Введение к работе
Актуальность работы
Ароматические соединения играют исключительно важную роль в природе, жизнедеятельности человека, в технике, медицине, биологии и химии, при решении научных и прикладных задач газоанализа, фотохимии, светомаскировки, химии и технологии топлив, в химии органического вещества, пищевой промышленности, при решении задач по охране и контролю за загрязнением окружающей среды.
В научном плане большой интерес представляет информация о взаимодействии излучения с веществом и природа преобразования поглощенного кванта света молекулой.
Спектры флуоресценции ароматических соединений в газообразном состоянии в большинстве своем диффузны, но некоторые из этих соединений при определенных условиях имеют квазилинейчатую структуру в спектрах флуоресценции, а так как в газообразном состоянии спектры флуоресценции молекул, их квантовый выход и длительность возбужденного состояния сильно зависят не только от энергии поглощенного кванта, но и от температуры, концентрации исследуемых молекул и давления постороннего газа, это явление открывает принципиально новые возможности в исследовании природы взаимодействия излучения с ароматическими соединениями.
Предлагаемая в этой работе новая интерпретация природы дискретной и диффузной состашіяющих спектров флуоресценции ароматических соединений приобретает еще большую актуальность в связи с проблемой контроля окружающей среды, так как знание природы преобразования света этими молекулами и возможность управления ими позволяет предложить принципиально новые информативные и более чувствительные методы определения ароматических соединений в промышленных выбросах.
Учитывая, что ароматические соединения обладают канцерогенными свойствами, способными вызывать раковые заболевания, знание природы взаимодействия света с этими соединениями позволяет предложить новые методы диагностики этого страшного заболевания.
Задача и цель исследования
Главной задачей работы было: на базе комплексных экспериментальных исследований выявить природу дискретной и диффузной состашіяющих спектров
флуоресценции паров ароматических соединений и их частотігую зависимость; предложить теоретическую интерпретацию установленным внутри и межмолекулярным зависимостям спектров флуоресценции и дать интерпретацию частотной зависимости квазилинейчатых спектров; целью - выявив природу возникновения квазилинейчатых спектров разработать более экономичный и чувствительный способ определения ароматических соединений в промышленных выбросах; учитывая канцерогенность этих соединений предложить метод диагностики воспалительных заболеваний.
Основные результаты и положения, выносимые на зашиту
-
Результаты экспериментальных исследований и закономерностей построения квазилинейчатых спектров флуоресценции и их частотную зависимость от симметрии и разрешенности электронного перехода для ряда ароматических соединений (антрацен, 9-метилантрацен, фенатрен, нафгацен, пирен, р-нафтиламин, нафталин) в газовой фазе.
-
Результаты экспериментальных исследований ИК спектров паров антрацена в широкой области спектра и доказательство отсутствия в них следов вращательной структуры при условиях эксперимента с разрешением до 10 кГц.
-
Отсутствие дальних взаимодействий для исследованных молекул и объяснение наблюдающихся изменений в спектрах поглощения и флуоресценции паров ароматических соединений при низких собственных концентрациях понижением колебательной температуры исследуемых молекул в основном электронном состоянии за счет радиационного охлаждения.
-
Экспериментальные значения времени жизни молекул, излучающих квазилинейчатую и диффузную составляющие, зависимость силы осциллятора перехода для антрацена от температуры, различную степень поляризации квазилинейчатой и диффузной составляющих и условия создания узкоселективного ансамбля по колебательным уровням в электронно-возбужденном состоянии.
5. Внутримолекулярный характер квазилинейчатой и диффузной
составляющих спектров флуоресценции ароматических соединений в газовой
фазе. Интерпретация температурной зависимости и зависимости
квазилинейчатых спектров от собственного давления, давления постороннего
газа и влияния лазерного ИК излучения.
-
Внутримолекулярігьій характер частотной зависимости квазилинейчатых спектров и ее теоретическую интерпретацию.
-
Новые экспериментальные закономерности, полученные по спектрам флуоресценции топлив и масел и их зависимости от времени наработки в двигателе.
-
Наличие квазилинейчатой структуры в спектрах флуоресценции паров антрацена при атмосферном давлении окружающей среды.
-
Результаты экспериментальных исследований и аппаратурная реализация для экологических и медицинских целей.
10. Разработка по совокупности полученных в диссертации
экспериментальных и теоретических результатов новых методов исследования,
таких как:
- определение частот чисто электронного 0-0 перехода с учетом симметрии
и силы осциллятора электронного перехода;
изучение радиационных характеристик молекул по спектрам флуоресценции при низком собственном давлении;
- определение вероятностей безызлучательных переходов из электронно-
возбужденных состояний молекул в зависимости от запаса колебательной
энергии по тушению спектров флуоресценции лазерным ИК излучением;
определение качества моторных масел в процессе их наработки в двигателях;
дистанционное определение ароматических соединений в выбросах промышленных предприятий по квазшшнейчатым спектрам флуоресценции паров;
- определение воспалительных процессов внутренних органов человека по
характерным изменениям их спектров флуоресценции.
