Во многих катализаторах спектральный состав света, испускаемого центрами люминесценции, полностью определяется их строением. Спектр люминесценции катализатора в этом случае представляет суперпозицию спектров центров люминесценции содержащихся в нем веществ
катализаторы, модель декомпозиции спектров, лазерно-люминесцентная характеристика, суперпозиция спектров
При изучении люминесценции различных веществ требуется анализировать сложную структуру спектра излучения. Люминесценция веществ обусловлена излучением, сопровождающим электронные переходы в примесных ионах металлов и собственных дефектах решетки. Следовательно, люминесценция является структурно-чувствительным явлением, которое отражает энергетическое взаимодействие микродефектов, в том числе поверхностных, со структурой вещества и может быть информативным при изучении сорбционных и каталитических свойств катализаторов. Во многих катализаторах спектральный состав света, испускаемого центрами люминесценции, полностью определяется их строением. Спектр люминесценции катализатора в этом случае представляет суперпозицию спектров центров люминесценции содержащихся в нем веществ. Для распознавания природы центров люминесценции и выяснения механизма передачи энергии возбуждения в исследуемых образцах возникает необходимость разложения спектра на отдельные элементарные контуры, каждый из которых может быть связан с отдельными излучающими центрами (ионами, дефектами решетки).
Автором разработана программа декомпозиции спектров люминесценции на элементарные контуры, описываемыми кривыми Гаусса. Аппроксимация экспериментальных данных полимодальной гауссиадой производится методом наименьших квадратов:
,
где 
- экспериментальные данные (
); 
- расчетные данные (
, 
- количество пиков).
;
где 
- высота 
-го пика; 
- ширина -го пика; 
- центр -го пика.
Исходные данные могут быть представлены в бинарном формате (выходной формат аналогово-цифрового преобразователя – АЦП) и формате ASCII (выходной формат оцифровывателя отсканированных спектров). Программа позволяет:
- конвертировать данные из длины волны излучения (нм) в энергию фотонов Е(эВ) и обратно;
- исключать ложные пики;
- сглаживать неровные данные (удаление шумов);
- удалять дрейф нулевой линии;
- производить ручную предварительную декомпозицию спектра (установка числа пиков и их начальных параметров – положение пиков, их высота и ширина) в интерактивном визуальном режиме;
- автоматизированно уточнять параметры элементарных пиков суммарной полимодальной гауссиады методом наименьших квадратов;
- выводить на экран графические и цифровые результаты;
- формировать отчет с результатами статистической обработки по критерию хи-квадрат с разными доверительными вероятностями.
С помощью разработанной программы была выполнена декомпозиция лазерно-люминесцентных характеристик образцов катализаторов (ГРБ) с различными носителями: 290 (цеолит, SiO2), 292 (цеолит, Al2O3, прокален в потоке азота), 215 (цеолит-морденит, Al2O3), 284 (в цеолите SiO2 / Al2O3 = 100), 209 (в цеолите SiO2 / Al2O3 = 53), 227 (НЦВМ-583, Al2O3), ЦКР-74 (ЦВМ, Al2O3) [1].
Результаты расчетов приведены в таблице 1. Наиболее интенсивное свечение характерно для образцов 284 и 299. Как видно из таблицы, суммарное среднеквадратическое отклонение не превышает 100.
На рисунке 1 (а, б) представлены разложения спектров катализаторов ГРБ-290 и ГРБ-292. Цифрами пронумерованы пики. Расчетная полимодальная гауссиада (кривая Р) незначительно отличается от экспериментальной кривой (кривая Э), что также свидетельствует об адекватности предложенной модели декомпозиции спектра люминесценции.
Таблица 1
Результаты расчетов декомпозиции лазерно-люминесцентных характеристик катализаторов
|
Катализатор
|
№ пика |
Интенсив-ность люминесценции J,(отн. ед) |
Центр (Эв) |
Ширина (Эв) |
Полу-ширина (Эв) |
Площадь (отн.ед) |
Сумма квадра-тов отклонений |
90% довер.интер-вал |
|
ГРБ-290 |
1 |
1,74 |
1,57 |
0,91 |
0,36 |
4,35 |
11,63 |
0,728 |
|
2 |
20,41 |
2,62 |
2,27 |
0,89 |
51,15 |
|||
|
3 |
12,60 |
3,11 |
1,31 |
0,515 |
31,58 |
|||
|
4 |
9,11 |
3,38 |
0,67 |
0,26 |
22,83 |
|||
|
ГРБ-292 |
1 |
39,96 |
2,47 |
3,11 |
1,22 |
100,16 |
63,23 |
1,765 |
|
2 |
19,54 |
3,11 |
1,52 |
0,60 |
48,97 |
|||
|
3 |
16,63 |
3,42 |
0,75 |
0,30 |
41,69 |
|||
|
ГРБ-215М |
1 |
11,26 |
1,67 |
0,59 |
0,23 |
28,22 |
6,22 |
0,823 |
|
2 |
1,03 |
2,04 |
0,42 |
0,17 |
2,58 |
|||
|
3 |
7,3 |
2,61 |
3,19 |
1,25 |
1,83 |
|||
|
4 |
3,76 |
3,23 |
1,45 |
0,57 |
9,41 |
|||
|
ГРБ-227 |
1 |
8,76 |
1,67 |
0,61 |
0,24 |
21,95 |
2,3 |
0,336 |
|
2 |
2,43 |
2,04 |
0,31 |
0,12 |
6,10 |
|||
|
3 |
5,53 |
2,66 |
2,79 |
1,09 |
13,86 |
|||
|
4 |
3,91 |
3,21 |
1,49 |
0,58 |
9,80 |
|||
|
ГРБ-284 |
1 |
12,4 |
2,33 |
0,28 |
0,40 |
3,12 |
100,3 |
1,494 |
|
2 |
231,0 |
2,39 |
2,15 |
0,84 |
57,86 |
|||
|
3 |
240,0 |
2,96 |
2,26 |
0,89 |
60,06 |
|||
|
ГРБ-299 |
1 |
22,8 |
1,56 |
0,65 |
0,26 |
5,72 |
34,28 |
1,292 |
|
2 |
268,4 |
2,6 |
2,62 |
1,03 |
67,28 |
|||
|
3 |
133,0 |
3,22 |
1,29 |
0,51 |
33,27 |
|||
|
ЦКР-74 |
1 |
22,9 |
1,68 |
0,64 |
0,25 |
57,3 |
13,22 |
0,795 |
|
2 |
7,26 |
2,54 |
2,86 |
1,12 |
1,82 |
|||
|
3 |
7,59 |
3,15 |
1,58 |
0,62 |
19,03 |
|
1,47 |
|
30 |
|
J, отн.ед |
|
Е, Эв |
|
4,11 |
|
0 |
|
2,13 |
|
2,79 |
|
3,45 |
|
5 |
|
10 |
|
15 |
|
20 |
|
25 |
|
1 |
|
|
|
3 |
|
|
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
Э |
|
Р |
|
1,47 |
|
J, отн.ед |
|
Е, Эв |
|
4,11 |
|
0 |
|
2,13 |
|
2,79 |
|
3,45 |
|
10 |
|
20 |
|
40 |
|
1 |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
Э |
|
Р |
|
30 |
|
а |
|
б |
Рисунок 1 – Декомпозиция спектров катализаторов ГРБ-290 (а), ГРБ-292 (б).
1. Яровой П.Н. Люминесценция катализаторов при лазерном возбуждении / Яровой П.Н., Овчинникова О.В., Скорникова С.А., Чистофорова Н.В. // Ангарск: АГТА, 2003.
