Главная / Библиотека / Применение квантово-каскадных лазеров в абсорбционной спектроскопии

Применение квантово-каскадных лазеров в абсорбционной спектроскопии

Применение квантово-каскадных лазеров в абсорбционной спектроскопии

Введение

Спектроскопические методы, основанные на использовании лазерных источников, имеют большой потенциал для выявления и мониторинга компонентов в газовой фазе. Высокая чувствительность и селективность лазера позволяет использовать их для количественной оценки атомов и молекул в образце. Квантово-каскадные лазеры, излучающие в области среднего ИК диапазона, обеспечивают высокое разрешение и позволяют идентифицировать спектр молекул в газовых образцах и в парах воды.

В настоящей стате рассматривает демонстрация работы лазерного спектрометра для исследования содержания этанола в образце. Соединение необходимо исследовать с помощью системы абсорбционной спектроскопии на основе квантово-каскадного лазера iCW-QCLAS. Компактная аппаратура может использоваться в качестве альтернативы существующих подходов к исследованию газообразных соединений, среди которых анализаторы «черного ящика» или газовые смеси в бутылках. Подход к анализу этанола с использованием квантово-каскадных лазеров можно экстраполировать для анализа других органических молекул в широком спектре приложений.

Экспериментальная установка

1

Рисунок 1. Схема системы для измерения этанола (без крышки); красная линия представляет путь инфракрасного лазерного пучка. Корпус под оптической платформой содержит все электронное оборудование. Размеры системы с крышкой составляют 33 х 30 х 63 см.

На рисунке 1 показана экспериментальная установка, использованная для анализа содержания молекул этанола в образце. Оптический модуль установлен на виброизолирующей платформе 0.3 х 0.6 м и электронные компоненты вынесены под платформу для удобства. Большой выбор виброизолирующих платформ предлагает компании ТМС и Standa.

В качестве источника среднего ИК излучения с распределенной обратной связью был выбран лазер Alpes Lasers, излучающий на длине волны 9.3 мкм. Лазерный пучок формируется в объективе 12.7 мм, на линзы которого нанесены антибликовые покрытия. Объектив был установлен в XYZ-транслятор для удобного перемещения и юстировки объектива вдоль осей. Аберрации минимизировались с использованием астигматической ячейки широкого диапазона AMAC-36 от Aerodyne Research. Излучение источника фокусировалось на приемнике с системой охлаждения (PVMI-4TE-10.6 от производителя Vigo System). Качественная направляющая оптика эффективно преломляла и отражала электромагнитную волну. Дополнительно использовался твердотельный эталон из германия в свободном спектральном диапазоне 0.049 см-1 (не показан на схеме) для перестраивания диапазона. Оптический модуль для лучшей стабилизации системы можно оснастить элементом охлаждения Пельтье. Продувание оптики сухим азотом позволило избежать поглощения, возникающего из-за насыщения воздушной среды водой. Давление и температура контролировались высокоточным термистором (10 кОм, BetaTHERM Sensors) и манометром (MKS Instruments).

Результаты

2_33

Рисунок 2. Генерация опорного спектра этанола в высоком разрешении. Обработка сигнала осуществлялась в четыре этапа: 1) генерация базовой линии при нулевом поглощении; 2) спектр пропускания этанола; 3) спектральные полосы при относительной настройке лазера; 4) колебательно-вращательный спектр пропускания воды, обозначенный * при абсолютной калибровке волнового числа.

Эти образцы спектров были получены при процедуре аппроксимации методом наименьших квадратов Левенберга-Маркардта, также была минимизирована суммарная погрешность между экспериментальными и справочными данными. Этот аналитический подход применим к статистике любых микроансамблей.

3-555

Рисунок 3. Спектр пропускания этанола с высоким разрешением (черный) в синтетическом воздухе. Используется квантово-каскадный лазер с распределенной обратной связью при давлении 100 гПа и комнатной температуре. Отмечено достаточно точное совпадение спектров при аппроксимации.

Лазерная спектроскопия хорошо известна как высокоселективный метод, но точное измерение миллионных долей этанола в газовой матрице, содержащей несколько процентов H2O, остается, однако, очень сложной задачей из-за возникающих шумов и переналожений спектра. В этом опыте неточность оценивается в 0.7 - 1% отн. ед.

Выводы

Была продемонстрирована эффективность применения квантово-каскадного лазера для точных измерений органических соединений с широкими спектрами поглощения. Это противоречит частому предположению о том, что только широкий спектральный охват позволяет избирательно измерять газообразные органические вещества, и, таким образом, это может привести к изменению парадигмы в измерении газа. Дальнейшие разработки в этой области, вероятно, найдут распространение в медицине, включая анализ дыхания методом QCLAS в среднем ИК диапазоне.

 

 

©Alpes Lasers

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Alpes Lasers на территории РФ

Теги лазерная спектроскопия средний ик диапазон alpes lasers квантово-каскадные лазеры
Новые статьи
Колориметрия с Avantes

Хоть наш глаз и способен различить около 10 миллионов различных цветов, его чувствительности недостаточно для численного измерения соответствующих длин волн - колориметрии. Для этой цели используется специализированное оборудование – спектрометры.

Зеркала с высокой дисперсией

При работе с лазерными системами, излучающими сверхкороткие импульсы, дисперсия может быть скомпенсирована с помощью специальных зеркал, имеющих отрицательную дисперсию.

Генерация с выходной мощностью 264 Вт на длине волны 1585 нм в волоконном лазере
В этой статье описывается разработанный волоконный лазер, подходящий для коммерческих, оборонных и аэрокосмических применений, для которых требуются легкие и надежные лазерные источники с высокой эффективностью и выходной мощностью.
Альтернативные длины волн CO2 лазеров

Любой материал имеет характерный спектр поглощения - то есть существуют определенные длины волн света, которые данный материал поглощает сильнее, чем другие. Почему это важно? Лазеры излучают свет на определенных длинах волн. При совпадении длины волны излучения источника света с полосой поглощения материала, результаты применения лазера будут более качественными и продолжительность процесса сократится.

Измерение спектров флуоресценции Avantes

Флуоресцентная спектроскопия (т.н. флуорометрия или спектрофлуориметрия), представляет собой тип электромагнитной спектроскопии, при которой анализируется флуоресценция образца.

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б, офис 502

г. Санкт-Петербург, Коломяжский проспект, 33 корпус 2