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

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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%.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. A. Костенко

Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: matvey_mtv97@mail.ru
Russian Federation, 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
Russian Federation, 634055, Томск, просп. Академический, 10/3

A. Р. Зарипов

Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук

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

A. С. Таничев

Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук

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

References

  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

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Laser diode emission spectrum.

Download (11KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Optical schemes for reducing the spectral linewidth of a diode laser: using a diffraction grating (a) and a Fabry-Perot interferometer (b).

Download (12KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Spectra (a) and half-widths (b) of the generation line at different distances (D) between the laser and the diffraction grating.

Download (24KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Laser emission spectra in the circuit shown in Fig. 2b, with and without an interferometer.

Download (15KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Block diagram of the Raman gas analyzer model: 1 — laser, 2 — Fabry-Perot interferometer, 3 — mirror, 4 — lens (f = 75 mm), 5 — radiation trap, 6 — gas cell, 7 and 9 — lens objectives (f/1.4, f = 25 mm), 8 — absorption light filter ZhS-16, 10 — f/1.4 spectrometer.

Download (10KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Raman spectra of atmospheric air in the wavenumber range of 500–4000 cm⁻¹.

Download (17KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Calculated spectra of a mixture of oxygen and carbon dioxide in a ratio close to the ratio in atmospheric air, for different widths of the instrumental function.

Download (16KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».