强激光场中原子的隧穿电离

强激光场中原子的隧穿电离

【摘要】：强激光与原子分子的相互作用一直是原子分子物理研究的热点之一。伴随着激光技术的不断进步,特别是最近阿秒技术的实现,更深层次地揭示物质在激光场中的性质成为可能。隧穿电离是强场中原子分子电离现象的基础。本文在对相关基本概念及重要现象简单介绍的基础上,分别从数值模拟和解析推导上研究了氢原子在强激光场下的隧穿电离规律。本文主要包括以下三方面的内容：ADK理论是强场中原子分子隧穿电离的基本理论,我们首先给出了激光场中原子隧穿电离率(ADK理论)的详细推导过程。该理论主要考虑弱场近似条件,通过利用Wentzel-Kramers-Brillouin(WKB)半经典办法求解外电场下氢原子的定态薛定谔方程进而得到原子的隧穿电离率,其初始波函数为库仑场作用下的基态电子波函数。其次,我们用数值求解三维含时薛定谔方程(TDSE)的方法计算了氢原子的电离率,与上述ADK理论相比较,发现了在隧穿区域中,尤其是当场强较高时,ADK理论求得的电离率高于数值结果。另一方面,我们从ADK理论入手,在计算中通过考虑高阶微扰项来研究初始波函数的极化效应对隧穿电离的影响,并得到了氢原子在静电场作用下新的隧穿电离率的解析表达式。用这个解析式计算的氢原子基态的电离率与ADK理论相比有所下降,与数值结果吻合较好。分析表明,由于外电场作用下初始波函数的极化使得一维有效势垒变宽变高,从而对电离有抑制作用。最后,我们用数值求解三维含时薛定谔方程的方法,讨论了强激光场中不同波长下

氢原子的电离过程。我们计算了不同频率和光强下氢原子的电离速率,并且与前人的结果进行了比较。同时研究了电离过程中电子的动力学行为随波长的变化。结果表明,随着波长的增加,束缚态占据数随时间的变化振荡逐渐趋于平滑,与静电场结果更加接近,这意味着电子的电离逐渐进入到了隧穿区域。同时,观察到不同周期内电离电子之间的干涉效应,这种干涉效应随着波长增加更加明显。(没有特殊说明外,本文均采用原子单位h=e=m=1)【关键词】：隧穿电离强激光场氢原子含时薛定谔方程ADK理论波长

【学位授予单位】：山西大学

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2013

【分类号】：O562.4

【目录】：中文摘要8-9ABSTRACT9-11第一章绪论11-251.1强场概念及激光技术的发展11-121.2强场中的电离现象12-171.2.1阈上电离13-141.2.2非次序双电离14-151.2.3高次谐波15-171.3KELDYSH理论17-181.4隧穿电离简介18-211.5氢原子与激光场的相互作用21-231.6本文主要内容23-25第二章ADK理论25-332.1抛物坐标中分离变量25-262.2初始波函数26-272.3电离率表达式27-282.4半经典方法28-302.5电离率最终表达式30-33第三章氢原子隧穿电离中的

极化抑制效应33-453.1引言333.2理论模型33-343.3波函数的求解34-403.4电离率40-433.5小结43-45第四章强激光场中不同波长下氢原子的电离过程45-514.1引言454.2理论模型与数值方法介绍45-474.3计算结果与讨论47-504.3.1氢原子电离速率474.3.2氢原子波函数随时间演化的动力学过程47-504.4小结50-51总结与展望51-53参考文献53-59攻读硕士学位期间取得的研究成果59-60致谢60-61个人简况及联系方式61-63 本论文购买请联系页眉网站。

MALDI_TOF_MS(基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱)培训预习提纲

【MALDI-TOF MS】（基质辅助激光解吸 电离飞行时间质谱）培训预习提纲 一仪器概况 仪器名称：基质辅助激光解析电离－飞行时间质谱仪 Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Spectrometer MALDI-TOF 公司：美国应用生物系统 Applied Biosystem 型号：Voyager DE－STR 特点：DE Delayed Extraction 延迟引出 PSD：Post Source Decay 源后裂解 技术指标： Mass Accuracy Linear Mode, External Calibration:

≤±0.05% for angiotensin [1,296.6853] and myoglobin [16,952.5]. ?Reflector Mode, External Calibration: ≤±0.008% for ACTH 18-39 [m/z 2,565.1989]. ≤±0.005% for E.coli thioredoxin [m/z 1,1674.4] ±0.005% for ACTH 18-39 Mass Resolution: ?Reflector Resolution: ≥20,000 for insulin (m/z 5,734). ≥12,000 for ACTH clips. ?Linear Resolution: ≥3,000 angiotensin. ≥3,500 for ACTH 18-39 [m/z 2,465.1989]. ≥1,000 for myoglobin (m/z 16,952). ≥100 for BSA (m/z 66,431). Sensitivity:

激光是电离辐射吗

激光是电离辐射吗 众所周知，激光存在着一定的辐射，它对人体有多种危害，那么激光是电离辐射吗？不同波长，不同功率，不同光束特性的激光会对人体产生什么样的危害呢？ 激光是电离辐射吗 答案是否定的。激光，即“因受激辐射而产生的放大光”。它是由处于激发状态下的原子、离子或分子在光子作用下，形成受激辐射而产生的一种具有高度方向性、单色性和极大亮度与高能量或高功率密度的光束。激光是20世纪60年代问世的一种新型光源，是一种人造的、特殊类型的非电离辐射。通常激光波长在200nm～1mm，根据波长不同，激光可分为紫外线（200～400nm）、可见光（400～700nm）、红外线（700～1400nm）及远红外线（1400～1×106nm）。 激光已被广泛应用于工业、农业、军事、医疗和科研等领域。

