Газоанализатор, основанный на спектроскопии комбинационного рассеяния, с многомодовым диодным лазером в качестве источника возбуждения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлена концепция газоанализатора, основанного на спектроскопии комбинационного рассеяния, в котором в качестве источника возбуждения используется многомодовый диодный лазер синего диапазона. Исследованы методы уменьшения спектральной ширины излучения такого лазера за счет обеспечения внешней обратной связи. Показано, что при использовании для этой цели схемы с интерферометром Фабри–Перо разрешение регистрируемых спектров комбинационного рассеяния может достигать 8 см–1. В результате апробации разработанного газоанализатора было установлено, что при времени анализа 2 с достигнутое отношение сигнал/шум позволяет детектировать любой тип молекул, концентрация которых превышает 1%.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. А. Костенко

Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: matvey_mtv97@mail.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 10/3

И. И. Матросов

Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук

Email: matvey_mtv97@mail.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 10/3

А. Р. Зарипов

Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук

Email: matvey_mtv97@mail.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 10/3

А. С. Таничев

Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук

Email: matvey_mtv97@mail.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 10/3

В. К. Волков

Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук

Email: matvey_mtv97@mail.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 10/3

С. Д. Коркишко

Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук

Email: matvey_mtv97@mail.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 10/3

Д. В. Петров

Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук; Томский государственный университет

Email: matvey_mtv97@mail.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 10/3; 634050, Томск, просп. Ленина 36

