化学家的“助手”——激光，本文主要内容关键词为：化学家论文,激光论文,助手论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1999年12月10日，瑞典首都斯德哥尔摩市同往年一样，披上了节日的盛装，欢迎来自世界各地的名人、教授、作家等当年诺贝尔奖获得者，共同来欢庆一年一度的诺贝尔奖的颁奖仪式。
1999年度的诺贝尔奖获得者中，有一位美国加州理工学院的教授泽维尔，他因在毫微微秒光谱学研究方面取得的成就，而荣获诺贝尔化学奖。正是泽维尔及其同事的努力，使人们能够看到化学反应中，原子“舞蹈”的瞬间图像。同时，世界上由此而产生了一门有关飞秒科学的全新学科。
激光，我们并不陌生。当我们开启CD机欣赏音乐，或者播放VCD 碟片的时候，总觉得激光就在我们身边。然而，我们也许没有联想到激光束能在几秒钟之内，焊好一辆汽车的外壳，或者用激光可以切割金刚石的特殊本领。更为奇妙的是，我们现在可以请激光当“助手”，帮助我们“看清”化学反应的过程。
激光是什么
1917年爱因斯坦首先提出关于光的发射和吸收可以经过受激吸收、受激辐射、自发辐射三种基本过程。激光就是因受激辐射而得到加强的光。
1960年美国首次研制成功第一台激光器——红宝石激光器。由激光器发出的激光同普通光源发出的光相比，激光的特点是十分奇妙的。比如，方向性好。它几乎是一束方向不变、发射角度很小的平行光。如果把激光束经过望远镜系统再提高平行度后射出，那么，激光束在几千米外光斑扩展范围不过几厘米；而用普通光源的探照灯，它的光束在几千米外，将扩展到几十米范围。其次，亮度大。教学上用的氦氖激光，功率只有1毫瓦到3毫瓦，可是，亮度达到太阳表面亮度的百倍以上。更大功率的激光，可比太阳表面亮度高百亿倍。又如激光具有十分单一的波长，光的颜色很纯，也可以说是单色性好。由于激光有许多优点，所以在激光测距、激光雷达、激光治疗、激光加工等方面显示出高超的技能。在化学世界里，激光是良好的“助手”。
分离同位素，效率为最高
利用激光来分离同位素，效率高、成本低，是普通化学方法所不及的。采用激光技术分离铀矿，一次就可以把铀的含量从0.71 ％浓缩到60％。
激光分离同位素和稀土元素，主要是选择适当频率的激光，使被分离的同位素或者某种稀土元素，受激光照射后，在物理或化学性质上活跃起来，再经过必须的物化反应，才能把受激元素从原物质中分离出去。十多年来，激光分离技术在化工过程中应用十分成功。我国在这方面的研究水平也达到世界先进行列。
与激光分离技术相仿的是激光提纯技术。利用激光的选择性激发，常把提纯物中的杂质分解，而需要纯化的物质不分解或者少分解，这样留下来的就是纯净物了。例如，用脉冲紫外激光去照射硅烷混合物，使硅烷中的磷化氢等杂质沉积在容器壁上，从而得到纯化了的硅烷。
激光能帮助合成和分析
激光照射和传统的化学加工相比，它可以做到更快地加热和冷却。国外报道，利用红外线激光器对石墨进行骤冷骤热处理，可使它转化为金刚石。用激光合成的铁粉末，反应性能良好，对物质的选择性异乎寻常，这些优点主要是激光合成的材料具有粒径小，表面积大，以及表面纯度高等因素带来的好处。
在分析化学方面，激光可以解决一般化学方法根本无法解决的定性、定量分析问题，例如苯和甲苯的区分。利用激光还可以测定，汽车尾气造成光化学烟雾后的二氧化氮含量，从而达到大气监控的目的。据报道，化学家们能在充氩气的容器内，从一千亿亿个氩原子中检测出一个铯原子，灵敏度达到一千亿亿分之一。
激光的未来
在化学世界里，激光是很有前途的、年轻的“助手”。人们总希望某一天，只要把零星的、贮备着的“分子裁片”，像裁缝那样缝制起来，就能制造出新的化合物分子。而“分子裁片”就是通过选定某种频率的激光，激发其他化合物中的某个基团而“剪裁”出来的，然后实现真正的“分子剪裁艺术”——激光定向化学反应。化学家们梦寐以求的，任意“剪裁”分子的梦想将会变成现实。
去年，诺贝尔化学奖获得者泽维尔，在毫微微秒光谱学研究方面的贡献，为人们进一步理解和预计化学的一些重要反应，成为现实。
对于一般的化学反应，我们知道，开始时用什么反应物，结束时又会生成什么反应物。但是往往无法知道反应过程中发生了什么，因为反应的中间过程太快，以致我们“看不清”反应的中间体是什么。泽维尔的研究成果，恰恰使化学反应像电视节目中播放足球赛的慢动作一样，让人们通过反应过程中的“慢动作”，观察到原子和分子的转变状态。这是因为，泽维尔的实验使用了超短激光技术，即毫微微秒光谱学技术，毫微微秒就是一秒的千万亿分之一，只有这样，才使人们能够捕捉住化学反应过程中的奇妙的瞬间。