（1）工业。用于激光打孔、切割、焊接、激光打印等。 （2）军事和航天。用于激光雷达、激光通信、激光测距、激光制导、激光瞄准、激光致盲武器等。 （3）医学。用于眼科、外科、皮肤科、肿瘤科、妇产科、耳鼻喉科等多种疾病的诊断、治疗。 （4）环境科学。应用激光探测环境中污染物。 （5）其他。激光雕刻、激光排字、激光唱片、娱乐激光灯、高能量激光笔、低能量激光玩具等技术已进入人们的文化生活。 激光对人体的危害

激光对人体的伤害主要是眼睛，其次是皮肤。 （1）对眼睛和视觉的伤害 激光能烧伤生物组织，尤其对视网膜的灼伤最多见。因为激光束能通过眼自身的屈光系统在视网膜上聚焦成一个非常小的光斑，使光能高度集中而导致灼伤。处在红外区或微波区的激光辐射可被虹膜或晶体吸收造成热损伤，导致虹膜炎和白内障。 激光对眼睛的伤害语气波长、脉冲宽度、间隙时间、光束的能量、入射角度、受照组织特性等因素有关。 眼镜受激光照射后，可突然有眩光感，出现视力模糊或眼前出现固定黑影，甚至视力丧失。激光辐射对视网膜的损害是无痛的，易被人们忽视。长期经常接触小剂量和漫反射激光的照射，工作人员一般不会发现自己视力的损伤，有时有一般神经衰弱，工作后视力疲劳、眼痛等，无特意症状。激光对眼睛的意外伤害，除个别人发生永久性视力丧失外，多数经治疗后均有不同程度的恢复。

基质辅助激光解吸附电离飞行时间质谱

基质辅助激光解吸附电离飞行时间质谱 在寡糖结构分析中的应用 项目完成单位：国家生物医学分析中心 项目完成人：刘炳玉谷苗桑志红王鸿丽刘峰魏开华杨松成 1.前言 寡糖和多糖具有调节抗体水平、增强免疫功能、抗肿瘤、抗感染等作用,在肝炎、风湿病和爱滋病等重大疾病诊疗上应用价值大。它还具有抗消化性溃疡、降血糖、降血脂、抗血栓、抗辐射、抗毒物损伤、抗晕、祛痰镇咳、诱导干扰素产生、促进血功能恢复以及促进蛋白质和核酸的生物合成等方面的生物活性，在国内外（尤其我国传统医学中）应用十分广泛。糖类化合物结构比蛋白质和核酸复杂得多，包括单糖及其衍生物、寡糖、多糖、复合多糖和糖苷类，糖链由含多元羟基并顺反异构环状己或戊糖通过苷键连接而成,各单糖有五个手性碳且连接位置和构型多种多样。要阐明一种糖结构,必须了解: (1) 分子量;(2) 单糖残基组成; (3) 单糖残基间的顺序; (4) 单糖残基在糖苷键中的位置; (5) 环状结构的类型; (6) 糖苷键的构型。糖的组成复杂,结构相似,没有显色基团,难以不经衍生就进行光谱、色谱分析,但质谱不受此影响。 早期研究糖结构的质谱方法主要是快原子轰击电离质谱（FAB-MS），可以显示碎片离子,但有时候检测不到分子离子峰，而且，FAB-MS的分子量范围小、灵敏度不高[1]。以基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI－TOF－MS) 和电喷雾质谱（ESI-MS）为代表的生物质谱打开了质谱分析研究生物大分子的新领域,并很快发展成为能在多个层次上分析研究生物分子的生物质谱学(Biological Mass Spectrometry , BMS) [2-4]。近年来，ESI－MS已在糖的结构分析中显示出强大的生命力。它无需衍生化就能确定寡糖的结构、聚合度及组成，并能精确测定糖蛋白的分子量及其中寡糖的序列及结构均一性，还能区分寡糖是O一还是N－连接的，常被用于糖型（glycoform）的分析[5]。但是，ESI-MS受样品中的无机盐和溶剂中干扰物的影响比较大，常导致其表观灵敏度不高。相反，MALDI-TOF-MS的干扰物忍受力要比ESI-MS强得多，它的表观灵敏度比ESI-MS高；MALDI-TOF-MS的图谱因为没有ESI－MS中的多电荷特性而更容易解析。另外，MALDI-TOF-MS的样品制备以及仪器调节也比ESI－MS系统简单。因此，MALDI-TOF-MS成为当前研究蛋白质等生物大分子的首选技术。Hillenkamp等[6]人报道了用MALDI-TOF-MS精确地测定ng级的葡聚糖，分子量达7000 u。另外，源后裂解技术