Список литературы

  1. Petrov D.V., Matrosov I.I., Tanichev A.S., Kostenko MA., Zaripov A.R. // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35. P. 450. https://doi.org/10.1134/S1024856022040157
  2. Schluter S., Krischke F., Popovska-Leipertz N., Seeger T., Breuer G., Jeleazcov C., Schuttler J., Leipertz A. // J Raman Spectrosc. 2015. V. 46. P. 708. https://doi.org/10.1002/jrs.4711
  3. Petrov D.V., Matrosov I.I., Zaripov A.R., Tanichev A.S. // Sensors. 2022. V. 22. P. 3492. https://doi.org/10.3390/S22093492
  4. Gao Y., Dai L.-K., Zhu H.-D., Chen Y.-L., Zhou L. // Chinese J. Anal. Chem. 2019. V. 47. P. 67. https://doi.org/10.1016/S1872-2040(18)61135-1
  5. Khannanov M.N., Kirpichev V.E. // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2021. V. 85. P. 169 https://doi.org/10.3103/S1062873821020131
  6. Sieburg A., Knebl A., Jacob J. M., Frosch T. // Anal. Bioanal. Chem. 2019. V. 411. P. 7399. https://doi.org/10.1007/s00216-019-02145-x
  7. Hippler M. // Anal. Chem. 2015. V. 87. P. 7803. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b01462
  8. Magnotti G., KC U., Varghese P.L., Barlow R. S. // J. Quant. Spectrosc. Radiat .Transf. 2015. V. 163. P. 80. https://doi.org/10.1016/J.JQSRT.2015.04.018
  9. Petrov D.V., Matrosov I.I., Kostenko M.A. // Quantum. Elec. 2021. V. 51. P. 389.https://doi.org/10.1070/qel17543
  10. Hanf S., Keiner R., Yan D., Popp J., Frosch T. // Anal. Chem. 2014. V. 86. P. 5278.https://doi.org/10.1021/ac404162w
  11. Velez J. S.G., Muller A. // Opt. Lett. 2020. V. 45. P. 133.https://doi.org/10.1364/ol.45.000133
  12. Petrov D.V., Matrosov I.I., Kostenko M.A. // Opt. Laser Technol. 2022. V. 152. P. 108155.https://doi.org/10.1016/J.OPTLASTEC.2022.108155
  13. Wang P., Chen W., Wan F., Wang J., Hu J. // Appl. Spectrosc. Rev. 2019. V. 55. P. 393.https://doi.org/10.1080/05704928.2019.1661850
  14. Wang P., Chen W., Wan F., Wang J., Hu J. // Opt. Express. 2019. V. 27. P. 33312.https://doi.org/10.1364/OE.27.033312
  15. Wang P., Chen W., Wang J., Tang J., Shi Y., Wan F. // Anal. Chem. 2020. V. 92. P. 5969.https://doi.org/10.1021/ACS.ANALCHEM.0C00179
  16. Yang Q.Y., Tan Y., Qu Z.H., Sun Y., Liu A.W., Hu S.M. // Anal. Chem. 2023. V. 95. P. 5652.https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c05432
  17. Velez J.S.G., Muller A. // Meas. Sci. Technol. 2021. V. 32. P. 045501.https://doi.org/10.1088/1361-6501/abd11e
  18. Singh J., Muller A. // Analyst. 2021. V. 146. P. 6482.https://doi.org/10.1039/D1AN01254A
  19. Sharma R., Poonacha S., Bekal A., Vartak S., Weling A., Tilak V., Mitra C. // Opt. Eng. 2016. V. 55. P. 104103.https://doi.org/10.1117/1.oe.55.10.104103
  20. Schrotter H.W., Klockner H.W. Raman Spectrosc. Gases Liq. / Ed. by A. Weber, Berlin: Springer-Verlag, 1979. P. 123.https://doi.org/10.1007/978-3-642-81279-8_4
  21. Petrov D.V. // Appl. Opt. 2016. V. 55. P. 9521.https://doi.org/10.1364/AO.55.009521
  22. Butterworth T.D., Amyay B., Bekerom D.v.d., Steeg A.v.d., Minea T., Gatti N., Ong Q., Richard C., van Kruijsdijk C., Smits J.T., van Bavel A.P., Boudon V., van Rooij G.J. // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2019. V. 236. P. 106562.https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2019.07.005
  23. Tanichev A.S., Petrov D.V. // J. Raman Spectrosc. 2022. V. 53. P. 654.https://doi.org/10.1002/jrs.6145
  24. Papineau N., Pealat M. // J. Chem. Phys. 1983. V. 79. P. 5758.https://doi.org/10.1063/1.445763
  25. Gordon I.E., Rothman L.S., Hill C. et al. // J. Quant. Spectrosc. Radiat .Transf. 2017. V. 203. P. 3.https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2017.06.038
  26. Fletcher W.H., Rayside J.S. // J. Raman Spectrosc. 1974. V. 2. P. 3.https://doi.org/10.1002/jrs.1250020102
  27. Miller C.E., Brown L.R. // J. Mol. Spectrosc. 2004. V. 228. P. 329.https://doi.org/10.1016/j.jms.2003.11.001
  28. Petrov D.V., Matrosov I.I. // Appl. Spectrosc. 2016. V. 70. P. 1770.https://doi.org/10.1177/0003702816644611

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Спектр излучения лазерного диода.

Скачать (11KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Оптические схемы для уменьшения спектральной ширины линии генерации диодного лазера: с использованием дифракционной решетки (а) и интерферометра Фабри–Перо (б).

Скачать (12KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектры (а) и полуширины (б) линии генерации при различном расстоянии (D) между лазером и дифракционной решеткой.

Скачать (24KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектры излучения лазера в схеме, представленной на рис. 2б, с интерферометром и без него.

Скачать (15KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Блок-схема макета КР-газоанализатора: 1 — лазер, 2 — интерферометр Фабри–Перо, 3 — зеркало, 4 — линза (f = 75 мм), 5 — ловушка излучения, 6 — газовая кювета, 7 и 9 — линзовые объективы (f/1.4, f = 25 мм), 8 — абсорбционный светофильтр ЖС-16, 10 — f/1.4-спектрометр.

Скачать (10KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектры КР атмосферного воздуха в диапазоне волновых чисел 500–4000 см⁻¹.

Скачать (17KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Расчетные спектры смеси кислорода и диоксида углерода в соотношении, близком к соотношению в атмосферном воздухе, при различных ширинах аппаратной функции.

Скачать (16KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024