Автоматизированная система для детектирования атмосферных газов CO, CO2 и CH4 на основе параметрических генераторов света

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Многокомпонентный газоанализатор имеет широкий спектр применений, таких как наблюдение за окружающей средой, контроль химических реакций и промышленных процессов, обеспечение безопасности, разведка в нефтяной и газовой отраслях, а также применяется в биомедицине. Лазерная оптико-акустическая спектроскопия является наиболее универсальным методом анализа газовых примесей благодаря своей высокой селективности, чувствительности и быстрому отклику. В данной работе представлена автоматизированная система газового анализа, основанная на комбинированных параметрических генераторах света, с диапазоном перестройки длины волны от 2.5 до 10.8 мкм. Полуширина спектральной линии составляет около 5.5 ± 0.5 см–1 в диапазоне от 2.5 до 4.5 мкм и около 2 ± 0.5 см–1 в диапазоне от 4.5 до 10.8 мкм. С помощью программного обеспечения, установленного на управляющем компьютере, контроллер выполняет все необходимые операции, включая откачку, анализ и удаление газовых проб в измерительном комплексе. В работе представлены экспериментально записанные спектры поглощения газовых смесей CO, CO2 и CH4, полученные с использованием дифференциального оптико-акустического детектора.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Ю. Ерушин

Новосибирский государственный технический университет; Новосибирский государственный университет; Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: render2012@yandex.ru
Россия, 630073, Новосибирск, просп. Карла Маркса, 20; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 1; 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 15Б

Н. Ю. Костюкова

Новосибирский государственный технический университет; Новосибирский государственный университет; Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук

Email: n.duhovnikova@gmail.com
Россия, 630073, Новосибирск, просп. Карла Маркса, 20; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 1; 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 15Б

А. А. Бойко

Новосибирский государственный технический университет; Новосибирский государственный университет

Email: baa.nsk@gmail.com
Россия, 630073, Новосибирск, просп. Карла Маркса, 20; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 1

И. Б. Мирошниченко

Новосибирский государственный технический университет; Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук

Email: baa.nsk@gmail.com
Россия, 630073, Новосибирск, просп. Карла Маркса, 20; 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 15Б