激光冷却与捕获原子

激光冷却与捕获原子 获得低温是长期以来科学家所刻意追求的一种技术。它不但给人类带来实惠，例如超导的发现与研究，而且为研究物质的结构与性质创造了独特的条件。例如在低温下，分子、原子热运动的影响可以大大减弱，原子更容易暴露出它们的“本性”。以往低温多在固体或液体系统中实现，这些系统都包含着有较强的相互作用的大量粒子。20 世纪 80 年代，借助于激光技术获得了中性气体分子的极低温（例如，10-10K ）状态，这种获得低温的方法就叫激光冷却。 激光冷却中性原子的方法是汉斯（.. ..T W H Ansch ）和肖洛（A. L. Schawlow ）于 1975 年提出的，80 年代初就实现了中性原子的有效减速冷却。这种激光冷却的基本思想是：运动着的原子在共振吸收迎面射来的光子（图 1）后，从基态过渡到激发态，其动量就减小，速度也就减小了。速度减小的值为 /h Mc νν-?= （1） 处于激发态的原子会自发辐射出光子而回到初态，由于反冲会得到动量。此后，它又会吸收光子，又自发辐射出光子。但应注意的是，它吸收的光子来自同一束激光，方向相同，都将使原子动量减小。但自发辐射出的光子的方向是随机的，多次自发辐射平均下来并不增加原子的动量。这样，经过多次吸收和自发辐射之后，原子的速度就会明显地减小，而温度也就降低了。实际上一般原子一秒钟可以吸收发射上千万个光子，因而可以被有效地减速。对冷却钠原子的波长为 589nm 的共振光而言，这种减速效果相当于 10 万倍的重力加速度！由于这种减速实现时，必须考虑入射光子对运动原子的多普勒效应，所以这种减速就叫多普勒冷却。

由于原子速度可正可负，就用两束方向相反的共振激光束照射原子（图2）。这时原子将优先吸收迎面射来的光子而达到多普勒冷却的结果。 实际上，原子的运动是三维的。1985 年贝尔实验室的朱棣文小组就用三对方向相反的激光束分别沿x、y、z三个方向照射钠原子（图3），在6 束激光交汇处的钠原子团就被冷却下来，温度达到了240μK 。 理论指出，多普勒冷却有一定限度（原因是入射光的谱线有一定的自然宽度），例如，利用波长为589nm 的黄光冷却钠原子的极限为240μK，利用波长为852nm 的红外光冷却铯原子的极限为124μK 。但研究者们进一步采取了其他方法使原子达到更低的温度。1995 年达诺基小组把铯原子冷却到了 2.8nK 的低温，朱棣文等利用钠原子喷泉方法曾捕集到温度仅为24pK 的一群钠原子。 在朱棣文的三维激光冷却实验装置中，在三束激光交汇处，由于原子不断吸收和随机发射光子，这样发射的光子又可能被邻近的其他原子吸收，原子和光子互相交换动量而形成了一种原子光子相互纠缠在一起的实体，低速的原子在其中无规则移动而无法逃脱。朱棣文把这种实体称做“光学粘团”，这是一种捕获原子使之集聚的方法。更有效的方法是利用“原子阱”，这是利用电磁场形成的一种“势能坑”原子可以被收集在坑内存起来。一种原子阱叫“磁阱”，它利用两个平行的电流方向相反的线圈构成（图4）。这种阱中心的磁场为零，向四周磁场不断增

基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱分析小分子化合物-分析测试中心

MALDI-TOF MS 分析小分子化合物新方法 对于分子量小于400Da 的化合物, 使用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱 ( MALDI-TOF MS) 的常规方法难以检测，这主要是由于小分子基质带来的干扰。为此，本方法发展了一种MALDI-TOF MS 分析小分子的新策略，将小分子转移到高质量区域测定，成功的分析了赤霉酸等一系列小分子化合物。 1 实验部分 Bruker 公司AUTOFLEX III MALDI-TOF 质谱仪，氮分子激光，波长355nm， 使用前用混合多肽(购自Bruker公司,包括：血管紧张肽I,血管紧张肽II, P物 质, 蛙皮素, 促肾上腺皮质激素1-17, 促肾上腺皮质激素18-39, 生长激素释放抑制激素28)外标法校正仪器。 金属酞箐化合物的合成参照已发表的文献，最终产物经过紫外可见吸收光谱 (UV-Vis )，质谱(MALDI-TOF MS )以及核磁(NMR)表征。 样品和基质分别溶于适当溶剂，二者按照一定比例混合均匀，取1卩混合溶液滴在MALDI样品靶上，或者直接吸取1d样品溶液滴在靶上，待溶剂自然挥发样品结晶 后，送入质谱仪，进行质谱分析。实验中数据采集时所用参数如下：加速电压19kV，反射模式，激光频率10Hz，使用最大激光能量的40-90%,累加30-200 次。使用Bruker 公司的XMASS 软件，flexControl 和flexAnaysis 软件进行数据采集和数据处理。 2 结果与讨论 2. 1 金属酞箐基质的发现 酞箐化合物是一类具有n电子共轭结构的大环化合物，具有良好的热稳定性和化学稳定性一直被广泛用作染料，此外，由于其独特的光、电、磁及对某些气体的敏感性等方面的特性而被应用于化学传感器、非线性光学材料、光盘信息记录材料、太阳能电池材料、燃料电池中的电催化材料、场效应晶体管、气体检测及光动力学治疗癌症等许多方面。 在用MALDI-TOF MS 分析金属酞箐类化合物时，由于该类化合物在紫外可

强激光场中原子的电离问题

强激光场中原子的电离问题 【摘要】：由于超强超短脉冲激光技术的发展以及飞行时间谱仪、冷靶反冲离子动量谱仪(COLTRIMS)等测量技术的应用,使得强激光场中的原子电离成为原子分子物理中的一个研究热点。随着实验中所采用的激光光强的增加,微扰论已经不再适用,实验上报道的阈上电离(above-thresholdionization,ATI)中的低能结构(lowenergystructure,LES)以及非次序双电离(nonsequentialdoubleionization,NSDI)中的电子关联等现象有待理论上的进一步研究。本文利用数值求解三维含时薛定谔方程的方法对隧穿区域内ATI过程中低能电子的动力学行为进行了研究,同时利用半经典再散射模型对NSDI中电子的动力学行为进行了研究。我们发现电子的经典效应,例如长程库仑势,在电离过程中占据了重要的地位,同时一些量子效应,例如共振以及电子波包的扩散,对电离过程也有影响。主要内容如下：通过数值求解三维含时薛定谔方程,对ATI过程中的低能电子特性进行了研究。我们发现随着波长和光强的增加,较高能量的低能峰(high-energylow-energystructure,HLES)越来越明显,该结果与实验报道(Nat.Phys.,2009,5,335;Phys.Rev.Lett,2009,103,093001)一致。计算结果也表明,能谱中在小于1eV处还出现了一个比较尖锐的峰(very-low-energystructure,VLES),并且其与纵向动量分布中的双峰结构有对应关系。进一步计算表明,HLES和VLES对原子势有明显的依赖性,将长程势换成短程势以后,两个结构都消失了。因此我们认为长

