RU2741745C1 - Способ дистанционного обнаружения в воздухе опасных веществ, содержащих нитрогруппу - Google Patents
Способ дистанционного обнаружения в воздухе опасных веществ, содержащих нитрогруппу Download PDFInfo
- Publication number
- RU2741745C1 RU2741745C1 RU2020122801A RU2020122801A RU2741745C1 RU 2741745 C1 RU2741745 C1 RU 2741745C1 RU 2020122801 A RU2020122801 A RU 2020122801A RU 2020122801 A RU2020122801 A RU 2020122801A RU 2741745 C1 RU2741745 C1 RU 2741745C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- radiation
- lif
- nitro group
- air
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 title claims abstract description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 39
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 4
- 238000001499 laser induced fluorescence spectroscopy Methods 0.000 abstract description 26
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 2
- 150000002828 nitro derivatives Chemical class 0.000 abstract description 2
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 abstract 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 abstract 1
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Inorganic materials [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 abstract 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 7
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-trinitrotoluene Chemical compound CC1=C([N+]([O-])=O)C=C([N+]([O-])=O)C=C1[N+]([O-])=O SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000026 Pentaerythritol tetranitrate Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 230000005274 electronic transitions Effects 0.000 description 1
- 238000004993 emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000000695 excitation spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001094 photothermal spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 239000000015 trinitrotoluene Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6402—Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
- G01N33/0037—NOx
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
- G01N33/0057—Warfare agents or explosives
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке лидарных систем для дистанционного обнаружения в воздухе малых концентраций (ppb-ppm) паров и следов опасных веществ, содержащих нитрогруппу (например, высокоэнергетические материалы (ВЭМ), бурый газ, селитры). Способ основан на методе лазерной фрагментации нитросоединений с последующей лазерно-индуцированной флуоресценцией NO-радикалов (ЛФ/ЛИФ). На исследуемую область воздействуют излучением электроразрядного KrCl лазера с длиной волны 222.1 нм и шириной спектральной линии Δλ≈0.4 нм. Это обеспечивает резонансное возбуждение оптических переходов NO A2Σ+(v'=2)←Х2П(v''=2) и C2Σ+(v'=0)←Х2П(v''=4), полученных после фотофрагментации первичных молекул и их крупных характеристических NO2-фрагментов. После чего регистрируют индуцированную флуоресценцию NO-фрагментов на переходах NO A2Σ+(v'=2)→Х2П(v''=0) и С2Σ+(v'=0)→Х2П(v''=2) с длинами волн 205 и 206 нм соответственно. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения чувствительности метода ЛФ/ЛИФ. 2 ил.
Description
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке лидарных систем, для дистанционного обнаружения в воздухе малых концентраций (ppb-ppm) паров и следов опасных веществ (ОВ), содержащих нитрогруппу (например: высокоэнергетические материалы (ВЭМ), бурый газ, селитры).
В настоящее время, среди большого многообразия различных спектроскопических диагностик использующихся для решения подобных задач, наибольшее распространение получили следующие оптические методы: лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия, спонтанное комбинационное рассеяние, когерентное антистоксовое комбинационное рассеяние, лазерная фототермическая спектроскопия, лазерно-индуцированная флуоресценция (ЛИФ), лазерная фотофрагментация с последующей лазерно-индуцированной флуоресценцией (ЛФ/ЛИФ). Каждый из перечисленных способов имеет свои преимущества и недостатки, а также включает в себя различные способы использования возбуждающего и рассеянного излучения, что позволяет существенно расширить возможности использования этих методов.
Одним из перспективных методов дистанционного обнаружения ОВ, содержащих нитрогруппу, с точки зрения его чувствительности и селективности, является метод ЛФ/ЛИФ. В работе [1] были предложены основные принципы и условия применимости метода ЛФ/ЛИФ для обнаружения паров различных веществ находящихся в атмосфере. В литературе известны лидарные системы для обнаружения паров ВЭМ в воздухе на основе одночастотного метода ЛФ/ЛИФ [2-7]. Данные оптические устройства отличаются используемыми длинами волн зондирующего пучка, энергия квантов которых соответствует резонансным переходам молекул NO А2Σ-Х2П, D2Σ-Х2П и В2П-Х2П.
