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