基质辅助激光解吸电离_飞行时间质谱在糖类化合物研究中的应用

收稿日期:2004211228;修回日期:2004212223 作者简介:陈海霞(1974～),女(汉族),山东利津人,副教授,工学博士,从事天然产物化学研究。E 2m ail :chennhxx @yahoo .com .cn 第26卷第2期 2005年5月 质谱学报 Jou rnal of Ch inese M ass Spectrom etry Society V o l .26　N o .2M ay 2005 基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱在糖类化合物研究中的应用 陈海霞,高文远 (天津大学药物科学与技术学院,天津　300072 ) [作者简介]:陈海霞,2002年7月获华中农业大学食品 科技学院工学博士学位,研究方向为天然产物化学; 2002年7月—2004年7月在中国海洋大学药物与食品 研究所从事博士后研究工作,研究方向为糖生物学和糖化学。参与国家基础研究重大项目(973)及国家自然科学基金项目等多项研究工作,在国内外发表论文18余篇,其中以第一作者发表SC I 论文3篇。 摘要:综述了基质辅助激光解吸电离2飞行时间质谱 (M ALD I 2TO F 2M S )的发展、 在糖类化合物结构研究时常选用的基质,以及在不同类型糖化合物分析中的应用。M ALD I 2TO F 2M S 在糖类分析中通常采用的是N 2激光源,基质多为有机小分子如2,52二羟基苯甲酸、2, 4,52三羟基苯乙酮、12羟基异喹啉或22羟基252甲氧基苯 甲酸、Α2氰基242羟基2苯丙烯酸等,基质类型的选择则要取决于糖类的存在形式。糖类化合物如中性糖、酸性糖、 硫酸化糖、糖蛋白、蛋白聚糖及糖脂等均可利用适合的基质而进行M ALD I 2TO F 2M S 分析。 关键词:基质辅助激光解吸电离2飞行时间质谱;基质;糖类化合物 中图分类号:O 657163;O 62911 文献标识码:A 文章编号:100422997(2005)022108207 Appl ica tion of M a tr ix -a ssisted La ser D esorption -Ion iza tion T i m e of Fl ightM a ss Spectrom etry i n Study on Carbohydra tes and Glycocon juga tes CH EN H ai 2x ia ,GAO W en 2yuan (Colleg e of P ha r m aceu tica ls &B iotechnology ,T ianj in U n iversity ,T ianj in 300072,Ch ina ) Abstract :T he developm en t and app licati on of m atrix 2assisted laser deso rp ti on 2i on izati on ti m e of fligh t m ass sp ectrom etry (M ALD I 2TO F 2M S )to the analysis of carbohydrates and their con jugates w ere review ed .T he M ALD I 2TO F 2M S in strum en tati on ,sam p le p rep ara 2ti on ,M ALD I m atrices and app licati on of M ALD I 2TO F 2M S to vari ou s carbohydrate struc 2tu ral typ es w ere discu ssed .T he n itrogen lasers that em it at 337nm (U V range )w ere al 2m o st un iversally em p loyed fo r M ALD I 2TO F 2M S analysis of carbohydrates and their con ju 2

激光冷却法原理

激光冷却法原理 激光冷却法的基本原理是光压在光的传播路径上会对物质产生一定压力称之为光压在进行冷却的时候用多束激光从不同方向照射目标体使其粒子受到光压的作用以阻止其热振动以达到冷却的效果，激光冷却法是现在最先进的冷却方法之一，可以打到非常接近绝对零度的超低温。 众所周知，激光是高功率的光束，它能产生高温，因而有激光手术、激光焊接等应用。但是激光居然还能用来冷却，而且可以冷却到绝对温度百万分之一度以下，却似乎有点不太好理解。 激光冷却涉及到多个物理原理，概括起来主要有光的多普勒效应、原子能级量子化、光具有动量。另外，激光的高度单色性和可调激光技术也非常重要。光的多普勒效应是指，如果你迎着光源的方向运动，观察到光的频率将会增加；如果背离光源方向运动，观察到的光的频率将会降低。 原子可以吸收电磁辐射的能量，使其本身的能量升高；也可以释放出电磁辐射，同时自身的能量降低。原子的能级量子化，是指原子只能吸收和放出某些特定频率的电磁波。按量子理论，电磁波的能量只能以某种不可分割的单位--能量子--与别的物质相作用。而每一份能量子所含的能量正比电磁波的频率，所以，只吸收和释放某些特定频率的电磁波，就意味着原子的能量只能取某些特定的值，故称为能级量子化。 光与其它实物粒子一样，也具有动量。当一个原子吸收一份电磁波的能量子(即光子)时，它同时也获得了一定的动量。光的动量与光的波长成反比，方向与光的传播方向相一致。 现在假设某种原子只吸收频率为f0的电磁波。如果我们把激光的频率调在略小于f0的频率上(可调激光技术可以让我们精确地调节所需激光的频率)，并把这样一束激光射在由那种原子组成的样品上，将会发生什么现象呢？ 我们知道，在高于绝对零度的任何温度下，组成样品的原子都在作无规则的热运动。当其中某个原子的运动方向指向激光的光源时，由于多普勒效应，在这个原子看来激光的频率会略高一些。因为我们把激光的频率调在略低于 f0，多普勒效应可以使得飞向光源方向的原子看到的激光频率正好等于f0。这样，这个原子就有可能吸收激光的能量。在它吸收能量时，它同时也获得了动量。由于激光传播的方向与原子运动的方向相反，获得的动量将使原子的运动速度变慢。