Известен способ и устройство для дистанционного обнаружения паров ВЭМ в воздухе (Patent No. 5364795 A US, G01N 33/22) [2]. В данной работе при использовании метода ЛФ/ЛИФ применялось лазерное излучение с длиной волны 226 нм, которое осуществляло фотофрагментацию основных молекул ВЭМ, а также последующее возбуждение их характеристических NO-фрагментов A2Σ+(v'=0)←Х2П(v''=0). Регистрация флуоресценции осуществлялась на оптических переходах NO A2Σ+(v'=0)→X2П(v''=0-2) с длинами волн 236 и 248 нм соответственно. Из имеющихся недостатков описанного изобретения, следует отметить присутствие высокоинтенсивной шумовой компоненты в принимаемом сигнале, которая вызывалась стоксовым рассеянием в длинноволновой области спектра, а также присутствием фонового NO Х2П(v''=0) в атмосфере.
Известен способ и устройство для дистанционного обнаружения паров ВЭМ в воздухе (Patent No. 5728584 A US, G01N 33/22) [3]. В данной работе авторами при реализации метода ЛФ/ЛИФ использовалось излучение ArF лазера (λ=193 нм) обеспечивающее фотодиссоциацию молекул ВЭМ и последующее возбуждение перехода NO D2Σ(v'=0)←Х2П(v''=1). Регистрация флуоресценции наблюдалась на оптических переходах NO D2Σ-Х2П и А2Σ-Х2П, заселение электронного уровня А2Σ обеспечивалось безызлучательными электронными переходами с уровней D2Σ и С2П (в соответствии с диаграммой Яблонского).
Существенным недостатком описанного изобретения, также как и в работе [2], являлось наличие в принимаемом сигнале высокоинтенсивной шумовой компоненты, включающей в себя континуум длинноволнового рассеяния и флуоресценцию молекул атмосферного кислорода, вызываемую полосами поглощения Шумана-Рунге.
Известен способ и устройство для дистанционного обнаружения паров ВЭМ в воздухе (Patent No.7955855 В2 US) [4]. В данной работе при реализации метода ЛФ/ЛИФ авторы применяли лазерное излучение с длиной волны 236,2 нм, что обеспечивало фотодиссоциацию основной молекулы ОВ и возбуждение оптического перехода NO A2Σ+(v'=0)←Х2П(v''=1), при этом сигнал флуоресценции регистрировался на длине волны 226 нм перехода NO A2Σ+(v'=0)→X2П(v''=0).
Недостатком описанного изобретения является малый спектральный сдвиг принимаемого сигнала относительно возбуждающего излучения, что приводит к существенному усложнению оптической системы шумоподавления регистрационной аппаратуры.
На основе сделанного анализа имеющихся патентов можно утверждать, что дистанционное обнаружение ОВ в воздухе является актуальной и требует дальнейших исследований, которые бы позволили повысить чувствительность и селективность предлагаемого метода ЛФ/ЛИФ.
Основной проблемой возникающей при реализации метода является малая концентрация паров (ед. ppb) ВЭМ в воздухе, что обусловлено низкой степенью испаряемости данных типов веществ, при температурах ≤25°С.
Для решения этой проблемы, в приведенных выше работах, использовался перестраиваемый узкополосный лазерный источник с высокой спектральной яркостью, что позволяло резонансно настраиваться на вращательные уровни заданных электронно-колебательных состояний. Следует отметить, что такие лазерные источники имеют сложную многокомпонентную конструкцию, что не только снижает надежность работы, но и существенно увеличивает весо-габариты установки и ее стоимость.