Список литературы

  1. Kreuzern L.B., Kenyonand N.D., Patel C.K. // Science 1972. V. 177. P. 347. https://doi.org/10.1126/science.177.4046.347
  2. Tongyu Liu // Measument. 2018. № 8. P. 211. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.03.046
  3. Pereira J., Porto-Figueira P., Cavaco C., Taunk K., Rapole S., Dhakne R., Nagarajaram H., Câmara J.S. // Metabolites. 2015. V. 5. P. 3. https://doi.org/10.3390/metabo5010003
  4. Zhou D. K., Smith W. L., Xu Liu, Jun Li, Larar A. M., Mango S. A. // Appl. Opt. 2005. V. 44. P. 3032. https://doi.org/10.1364/AO.44.003032
  5. Logan J.A., Prather M.J., Wofsy S.C., McElroy M.B. // J. Geophys. Res. Atmos. 1981. V. 86. P. 7210. https://doi.org/10.1029/JC086iC08p07210
  6. Ren W., Farooq A., Davidson D.F., Hanson R.K. // Appl. Phys. B. 2012. V. 107. P. 849. https://doi.org/10.1007/s00340-012-5046-1
  7. Meyer P.L., Sigrist M.W. // Rev. Sci. Instrum. 1990. V. 61. P. 1779. https://doi.org/10.1063/1.1141097
  8. Zanzottera E. // Crit. Rev. Anal. Chem. 1990. V. 21. P. 279. https://doi.org/10.1080/10408349008051632
  9. Harren F., Mandon J., Cristescu S.M. Encyclopedia of Analytical Chemistry. John Wiley & Sons, Ltd, 2012. https://doi.org/10.1002/9780470027318.a0718.pub3
  10. Haisch C. // Meas. Sci. Technol. 2011. V. 23. P. 012001. http://iopscience.iop.org/0957-0233/23/1/012001
  11. Grant W.B. // Appl. Opt. 1986. V. 25 P. 709. https://doi.org/10.1364/AO.25.000709
  12. Reyes-Reyes A., Hou Z., van Mastrigt E., Horsten R.C., de Jongste J.C., Pijnenburg M.W., Urbach H.P., Bhattacharya N. // Opt. Express. 2014. V. 22. P. 18299. https://doi.org/10.1364/OE.22.018299
  13. Vedenyapin V., Boyko A., Kolker D., Isaenko L., Lobanov S., Kostyukova N., Yelisseyev A., Zondy J-J., Petrov V. // Laser Phys. Lett. 2016. V. 13. P. 115401. http://dx.doi.org/10.1088/1612-2011/13/11/115401
  14. Vodopyanov K.L., Maffetone J.P., Zwieback I., Ruderman W. // Appl. Phys. Lett. 1999. V. 75. P. 1204. https://doi.org/10.1063/1.124642
  15. Sherstov I.V., Vasiliev V.A., Karapuzikov A.I., Zenov K.G. // Infrared Phys. Technol. 2020. V. 105. P. 103170. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2019.103170
  16. Kolker D.B., Boyko A.A., Dukhovnikova N.Yu., Zenov K.G., Sherstov I.V., Starikova M.K., Miroshnichenko I.B., Miroshnichenko M.B., Kashtanov D.A., Kuznetsova I.B., Shtyrov M.Yu., Zachariadis S., Karapuzikov A.I., Karapuzikov A.A., Lokonov V.N. // Instrum. Exp. Techn. 2014. V. 57. P. 50. https://doi.org/10.1134/S0020441214010217
  17. Kolker D.B., Sherstov I.V., Kostyukova N.Yu., Boyko A.A., Zenov K.G., Pustovalova R.V. // Quantum Electronics. 2017. V. 47. P. 14. http://dx.doi.org/10.1070/QEL16238
  18. Kostyukova N.Yu., Kolker D.B., Zenov K.G., Boyko A.A., Starikova M.K., Sherstov I.V., Karapuzikov A.A. // Laser Phys. Lett. 2015. V. 12. P. 095401. http://dx.doi.org/10.1088/1612-2011/12/9/095401
  19. Bednyakova A., Erushin E., Miroshnichenko I., Kostyukova N., Boyko A., Redyuk A. // Infrared Phys. Technol. 2023. V. 133. P. 104821. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2023.104821
  20. Rothman L.S., Gordon I.E., Babikov Y. et al. // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2013. V. 130. P. 4 https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2013.07.002
  21. Wallace W.E. // NIST Standard Reference Database Number 69, 2023. https://doi.org/10.18434/T4D303

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Экспериментальная установка системы газового анализа: ОИ — оптический изолятор Фарадея, λ/2 — полуволновая пластинка, Пол — поляризатор, ОАД — оптико-акустический детектор, PPLN — периодически поляризованный кристалл ниобата лития с веерной структурой, HGS — кристалл HgGa2S4, ПК — персональный компьютер.

Скачать (134KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Структурная схема контроллера ПГС.

Скачать (125KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспериментально измеренный спектр поглощения газовой смеси на основе азота с примесью метана (N2 + 954 ppm CH4) (красная кривая) в сравнении с данными базы данных HITRAN (черная кривая).

Скачать (104KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Экспериментально измеренный спектр поглощения газовой смеси на основе азота с углекислым газом (N2 + 1000 ppm CO2) (красная кривая) в сравнении с данными базы данных HITRAN (черная кривая) и спектром, полученным с помощью масс-спектрометрии (синяя кривая).

Скачать (184KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Экспериментально измеренный спектр поглощения газовой смеси на основе азота с примесью оксида углерода (N2 + 152 ppm CO) (красная кривая) в сравнении с данными базы данных HITRAN (черная кривая).

Скачать (166KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024