基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱分析小分子化合物分析测试中心

MALDI-TOF MS分析小分子化合物新方法对于分子量小于400Da的化合物, 使用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS) 的常规方法难以检测，这主要是由于小分子基质带来的干扰。为此，本方法发展了一种MALDI-TOF MS分析小分子的新策略，将小分子转移到高质量区域测定，成功的分析了赤霉酸等一系列小分子化合物。 1 实验部分 Bruker公司AUTOFLEX III MALDI-TOF 质谱仪，氮分子激光，波长355nm，使用前用混合多肽（购自Bruker公司, 包括：血管紧张肽I, 血管紧张肽II, P物质, 蛙皮素, 促肾上腺皮质激素1-17, 促肾上腺皮质激素18-39, 生长激素释放抑制激素28）外标法校正仪器。 金属酞箐化合物的合成参照已发表的文献，最终产物经过紫外可见吸收光谱（UV-Vis），质谱（MALDI-TOF MS）以及核磁（NMR）表征。 样品和基质分别溶于适当溶剂，二者按照一定比例混合均匀，取1μl混合溶液滴在MALDI 样品靶上，或者直接吸取1μl样品溶液滴在靶上，待溶剂自然挥发样品结晶后，送入质谱仪，进行质谱分析。实验中数据采集时所用参数如下：加速电压19kV，反射模式，激光频率10Hz，使用最大激光能量的40-90%，累加30-200次。使用Bruker公司的XMASS软件，flexControl和flexAnaysis软件进行数据采集和数据处理。 2 结果与讨论 2. 1金属酞箐基质的发现 酞箐化合物是一类具有π电子共轭结构的大环化合物，具有良好的热稳定性和化学稳定性一直被广泛用作染料，此外，由于其独特的光、电、磁及对某些气体的敏感性等方面的特性而被应用于化学传感器、非线性光学材料、光盘信息记录材料、太阳能电池材料、燃料电池中的电催化材料、场效应晶体管、气体检测及光动力学治疗癌症等许多方面。 在用MALDI-TOF MS分析金属酞箐类化合物时，由于该类化合物在紫外可

激光技术PPT讲稿

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（ 143.15K）： 地球最低气温： 地球上最低气温出现在南极最高峰文森峰，这里年平均气温‐129℃，夏日平均气温‐117.7℃。 ‐52.3℃（ 220.85K）： 中国最冷气温1969 年 2 月 13 日黑龙江省漠河气象站0℃（ 273.15K）： 水的凝固点100℃： 水的沸点700℃： 烟头、蚊香的温度800℃： 火山熔岩温度6000℃： 太阳表面温度1000000℃： 日冕温度10000000℃中子星表面510000000℃： 人类创造的最高温度： 美国新泽西的普林斯顿等离子物理实验室中的托卡马克核聚变反应堆利用氘和氚的等离子混合体于 1994 年 5 月27 日创造出来的2、为什么要研究激光冷却技术？科学技术研究的需要，举例： 实现玻色爱因斯坦凝聚对于温度的要求。 1925 年爱因斯坦等人提出理论，但实验验证却在 1995 年。 还有很多科学研究需要。 冷却原子最初是为了降低它们的热运动速度，以便精确地测