Известен источник лазерного излучения, выполненный на базе узкополосной электроразрядной KrCl лазерной системы [5]. В устройстве использовался метод ЛИФ, в котором с помощью узкополосного излучения обеспечивалось возбуждение резонансных переходов A2Σ+(v'=1)←X2П(v''=1) и A2Σ+(v'=2)←Х2П(v''=2) молекул NO* образуемых в результате высокотемпературного механизма окисления азота в области горения пламени (механизм Я.Б. Зельдовича). Заселение колебательных состояний основного электронного состояния NO Х2П(v''=1,2) задавалось распределением Больцмана в условиях термодинамического равновесия, при температуре пламени ~ 1800°С. Регистрируемый спектр флуоресценции состоял из нескольких интенсивных спектральных полос соответствующих переходам (2, v'') и (1, v'') А-Х системы.
Недостатком данного технического решения является низкая эффективность обнаружения молекул N0* в пламени с температурой 1800°С. Основной причиной этого является малая заселенность второго колебательного уровня X (v''=2), а также отсутствие резонанса между длиной волны зондирующего излучения и максимумом поглощения оптического перехода A2Σ+(v'=1)←Х2П(v''=1).
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, взятым нами за прототип, является способ, основанный на методе ЛФ/ЛИФ [7]. В данной работе для обнаружения паров ВЭМ использовалось зондирующее излучение с длиной волны 247.8 нм и шириной спектральной линии 4 пм. Данное излучение соответствует резонансному переходу NO A2Σ+(v'=0)←Х2П(v''=2). Для получения зондирующего излучения, соответствующего резонансному переходу, потребовалось формировать узкую спектральную линию (4 пм) излучения на краю контура усиления в одном KrF лазере и усиливать это излучения во втором лазере. Регистрация флуоресценции осуществлялась на одной длине волны 226 нм. Данная система позволяла обнаруживать пары тринитротолуола с концентрацией ~ 1 ppb в атмосфере на расстоянии более 10 м. Основным недостатком предлагаемого способа является низкая чувствительность обнаружения паров ВЭМ и сложность формирования необходимых параметров зондирующего излучения.
Задачей изобретения является повышение чувствительности метода ЛФ/ЛИФ с использованием широкополосного излучения KrCl лазера, обеспечивающее обнаружение в атмосфере с температурой менее 25°С сверхнизких концентраций (менее 0.1 ppb) паров и следов опасных веществ, включающих в свой состав нитрогруппу, например, такие как ВЭМ, аммиачная селитра, бурый газ.
Указанная задача при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе, заключающимся в воздействии ультрафиолетового лазерного излучения на исследуемую область и регистрации индуцированной флуоресценции NO-фрагментов после фотофрагментации молекул нитрогруппы, согласно изобретению, воздействие производят излучением электроразрядного KrCl лазера с длиной волны 222.1 и шириной спектральной линии Δλ≈0.4 нм, обеспечивающим резонансное возбуждение оптических переходов NO A2Σ+(v'=2)←X2П(v''=2) и C2Σ+(v'=0)←Х2П(v''=4), полученных после фотофрагментации первичных молекул и их крупных характеристических NO2-фрагментов, а регистрация индуцированной флуоресценции NO-фрагментов осуществляется на переходах NO A2Σ+(v'=2)→Х2П(v''=0) и С2Σ+(v'=0)→Х2П (v''=2) с длинами волн 205 и 206 нм соответственно.
Использование излучения KrCl лазера с длиной волны 222.1 нм позволило согласовать время фото диссоциации основной молекулы ОВ, которое в данных условиях взаимодействия составляет ~ 20 нс, с длительностью возбуждающего импульса излучения. Это обеспечило эффективный одноимпульсный режим работы, в котором происходит фотодиссоциация основной молекулы и возбуждение ее радикалов.
