1科學背景

　　化學是創造新物質的科學，合成化學是人類認識和創造物質的重要途徑和手段。隨著各種高科技和產業的發展，人類不斷對物質的功能提出新的要求。合成化學的突破和新物種的出現將極大地推動科學發展和社會進步。

　　傳統化學是分子發生在基態的化學，而光化學是研究分子和原子激發態的化學。涉及的光的波長范圍通常是100-1000納米，也就是從深紫外到近紅外。激發態分子的電子轉移、能量轉移和化學轉換廣泛存在于許多光化學、光物理和光生物過程中。激發態分子的性質、化學反應機理和動力學過程往往不同于基態分子，因此研究激發態分子的性質及其變化具有重要的科學意義和應用價值。隨著光化學理論的建立和光化學研究技術的發展，近紫外和可見光區的光化學和光物理研究發展迅速， 光化學在合成化學、材料科學、信息科學、能源科學、生命科學和環境科學等領域發揮了巨大的作用。然而，由于缺乏光源，深紫外區域的光化學研究工作很少開展。

　　只有吸收光的分子才能發生光化學反應，這就是光化學Dyi定律。到目前為止，化學家已經合成了3000多萬種化合物，其中只有不到10%的化合物在紫外和可見光下被吸收。這些化合物的光化學已經被清楚地研究過了。相關研究為現代分子光化學理論的建立提供了實驗基礎，使光化學在各個研究領域得到發展和應用。更多的化合物被吸收在深紫外區域，而由于缺乏相應的光源，對這類約占合成化合物總量90%的化合物的光化學研究還很少。深紫外激光光源的發展為大量只在深紫外區吸收的化合物的光化學研究提供了可能。用深紫外激光激發這些化合物， 將有可能觀察它們激發態的光物理和光化學過程，發現新的反應，創造新的物質和發展新的理論。

　　基于此，在2007年立項的“深紫外固體激光光源先進設備研制”項目中，利用具有自主知識產權的深紫外激光光源技術，由中科院理化所牽頭開展了“深紫外激光光化學反應儀器及在線檢測系統研制”的研究。

　　2款設備概述

　　本項目的目標是研制一套深紫外激光光化學反應儀和在線檢測系統。利用自主研發的深紫外激光光源，將深紫外激光光源與快速時間分辨技術相結合，實現深紫外激光光化學反應的研究，通過快速時間分辨檢測反應中間體和反應動力學，時間分辨率可達ps J..

　　該裝置有四個部分:光化學反應室和專用樣品池；穩態光化學反應檢測子系統；時間分辨發光光譜檢測子系統；瞬態吸收光譜檢測子系統。

　　(1)光化學反應室和專用樣品池。微量氧氣或水蒸氣對深紫外光的吸收和衰減有明顯的影響。深紫外光的傳輸和光化學反應是在高真空或高純氮氣的保護氣氛下進行的，對真空室和樣品池的密封性和耐壓性有很高的設計要求。根據系統要求，委托在真空領域有豐富經驗的北京中科易科科技發展有限公司設計加工真空腔體。另外，根據系統對真空度的要求，結合腔體的大小，采用德國普發MVP070隔膜泵作為前置J，與TMU261和Hicube80分子泵一起組成雙J真空系統， 深紫外腔和光化學反應腔分別抽真空。在30分鐘內，系統的真空度可以達到10-5毫巴以下。

　　液體樣品池的密封效果直接關系到實驗測試的可行性，因為密封不好造成的液體溢出會污染整個腔體，給整個測試系統帶來不利影響。經過多次實驗發現，單層密封圈的密封效果很難達到真空度在10-5毫巴以下的要求。通過與技術單位的多次溝通，設計加工了多層密封的樣品池，可以實現高真空條件下的液封。

　　In the process of sample testing, the sample cell is required to be in a rotating state to ensure the uniformity in the process of sample testing. Usually, the rotation of samples can be in two forms: link drive and belt drive. Considering that the link drive needs to pass through the vacuum chamber, it will adversely affect the sealing effect of the vacuum chamber, and the design of link drive is relatively complicated. The belt drive is relatively simple, and only the vacuum motor is needed to drive the sample cell to rotate through the belt, so choosing the appropriate vacuum motor is the key to the belt drive. By comparison, Z finally chose the FAULHABER vacuum DC micromotor imported from Germany, which realized the adjustable speed of the sample cell (0-100 rpm).

　　(2)穩態光化學反應檢測子系統。該子系統主要包括穩態反應樣品池和用于樣品檢測和分析的高分辨率GC-TOF。穩態光化學反應只需要深紫外光照射樣品，不需要光路通過樣品池。它的材料是聚四氟乙烯，主要是因為聚四氟乙烯便于樣品的密封，易于加工。中心具有不同尺寸和厚度的凹槽的樣品池也是定制的，以便于有機樣品在凹槽中的密封，用于深紫外光反應。

　　氣相色譜-質譜聯用儀用于檢測深紫外光的化學反應產物，需要配備自動進樣系統、柱溫可控的液相色譜和質譜聯用儀，分辨率高、分子量范圍寬、定性分析性能好。經過深入研究，選擇了Waters公司生產的具有高質量J準確度和良好定性分析能力的Alliance2695/LCT Premier XE高效液相色譜/飛行時間質譜儀。

　　(3)時間分辨熒光光譜檢測子系統。

　　在時間分辨發光光譜檢測方面，采用條紋相機作為探測器，實現時間分辨發光光譜的檢測。條紋相機與光譜儀對接，在觸發掃描模式下，使用皮秒激光作為光源。時間分辨發光光譜系統的時間分辨率為35ps，優于100ps的項目指標。

　　光譜分辨率代表光譜儀對精細光譜結構的分辨能力，主要取決于

　　光譜探測范圍是指光譜儀對光譜波段的響應范圍，主要取決于光譜儀、探測器及相關光學元件。分別采用發光范圍在紫外和可見光區的氘燈和鹵化鎢燈作為光源，測試了子系統在紫外和可見光波段的光譜響應。該系統的光譜探測范圍達到200-420納米，優于200-800納米的工程指標范圍。

　　(4)瞬態吸收光譜檢測子系統。子系統包括紫外-可見光源瞬態吸收光譜測試系統和深紫外皮秒瞬態吸收光譜測試系統兩套設備，其中紫外-可見光源瞬態吸收光譜測試系統主要包括飛秒激光光源系統和瞬態吸收光譜測試系統，皮秒瞬態吸收光譜系統主要包括皮秒深紫外光源、白光發生器、延時裝置、光學系統、光譜儀、探測器和控制器。