寡糖衍生化及基质辅助激光解吸电离

DOI ：10.3724/SP.J.1096.2010.00307寡糖衍生化及基质辅助激光解吸电离 飞行时间质谱分析方法研究 韩欢欢 马岩王璐张万军卫军营张养军钱小红*（军事医学科学院放射与辐射医学研究所，北京蛋白质组研究中心，蛋白质组学国家重点实验室，北京102206）摘要为提高中性寡糖在基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF ）中的检测灵敏度，建立了以 1-（4-氰基苯基）-4-哌啶碳酰肼（CPH ）为衍生化试剂对寡糖的标记方法。寡糖的还原端与CPH 的酰肼基团反 应生成腙，使得寡糖被CPH 标记，衍生物以MALDI-TOF 质谱进行分析。结果表明：在反应温度95?，醋酸浓 度为0.125%（V /V ），CPH 过量100倍的条件下，衍生产率可达最大，并且CPH 衍生可使中性寡糖在MALDI-TOF 质谱中的检测灵敏度提高10倍。本方法简便快速，灵敏度高，适合微量寡糖链的质谱分析。 关键词基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱；1-（4-氰基苯基）-4-哌啶碳酰肼；中性寡糖 2009-07-15收稿；2009-11-11接受 本文系国家重点基础研究规划项目（Nos.2006CB910801，2006CB910803，2007CB914104）、国家高技术研究发展计划项目 （No.2006AA02A308）、国家自然科学基金项目（Nos.30621063， 20635010，20735005，20875101）和国家重点实验室自主课题（No.2008ZX10207）资助项目。 *E-mail ：qianxh1@https://www.wendangku.net/doc/a918643407.html, 1引言 糖基化作为一种普遍的蛋白质翻译后修饰反应，在生命过程中起着重要作用。糖蛋白上的寡糖链 能够影响蛋白的稳定性及蛋白的构象， 参与胞外胞内的信号转导，并能引发与其它分子之间特异的相互作用 ［1，2］ 。基质辅助激光解吸电离飞行时间（MADLI-TOF ）质谱以其简单、快速和较高的灵敏度已经成 为糖结构分析中的重要手段［3，4］。但是，由于寡糖的亲水性强，缺乏易于结合质子的碱性基团，离子化效率较低，使得MALDI- TOF 质谱对寡糖链结构的分析远远落后于对蛋白/肽段的结构分析。为提高寡聚糖在质谱中的检测灵敏度，研究者进行了各种尝试，主要通对寡糖的化学修饰来提高寡糖的质谱检测 灵敏度。如在寡聚糖的还原端通过衍生化加上各种结构中含有质子的基团（如季铵碱［5，6］和吡啶［7］）， 或加上易得质子的基团（如胍基［7］）；通过增强寡聚糖的疏水性来提高其检测灵敏度，因为疏水性强的分析物更容易与基质形成均匀的混晶从而产生更强的信号 ［8］，如将苯肼［9，10］、苾酪［11］基团标记在寡聚 糖的还原端从而提高寡聚糖在质谱中的检测灵敏度。1-（4-氰基苯基）-4-哌啶碳酰肼（CPH ）包含哌啶基团，该基团在含氮杂环化合物中具有较强的碱性（p K a =11.2），推测其可能会使寡聚糖易于质子化，并且其结构中的苯环能够增强寡聚糖的疏水性。目前尚未见采用含哌啶基团的试剂对寡糖进行衍生化以提高其质谱检测灵敏度的报道。本研究以麦芽七糖为样品，通过优化反应条件，建立了CPH 的寡糖衍生化方法，衍生化后的麦芽七糖的质谱检测灵敏度提高了10倍。此方法应用于葡聚糖和去唾液酸化胎球蛋白的N -糖链质谱分析，获得了满意的结果。2 实验部分2.1仪器与试剂 4800ProteomicsAnalyzer 基质辅助激光解吸电离飞行时间串联质谱仪（美国ABI 公司），仪器控制软件为4700Series Explorer Software ，数据处理软件为Date Explorer Software 4.5；石墨化碳黑萃取柱（美国Alltech 公司）；离心机（美国Sigma 公司）；冷冻干燥离心机（美国Thermo 公司）。 1-（4-氰基苯基）-4-哌啶碳酰肼（美国Maybridge 公司）；碘乙酰胺（IAA ）与乙腈（比利时Acros 公 司）；麦芽七糖（DP7），去唾液酸化的胎球蛋白（Asialofetuin ），肽-N -糖苷酶F （PNGase F ），2，5-二羟基苯 甲酸（DHB ），5-甲氧基水杨酸（美国Sigma 公司）；葡聚糖（包含聚合度1 20的葡萄糖聚合物，美国 第38卷 2010年3月 分析化学（FENXI HUAXUE ）研究报告Chinese Journal of Analytical Chemistry 第3期307 312

激光为什么能使原子“冷却

所谓激光冷却，实际上就是在激光的作用下使原子减速。 .激光为什么能使原子减速？ 光可以看成是一束粒子流，这种粒子就叫光子。光子一般来说是没有质量的。但是具有一定的动量。光子撞到原子上可以把它的动量转移给那个原子。这种情况要发生，必须是光子有恰好的能量，或者可以这样说，光必须有恰好的频率或颜色。这是因为光子的能量正比于光的频率，而光的频率又决定光的颜色。因此组成红光的光子比起组成蓝光的光子能量要低些。是什么决定光子应有多大能量才能对原子起作用呢？是原子的内部结构（能级）。原子处于一定的能级状态，能级的跃迁就是原子吸收和发射光子的过程。原子的能级是一定的，它吸收和发射光子的频率也是一定的。如果正在行进中的原子被迎面而来的激光照射，只要激光的频率和原子的固有频率一致，就会引起原子的跃迁，原子会吸收迎面而来的光子而减小动量。与此同时，原子又会因跃迁而发射同样的光子，不过它发射的光子是朝着四面八方的，因此，实际效果是原子的动量每碰撞一次就减小一点，直至最低值。动量和速度成正比，动量越小，速度也越小。 因此所谓激光冷却，实际上就是在激光的作用下使原子减速。 然而，实际上原子束是以一定的速度前进的。迎面而来的激光在原子“看来”，频率好象有所增大。这就好比在高速行进的火车上听迎面开来的汽车的喇叭声一样，你会觉得汽车是尖啸而过，和平常大不相同。这就是所谓多普勒效应。也就是说，对于火车上的观察者来说，汽车喇叭声的频率是增大了。运动中的原子和迎面而来的激光也会有同样的效应。因此，只有适当调低激光的频率，使之正好适合运动中的原子的固有频率，就会使原子产生跃迁，从而吸收和发射光子，达到使原子减速的目的。因此这种冷却的方法称为多普勒冷却。理论预计，对于钠原子，多普勒冷却的极限值为240μK。用激光可以把各种原子冷却，使之降到毫开量级的极低温度，这就是20世纪70到80年代之间物理学家做的事情。1985年朱棣文和他的同事在美国新泽西州荷尔德尔（Holmdel）的贝尔实验室进一步用两两相对，沿三个正交方向的六束激光使原子减速。他们让真空中的一束钠原子先是被迎面而来的激光束阻止了下来，然后把钠原子引进六束激光的交汇处。这六束激光都比静止钠原子吸收的特征颜色稍微有些红移。其效果就是不管钠原子企图向何方运动，都会遇上具有恰当能量的光子，并被推回到六束激光交汇的区域。在这个小区域里，聚集了大量的冷却下来的原子，组成了肉眼看去像是豌豆大小的发光的气团。由六束激光组成的阻尼机制就像某种粘稠的液体，原子陷入其中会不断降低速度。大家给这种机制起了一个绰号，叫“光学粘胶”。上述实验中原子只是被冷却，并没有被陷俘。重力会使它们在1秒钟内从光学粘胶中落下来。为了真正陷俘原子，就需要有一个陷阱。1987年做成了一种很有效的陷阱，叫做磁光陷阱。它用六束激光，如上述排列，再加上两个磁性线圈，以便给出略微可变化的磁场，其最小值处于激光束相交的区域。由于磁场会对原子的特征能级起作用（这种作用叫做塞曼效应），就会产生一个比重力大的力，从而把原子拉回到陷阱中心。这时原子虽然没有真正被捉住，但却是被激光和磁场约束在一个很小的范围里，从而可以在实验中加以研究或利用。