На фиг. 1 представлено временное распределение интенсивности импульса излучения. Используемая смесь в лазере была Ne/Kr/HCl/H2=3300/190/4/0.5 мбар, зарядное напряжение - U0=22 кВ. Измерение длительности импульса излучения осуществлялось CCD камерой iStar 334Т Series (Andor™). Временная задержка срабатывания оптического затвора была 5 нс.
При взаимодействии молекул ВЭМ с излучением на λ=248 нм время диссоциации основной молекулы составляет ~ 200 нс [9], следовательно, с учетом высокой скорости тушения компонентами воздуха NO А2Σ+ состояния (vтуш. ~ 7×108 1/с), можно ожидать, что при работе ЛФ/ЛИФ с использованием излучения 222,1 нм интенсивность флуоресценции будет на порядок выше, чем в работах [5, 6, 8].
Использование широкополосного (Δλ≈0.4 нм) излучения позволяет эффективно перекрыть максимумы полос поглощения Р и R ветвей оптических переходов NO A2Σ+(v'=2)←Х2П(v''=2) и C2Σ+(v'=0)←Х2П(v''=4).
На фиг. 2 представлены расчетные спектры возбуждения переходов NO [10] 1 - X-А(2,2), 2 - Х-С(4,0), и 3 - экспериментально измеренный спектр излучения электроразрядного KrCl лазера. Следует отметить, что возможность использования широкополосного излучения существенно упрощает оптическую схему и конструкцию лазерного источника, поскольку не требуется осуществлять спектральную селекцию излучения.
Регистрация флуоресценции осуществляется на оптических переходах NO A2Σ+(v'=2)→Х2П(v''=0) и C2Σ+(v'=0)→Х2П(v''=2) с длинами волн 205 и 206 нм соответственно. Регистрируемые спектральные линии лежат в непосредственной близости друг от друга и имеют антистоксовый сдвиг в 17 нм, относительно возбуждающего излучения 222.1 нм, что позволяет обеспечить более высокую степень шумоподавления приемного сигнала, чем в работе [4]. Присутствие интенсивной флуоресценции на переходе С-Х молекулы NO* обусловлено возбуждением резонансного перехода NO C2Σ+(v'=0)←Х2П(v''=4), вызванного эффективным заселением NO Х2П(v''=4) после фотодиссоциации молекул NO2. Образование данных молекул вызывается фотодиссоциацией основных молекул ОВ, при которых возникают фрагменты NO и NO2 в соотношении NO/NO2≈0.3-0.4 [9].
Известно, что соотношение сечений поглощения ВЭМ (RDX, PENT, НМХ) и NO2 для излучения с длинами волн λ=222.1 и 248 нм, составляет для разных ВЭМ σ222/σ248=8±2, что позволяет в ряде случаев [5, 6, 8] на порядок увеличить эффективность метода ЛФ/ЛИФ по обнаружению ОВ в воздухе.
Для сравнения эффективности методов ЛФ/ЛИФ, использующих излучение с длиной волны 248 или 222.1 нм и полученных соответственно в KrF и KrCl лазерах, применялась поперечная схема регистрации флуоресценции от различных паров ОВ и оксида азота, находящихся в герметичной кювете с добавлением воздуха атмосферного давления. В качестве количественной характеристики полученной эффективности ЛФ/ЛИФ использовалось выражение, предложенное в работе [11], которое связывает количество зарегистрированных фотоприемником сигнальных фотонов с эффективным сечением процесса ЛФ/ЛИФ: Nрег=F×n×σeff×n, где: F=E/hv×S - плотность энергии (число фотонов) возбуждающего излучения в области взаимодействия, h - постоянная Планка, v - частота лазерного излучения, n - концентрация исследуемых молекул, σeff - эффективное сечение процесса ЛФ/ЛИФ, η - эффективность регистрации приемной аппаратурой квантов рассеянного сигнала.