Научная новизна и практическая ценность работы
Проведенные в диссертации исследования имеют принципиальную новизну и существенное теоретігческое и прикладное значения, предстаатяют собой дальнейшее развитие спектроскопии свободных сложных молекул органических соединений и практігческих приложений метода флуоресцентной диагностики. В работе впервые выполнены систематические исследования и установлена вігутримолекулярная природа дискретной и диффузной составляющих спектров
флуоресценции паров ароматических соединений и дана их теоретическа) интерпретация.
Выявлена зависимость структуры построения квазилинейчатых спектров о симметрии электронного перехода.
Впервые установлен внутримолекулярный характер частотной зависимое^ квазилинеичатых спектров флуоресценции паров ароматических соединений і дана его теоретическая интерпретация.
Показано, что структура квазилинеичатых спектров определяющим образо; зависит от изменений в ансамбле электронно-возбужденных молекул установлена невозможность создания узкоселективного ансамбля молекул пі колебательным уровням в электронно-возбужденном состоянші при суммарно! запасе колебательной энергии более ~102 см-1 , дано объяснение влиянию Ш излучения на интенсивность квазилинейчатой состявляющей.
Предложена теоретическая модель формирования спектров флуоресценци: молекулы позволяющая комплексно описать все установленны экспериментально закономерности.
Впервые показана возможность получения квазилинеичатых спектро исследуемых молекул в окружающей атмосфере, что открывает новы возможности для диагностики ароматических соединений.
Выявленные закономерности в изменениях спектров флуоресценции масе позволяют реализовать принципиально новые методы диагностики качеств масел в процессе их эксплуатации в двигателях внутреннего сгорания.
Созданный в процессе инженерной реализации результатов исследовани лидарный комплекс не только базируется на новом методе диагностик ароматическігх соединений, но и позволяет решать многие прикладные задач дистанционного контроля различных сред, такие как комплексные исследовани загрязнения с борта вертолета и стационарное его использование пр мониторинге больших территорий.
Выполненные клинические исследования показали, что предложенны метод и аппаратура диагностики воспалительных процессов в организме человек на ранних их стадиях являются эффективным средством контроля в реально масштабе времени.
Личный вклад автора
В диссертации иачожены результаты работ, которые были выполнены автором лично и в соавторстве с учениками и коллегами по работе. В совместно опубликованных работах автор осуществлял постановку задачи, разработку методики эксперимента и участвовал в проведении экспериментов на всех стадиях. Автор лично проводил анализ и обобщение полученных результатов, теоретические исследования и построение ':еоретических моделей.
Публикации и апробация работы
По результатам настоящих исследований опубликовано 50 работ в отечественных научных журналах, материалах Всесоюзных и международных конференций и получено 2 авторскігх свидетельства.
В разные годы основные результаты экспериментальных и теоретических работ докладывались на XXIV Всесоюзном совещании по люминесценции (Минск, 1977 г.), XXVI Всесоюзном совещании по люминесценции (Самарканд, 1979 г.), 5 Всесоюзном симпозиуме по молекулярной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения (Томск, 1980 г.), III Всесоюзной конференции по лазерам на основе сложных органических соединений и их применению (Ужгород, 1980 г.), Всесоюзном совещании по люминесценции (Ленинград, 1981 г.), Научной конференции молодых специалистов ГОИ (Ленинград, 1982 г.), 6 Всесоюзном симпозиуме по молекулярной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения (Томск, 1982 г.), Всесоюзном совещании по люминесценции и ее применениям (Харьков, 1982 г.), XIX Всесоюзном съезде по спектроскопии (Томск, 1983 г.), VII Всесоюзном симпозиуме по молекулярной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения (Томск, 1986 г.), Научно-практической конференции врачей (Казань, 1987 г.), XX Всесоюзном съезде по спектроскопии (Киев, 1988 г.), Всесоюзном симпозиуме "Спектроскопия свободных сложных молекул" (Минск, 1989 г.), IX Всесоюзном симпозиуме по молекулярной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения (Томск, 1989 г.), I Всесоюзной конференции "Физика и конверсия" (Калининград, 1991 г.), Всесоюзной конференции по люминесценции, посвященной 100-летию со дня рождения академика СИ. Вавилова (Москва, 1991 г.), Научно-технической конфереіщші "Системный научно-аэро-космо-экологический мониторинг" (Свердловск, 1991 г.), Международной конференции "Перспективные
направления лазерной медицины" (Одесса, 1992 г.), Международной конференции "Биомедицинская оптика Европа-93" (Будапешт, 1993 г.), XI симпозиуме по лазерному и акустическому зондированию атмосферы (Томск, 1992 г.), XI международной школе симпозиуме по молекулярной спектроскопии сверхвысокого разрешения (Москва, 1993 г.), Международном симпозиуме "Биомедицинская оптика Европа-94" (Лилль, 1994 г.), XXI съезд по спектроскопии (Звенигород, 1995 г.), Международном симпозиуме "Контроль качества и количества химической, нефтегазовой и нефтяной продукции" (С.Петербург, 1995 г.).
Структура и объем диссертации