常用激光器简介

几种常用激光器的概述 一、CO2激光器 1、背景 气体激光技术自61年问世以来，发展极为迅速，受到许多国家的极大重视。特别是近两年，以二氧化碳为主体工作物质的分子气体激光器的进展更为神速，已成为气体激光器中最有发展前途的器件。 二氧化碳分子气体激光器不仅工作波长(10.6微米)在大气“窗口”，而且它正向连续波大功率和高效率器件迈进。1961年，Pola-nyi指出了分子的受激振动能级之间获得粒子反转的可能性。在1964年1月美国贝尔电话实验室的C.K.N.Pate 研制出第一支二氧化碳分子气体激光器，输出功率仅为1毫瓦，其效率为0.01%。不到两年，现在该类器件的连续波输出功率高达1200瓦，其效率为17 %，电源激励脉冲输出功率为825瓦，采用Q开关技术已获得50千瓦的脉冲功率输出。最近，有人认为，进一步提高现有的工艺水平，近期可以达到几千瓦的连续波功率输出和30~40% 的效率。 2、工作原理 CO2激光器中，主要的工作物质由CO?，氮气，氦气三种气体组成。其中CO?是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加入其中的氦，可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空。氮气加入主要在CO?激光器中起能量传递作用，为CO?激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。CO?分子激光跃迁能级图CO?激光器的激发条件：放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这时受到激发的氮分子便和CO?分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO?分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。 3、特点 二氧化碳分子气体激光器不但具有一般气体激光器的高度相干性和频率稳定性的特点,而且还具有另外三个独有的特点： （1）工作波长处于大气“窗口”，可用于多路远距离通讯和红外雷达。 （2）大功率和高效率( 目前，氩离子激光器最高连续波输出功率为100瓦，其效率为0.17 %，原子激光器的连续波输出功率一般为毫瓦极,其效率约为0.1%，而二氧化碳分子激光器连续波输出功率高达1200瓦,其效率为17%）。 （3）结构简单，使用一般工业气体，操作简单，价格低廉。由此可见,随着研究工作的进展、新技术的使用，输出功率和效率会不断提高,寿命也会不断增长,将会出现一系列新颖的应用。例如大气和宇宙通讯、相干探测和导航、超外

各种激光器的比较

各种激光器比较 一、气体激光器 （1）：原子激光器 典型特例，He—Ne激光器，他发出的激光波长为0.6328um，输出功率几毫瓦到100毫瓦之间，能量转换功率低，约为0.01%。激光器器方向性，单色性好，谱线宽度窄。该激光器常用来外科医疗，激光美容，建筑测量，准直指示，激光陀螺等。 （2）：离子激光器 典型特例，Ar+离子激光器，波长大约为0.488um的蓝光，输出功率约为150W。能量转换功率为1%。长用此激光器用做彩色电视，信息储存，全息照相等方面。 （3）：分子激光器 典型特例，CO2激光器，波长约为10.6um的红外线。输出功率与管长成正比，1M的管长可获得100W的输出功率。能量转换效率较高，大约为30%。单色性好。能量输出强，常用来美容，工业和军事上。 （4）：准分子激光器 是稀有气体与卤素气体的混合，发出的波长是紫外波。输出功率小，大约为百微焦。能量转换功率约为1%。 总述：气体激光器，连续输出功率大，方向性好，其器件造价低廉，结构简单。 二、液体激光器 典型特例，若丹明6G染料，他的波长在紫外到红外之间，最大特点是连续可调。能量转换功率较高，这种激光器特点是制备容易，可循环操作，便宜。 三、固体激光器 典型特例，红宝石激光器。它的波长在可见光到近红外波段，输出功率高，约为20kw。能量转换率低，仅为0.1%。单色性差。但结构紧凑，牢固耐用，易于光纤耦合。这种激光器广泛用于测距，材料加工，军事等方面。 四、半导体激光器 典型特例，砷化镓，硫化镉等。他的输出波长在近红外波段。920nm到1.65um之间。输出功率小，能量转换功率高，但是单色性差。这种激光器最大特点是体积小，重量轻，结构简单，寿命长。因此，广泛使用于光纤通信，光信息储存，光信息处理等方面。