Общая эффективность регистрации квантов рассеянного сигнала приемной аппаратурой составляла: η=η1×η2×η3η4=2×10-6, где η1=0.8% - эффективность распространения рассеянного излучения в углу Ω задаваемой приемной аппаратурой, находящейся на расстоянии 0.5 м от исследуемого объема, η2=9% - эффективность пропускания фильтра, η3≈2% - эффективность пропускания двойного спектрографа Shamrock SR-500i-D1, η4=15% - квантовая эффективность CCD камеры iStar 334Т Series (Andor™) на λ=205 и 226 нм.
Эффективности регистрации сигнала флуоресценции η для зондирующих излучений с длинами волн 248 и 222.1 нм, были сравнимы между собой, при этом значение параметра шумоподавления было не менее 10-12.
При реализации близких значений Nрег для заданных концентраций в атмосфере парообразных ОВ, используемая плотность энергии (~750 мДж/см2) возбуждающего узкополосного излучения с λ=248 нм превышала энергию (~10 мДж/см2) широкополосного излучения с λ≈222.1 нм, более чем в 50-100 раз (для разных ОВ). Данная величина согласуется с оценками повышения эффективности метода ЛФ/ЛИФ при учете условий предложенных выше.
При использовании продольной схемы регистрации флуоресценции от различных парообразных ОВ в атмосфере, при дистанции до объекта исследования ~5 м, были получены аналогичные результаты по эффективности работы ЛФ/ЛИФ с лазерными источниками излучения на 248 и 222.1 нм.
Таким образом, предлагаемый метод ЛФ/ЛИФ с использованием широкополосного KrCl лазера, позволяет повысить чувствительность обнаружения ОВ по сравнению с прототипом (или аналогами) более чем на два порядка.
Использование данного изобретения позволит создавать высокочувствительные лидарные системы на основе метода ЛФ/ЛИФ по обнаружению в атмосфере сверхнизких концентраций паров и следов ОВ, включающих в свой состав нитрогруппу, что позволит расширить области их применения.
Источники информации:
1. М.О. Rodgers, К. Asai, D.D. Davis. Photofragmentation Laser Induced Fluorescence: a new method for detecting atmospheric trace gases // Appl. Opt., 1980. Vol. 19 No. 21., P. 3597-3605. doi: 10.1364/AO.19.003597.
2. Patent No. 5364795 A US, G01N 33/22 Laser-based detection of nitro-containing compounds // Sausa R.C, Simeonsson J.B, Lemire G.W; The United States of America as represented by the Secretary of the Army (Washington, DC), 15.11.1994.
3. Patent No. 5728584 A US, G01N 33/22 Method for detecting nitrocompounds using excimer laser radiation // Sausa R.C., Simeonsson J.B, Lemire G.W; United States of America as represented by the Secretary of the Army (Washington, DC), 17.03.1998.
4. Patent No. 7955855 B2 US Detection of materials via nitrogen oxide // Rothschild M., Wynn С.M., Zayhowski J.J., Kunz R.R.; Massachusetts Institute of Technology (Cambridge, MA), 07.06.2011.
5. M. Decker and V. Sick. Tunable KrCl excimer-laser operation for combustion diagnostics //Appl. Opt., 1996. Vol. 35, No. 3. P. 482-484. doi: 10.1364/AO.35.000482.
6. T. Arusi-Parpar, S. Fastig, J. Shapira, B. Shwartzman, D. Rubin, Y. Ben-Hamo, and A. Englander Standoff detection of explosives in open environment using enhanced photodissociation fluorescence // Proc. of SPIE. 2010. Vol. 7684. P. 76840L-1-6. doi: 10.1117/12.850911.
7. Патент 75242 U1 РФ, МПК G01N 21/64 (2006.01), G01B 27/48 (2006.01) Лазерная система для дистанционного обнаружения взрывчатых веществ // Лосев В.Ф., Бобровников С.М., Ворожцов А.Б., Горлов Е.В., Максимов Е.М., Панченко Ю.Н., Резнев А.А., Сакович Г.В., Цаплев Ю.Б.; патентообладатель Институт сильноточной электроники СО РАН (RU); 27.07.2008.
