intensity of blue luminescence 1 (397) and the intensity of green luminescence are measured.

1(501) mělo budicí ultrafialové světlo luminiscence stejnou intenzitu vyjádřenou v jednotkách1 (501), the excitation ultraviolet light of luminescence had the same intensity expressed in units

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.Wcm. Intensity values 1 (397) and 1 (501) are based on the same luminescence wavelength interval, for example, when measuring luminescence intensity by means of a grid monochromate, the slit width is constant at 4 nm. To measure both intensities 1 (397) and 1 (501), it is necessary to know the spectral sensitivity of the detection part of the device.

Relativní koncentrace C atomů neutrální rtuti v chloridu rtutném se určí z empirického vztahu:The relative concentration of C atoms of neutral mercury in mercury chloride is determined from the empirical relationship:

C = 4.10 .P (mol. % Hg).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.This relationship applies in the above form to P-values equal to or less than 0.38, i.e. for mercury concentrations of less than 1.5.10 mol%. The most perfect single crystal, on which the ratio P was measured, had a value of P = 0.08. Thus, in terms of the optical utilization of the mercury chloride single crystals Hg ₂ Cl ₂ produced, these single crystals should have a value of 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.The method described in the invention has been tested on mercury chloride single crystals of Hg ₉ Cl ₉ -4 zz for various concentrations of neutral mercury atoms of less than 10 mol%, which were formed in single crystals by defined photochemical decomposition when irradiated with ultraviolet light at room temperature. The results of determining the relative concentration of neutral mercury atoms do not differ by more than 5% from the actual value, which is the accuracy of the measurement of the luminescence intensity and hence the method described.

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.The process according to the invention can be used by all producers of mercury chloride single crystals for the role of quality of the produced single crystals, all workplaces dealing with the design and production of optical elements <mercury chloride single crystals Hg ₂ Cl ₂ and further workplaces dealing with basic research of optical properties mercury chloride and to control the phase of mercury chloride photodisruption Hg ₂ Cl ₂ that occurred during the measurement.

Claims

object of the invention

Method for determining the relative concentration of neutral mercury atoms in single crystals of mercury chloride Hg ₂ Cl ₂ to 10 mol. * Relative relative concentrations characterized in that the mercury chloride single crystal dg <11- is cooled in a cryostat to 78 K, the cooled mercury chloride single crystal Hg ₂ Cl ₂ is treated with ultraviolet light at a wavelength of 305 nm and a constant intensity. photomultipliers measure the intensity of the excited blue luminescence at 397 nm, then the mercury chloride single crystal Hg ₂ Cl ₂ is treated with ultraviolet light of 336 nm and a constant intensity of the same magnitude as ultraviolet light of wavelength of 305 nm, and then again using a photomultiplier measure the intensity of the excited green luminescence at the wavelength of 501 nm, the values of the measured intensities being related to the same luminescence wavelength interval and from these measured intensities the ratio of the intensity of the excited blue luminescence to the intensity of the excited green luminescence is determined mercury neutral in mercury chloride single crystal Hg ₂ Cl ₂ .