1997年诺贝尔物理学奖激光冷却和陷俘原子

·1997年诺贝尔物理学奖——激光冷却和陷俘原子 朱棣文科恩－塔诺季菲利普斯 1997年诺贝尔物理学奖授予美国加州斯坦福大学的朱棣文（Stephen Chu，1948—），法国巴黎的法兰西学院和高等师范学院的科恩－塔诺季（Claude Cohen －Tannoudji，1933—）和美国国家标准技术院的菲利普斯（William D.Phillips，1948—），以表彰他们在发展用激光冷却和陷俘原子的方法方面所作的贡献。 激光冷却和陷俘原子的研究，是当代物理学的热门课题，十几年来成果不断涌现，前景激动人心，形成了分子和原子物理学的一个重要突破口。 操纵和控制单个原子一直是物理学家追求的目标。固体和液体中的原子处于密集状态之中，分子和原子相互间靠得很近，联系难以隔绝，气体分子或原子则不断地在作无规乱运动，即使在室温下空气中的原子分子的速率也达到几百 m/s。在这种快速运动的状态下，即使有仪器能直接进行观察，它们也会很快地就从视场中消失，因此难以对它们进行研究。降低其温度，可以使它们的速率减小；但是问题在于：气体一经冷却，它就会先凝聚为液体，再冻结成固体。如果是在真空中冷冻，其密度就可以保持足够地低，避免凝聚和冻结。但即使低到－270℃，还会有速率达到几十m/s的分子原子，因为分子原子的速率是按一定的规律分布的。接近绝对零度（－273℃以下）时，速率才会大为降低。当温度低到10-6K，即1微开（μK）时，自由氢原子预计将以低于25cm/s的速率运动。可是怎样才能达到这样低的温度呢？ 朱棣文、科恩－塔诺季、菲利普斯以及其他许多物理学家开发了用激光把气体冷却到微开温度范围的各种方法，并且把冷却了的原子悬浮或拘捕在不同类型的“原子陷阱”中。在这里面，个别原子可以以极高的精确度得到研究，从而确定它们的内部结构。当在同一体积中陷俘越来越多的原子时，就组成了稀薄气体，可以详细研究其特性。这几位诺贝尔奖获得者所创造的这些新研究方法，为扩大

读激光冷却和操控原子文章

读激光冷却和操控原子文章 激光冷却和操控原子：原理与应用 2018-05-08 13:39技术科技导报 激光冷却和囚禁原子的发展历程 激光冷却和囚禁原子来源于光场对原子的机械作用力。激光冷却原子最初在原子束上得以实现。1982年，美国国家标准和技术研究所（NIST）的Phillips报道了方向与原子束对射、频率相对原子谐振红移的激光多普勒冷却实验，将钠原子的热运动速度降低到原来的4%（平均速度40 m/s，速度分布10 m/s），即原子温度冷却至70 mK（对应速度分布）。1985年，Phillips和Hall研究组分别利用空间变化磁场和频率扫描的方法实现了将原子束减速，直至原子静止，原子温度分别为100 mK 和50 mK，原子密度分别为105cm-3 和106 cm-3。在此基础上，Phillips研究组利用2个环形线圈搭建静磁阱实现了冷钠原子囚禁，囚禁时间达到0.83 s，不过这种静磁阱并没有冷却原子的功能，钠原子需要预先冷却后注入静磁阱。 1985年，美国贝尔实验室的朱棣文研究组报道实现了一种新的激光冷却方法，称为“光学阻尼”。将6束激光作用于已经预冷却的钠原子团，利用多普勒冷却机制将钠原子进一步冷却至多普勒极限温度240 μK，将原子温度降低2个数量级，原子的密度106 cm-3。光学阻尼没有恢复力作用，因此无法实现原子囚禁。进一步研究利用光偶极阱实现原子囚禁。1986年，报道利用一束高功率聚焦激光囚禁了500个左右的原子，原子密度提高到1011~1012cm-3，阱的寿命达到秒量级。1987年，他们与美国麻省理工学院Pritchard研究组合作实现了一种结合光学阻尼和梯度静磁场的阱，称为“磁光阱”（MOT）。MOT不仅实现了原子的多普勒冷却，还借助塞曼效应在梯度磁场中实现了光和原子的持续循环跃迁，产生恢复力，形成势阱，实现了原子的囚禁，囚禁原子数目达到107个，密度达到1011 cm-3，原子温度达到600 μK。1990年，美国天体物理联合实验室（JILA）Wieman研究组研制的MOT直接从铯蒸气背景中冷却和囚禁原子，与1987年报道的MOT装置相比，省去了原子束冷却装置，简化了实验系统。MOT 实现了激光直接冷却和囚禁原子，推动冷原子物理的发展和广泛应用。 1987年，Phillips研究组利用光学阻尼将钠原子冷却到43 μK，远低于多普勒极限温度。他们使用3种不同测量方法，证明测得的温度无误。很快，其他研究组的实验也证实了这个结果。这种超乎预期的实验结果表明，原有的多普勒冷却理论已经不足以解释新的实验现象。巴黎高等师范学院Cohen-Tannodji研究组和朱棣文研究组在理论分析中考虑了冷却激光的偏振梯度、原子的超精细结构、光频移和光抽运等效应，解释了这种突破多普勒极限的冷却机理，称为亚多普勒冷却或Sisyphus冷却。在亚多普勒冷却理论指导下，通过实验参数优化，原子冷却温度纪录不断被打破，1990年，铯原子的温度冷却至2.5μK，接近光子反冲极限温度。 Cohen-Tannodji研究组提出一种突破光子反冲极限温度的方案，选择速度接近为0的原子进入“暗态”，不与冷却激光发生作用，避免光子反冲的影响，称为“速度选择相干布居囚禁”（VSCPT）。他们在实验上利用氦原子分别实现了一维、二维和三维VSCPT，获得远低于光子反冲的冷却温度，1997年报道的数据达到5 nK。朱棣文研究组利用受激拉曼跃迁将原子的冷却温度降至低于单光子反冲极限温度，1996年，Cohen-Tannodji研究组也利用这种拉曼冷却方案将铯原子的一维温度冷却至3 nK。