8. S.М. Bobrovnikov, Е.V. Gorlov, V.I. Zharkov, Yu. N. Panchenko, and A.V. Puchikin. Two-pulse laser fragmentation/laser-induced fluorescence of nitrobenzene and nitrotoluene vapors // Appl. Opt. 2019. Vol. 58, No. 27. P. 7497-7502.
9. Ming-Fu Lin, Yuan T. Lee, Chi-Kung Ni, Shucheng Xu, and M.C. Lin. Photodissociation dynamics of nitrobenzene and o-nitrotoluene // J. of Chem. Phys. 2007. Vol. 126, No. 6. P. 064310-1-11. doi: 10.1063/1.2435351.
10. J. Luque and D.R. Crosley, "LIFBASE: Database and Spectral Simulation Program (Version 1.5)", SRI International Report MP 99-009 (1999).
11. С.M. Wynn, S. Palmacci, R.R. Kunz, K. Clow, and M. Rothschild Detection of condensed-phase explosives via laser-induced vaporization, photodissociation, and resonant excitation // Appl. Opt. 2008. Vol. 47, No. 31. P. 5767-5776.
Claims (1)
- Способ дистанционного обнаружения в воздухе опасных веществ, содержащих нитрогруппу, заключающийся в воздействии ультрафиолетового лазерного излучения на исследуемую область и регистрации индуцированной флуоресценции NO-фрагментов после фотофрагментации молекул нитрогруппы, отличающийся тем, что воздействие производят излучением электроразрядного KrCl лазера с длиной волны 222.1 нм и шириной спектральной линии Δλ≈0.4 нм, обеспечивающим резонансное возбуждение оптических переходов NO A2Σ+(v'=2)←Х2П(v''=2) и C2Σ+(v'=0)←Х2П(v''=4), полученных после фотофрагментации первичных молекул и их крупных характеристических NO2-фрагментов, а регистрация индуцированной флуоресценции NO-фрагментов осуществляется на переходах NO A2Σ+(v'=2)→Х2П(v''=0) и С2Σ+(v'=0)→Х2П(v''=2) с длинами волн 205 и 206 нм соответственно.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122801A RU2741745C1 (ru) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Способ дистанционного обнаружения в воздухе опасных веществ, содержащих нитрогруппу |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122801A RU2741745C1 (ru) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Способ дистанционного обнаружения в воздухе опасных веществ, содержащих нитрогруппу |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2741745C1 true RU2741745C1 (ru) | 2021-01-28 |
Family
ID=74554508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020122801A RU2741745C1 (ru) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Способ дистанционного обнаружения в воздухе опасных веществ, содержащих нитрогруппу |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2741745C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU75242U1 (ru) * | 2008-03-19 | 2008-07-27 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Лазерная система для дистанционного обнаружения взрывчатых веществ |
| WO2010056998A1 (en) * | 2008-11-13 | 2010-05-20 | Petroleum Analyzer Company, Lp | A system for analyzing a sample or a sample component and method for making and using same |
| RU123527U1 (ru) * | 2011-12-27 | 2012-12-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственное учреждение "Войсковая часть 35533" | Лидарная система для дистанционного обнаружения паров взрывчатых веществ в атмосфере |
| EP2133689B1 (en) * | 2008-05-23 | 2017-06-07 | Eagle Technology, LLC | Detection of materials based on Raman scattering of molecules and laser induced fluorescence of photofragmented daughter molecules |
-
2020
- 2020-07-03 RU RU2020122801A patent/RU2741745C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU75242U1 (ru) * | 2008-03-19 | 2008-07-27 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Лазерная система для дистанционного обнаружения взрывчатых веществ |
| EP2133689B1 (en) * | 2008-05-23 | 2017-06-07 | Eagle Technology, LLC | Detection of materials based on Raman scattering of molecules and laser induced fluorescence of photofragmented daughter molecules |
| WO2010056998A1 (en) * | 2008-11-13 | 2010-05-20 | Petroleum Analyzer Company, Lp | A system for analyzing a sample or a sample component and method for making and using same |
| RU123527U1 (ru) * | 2011-12-27 | 2012-12-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственное учреждение "Войсковая часть 35533" | Лидарная система для дистанционного обнаружения паров взрывчатых веществ в атмосфере |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gares et al. | Review of explosive detection methodologies and the emergence of standoff deep UV resonance Raman | |
| US20080258071A1 (en) | Standoff detection using coherent backscattered spectroscopy | |
| Shu et al. | The use of rovibrationally excited NO photofragments as trace nitrocompounds indicators | |
| Daugey et al. | Nitrobenzene Detection by One-Color Laser-Photolysis/Laser-Induced Fluorescence of NO (v''= 0-3) | |
| Grofulović et al. | A rotational Raman study under non-thermal conditions in pulsed CO2–N2 and CO2–O2 glow discharges | |
| Kostarev et al. | Detection of explosives in vapor phase by field asymmetric ion mobility spectrometry with dopant-assisted laser ionization | |
| Cabalo et al. | Trace detection of explosives with low vapor emissions by laser surface photofragmentation–fragment detection spectroscopy with an improved ionization probe | |
| RU2741745C1 (ru) | Способ дистанционного обнаружения в воздухе опасных веществ, содержащих нитрогруппу | |
| Bauer et al. | Gas phase elemental mercury: a comparison of LIF detection techniques and study of the kinetics of reaction with the hydroxyl radical | |
| Pastel et al. | Spectral differentiation of trace concentrations of NO 2 from NO by laser photofragmentation with fragment ionization at 226 and 452 nm: quantitative analysis of NO–NO 2 mixtures | |
| ZABARNICK | A Comparison of CH4/NO/02 and CH4/N20 Flames by LIF Diagnostics and Chemical Kinetic Modeling | |
| Rao et al. | Study of acoustic fingerprinting of nitromethane and some triazole derivatives using UV 266 nm pulsed photoacoustic pyrolysis technique | |
| Gares et al. | UV resonance raman investigation of pentaerythritol tetranitrate solution photochemistry and photoproduct hydrolysis | |
| Bood et al. | Rotational coherent anti‐Stokes Raman spectroscopy (CARS) in nitrogen at high pressures (0.1–44 MPa): experimental and modelling results | |
| Puchikin et al. | Laser-induced nitrogen oxide fluorescence from nitro compounds by 222 nm laser | |
| Lozovsky et al. | Laser absorption spectroscopy diagnostics of nitrogen-containing radicals in low-pressure hydrocarbon flames doped with nitrogen oxides | |
| Brockhinke et al. | Energy transfer in combustion diagnostics: Experiment and modeling | |
| Diez-y-Riega et al. | Photoluminescence spectroscopy of 2-nitrotoluene and its photo and photothermal decomposition derivatives | |
| Böckle et al. | Laser‐spectroscopic investigation of OH‐radical concentrations in the exhaust plane of jet engines | |
| Bobrovnikov et al. | Experimental study of the dynamics of laser fragmentation of nitrotoluene and nitrobenzene vapors | |
| Puchikin et al. | Laser-induced fluorescence of vibrationally excited nitric oxide by femtosecond laser pulse | |
| Brockhinke et al. | Energy transfer in the OH A 2 Σ+ state: The role of polarization and of multi-quantum energy transfer | |
| Puchikin et al. | Photoexcitation of NO molecules by ArF laser | |
| Jonsson et al. | Investigation of photochemical effects in flame diagnostics with picosecond photofragmentation laser-induced fluorescence | |
| Swayambunathan et al. | Investigations into trace detection of nitrocompounds by one-and two-color laser photofragmentation/fragment detection spectrometry |